JP2002142445A

JP2002142445A - 電力変換装置

Info

Publication number: JP2002142445A
Application number: JP2000339041A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Tai; 裕通田井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-11-07
Filing date: 2000-11-07
Publication date: 2002-05-17
Anticipated expiration: 2020-11-07
Also published as: JP3749109B2

Abstract

(57)【要約】【課題】直流短絡時の電圧分担のバラつきを抑える。【解決手段】各スイッチング素子１ａ乃至１ｄのそれ
ぞれのセンス端子７ａ乃至７ｄからのセンス電流が、全
てのスイッチング素子について同じ値に設定された所定
値を超えないように、ゲート駆動回路３ａ乃至３ｄによ
り各スイッチング素子１ａ乃至１ｄの制御端子に与える
ゲート電圧を制御する。この構成により、各スイッチン
グ素子の静特性のバラつきによらずに各スイッチング素
子の短絡電流をほぼ一定の値に揃えるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の電力用のス
イッチング素子により電力変換を行う電力変換装置に関
し、特にスイッチング素子の保護回路の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高電圧・大電流のＭＯＳ（Metal
Oxcide Semiconductor）ゲート型の電力用スイッチング
素子が実用化されてきている。ＭＯＳゲート型のスイッ
チング素子は、従来より使われているＧＴＯ（ゲート・
ターンオフ）サイリスタ系のスイッチング素子に比べ
て、スイッチング速度が速く、安全動作領域が広く、制
御性が高く、ゲート駆動回路が小型化できるなどの多く
の利点がある。

【０００３】直列送電などの応用分野においては、高電
圧の電力変換装置を実現する必要があるため、多数のス
イッチング素子を直列接続することが行われている。Ｍ
ＯＳゲート型のスイッチング素子は、スイッチング速度
が速いので、直列に接続されたスイッチング素子間のス
イッチングタイミングのバラつきが少ないという利点が
ある。

【０００４】図２０は、直列接続された複数のスイッチ
ング素子により構成された従来の電力変換装置の主要部
を示す回路図である。同図においては、スイッチング素
子２０１ａ乃至２０１ｄが直列に接続される。スイッチ
ング素子２０１としてはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bip
olar Transistor）が用いられる。スイッチング素子２
０１ａのコレクタ・エミッタ端子間には並列接続された
スナバダイオード５ａと抵抗６ａ、およびこれに接続さ
れたスナバコンデンサ４ａが接続される。スイッチング
素子２０１ａのゲート・エミッタ端子間にはゲート抵抗
２０２ａとゲート駆動回路２０３ａとが接続される。ス
イッチング素子２０１ｂ乃至２０１ｄにも同様に、スナ
バダイオード５ｂ乃至５ｄ、抵抗６ｂ乃至６ｄ、スナバ
コンデンサ４ｂ乃至４ｄ、ゲート抵抗２０２ｂ乃至２０
２ｄ、ゲート駆動回路２０３ｂ乃至２０３ｄがそれぞれ
接続される。

【０００５】スイッチング素子２０１ａおよび２０１ｂ
は、常に同時にスイッチングする一つのアームを構成す
る。また、スイッチング素子２０１ｃおよび２０１ｄ
は、スイッチング素子２０１ａ，２０１ｂとは逆の位相
でスイッチングするアームを構成する。すなわち、スイ
ッチング素子２０１ａおよび２０１ｂにオンゲート信号
が与えられるときには、スイッチング素子２０１ｃおよ
び２０１ｄにはオフゲート信号が与えられる。

【０００６】このように、スイッチング素子２０１ａお
よび２０１ｂには同時にスイッチングするようにゲート
信号が与えられる。ところが、実際には素子間のバラつ
きにより僅かにスイッチングにバラつきが発生する。特
にターンオフのタイミングのバラつきの影響は大きく、
先にターンオフしたスイッチング素子は、他のスイッチ
ング素子に比べて大きなオフ電圧を分担することにな
る。こうしたオフ電圧の分担のバラつきはスイッチング
素子の信頼性に関わるため、できるだけ小さくする必要
がある。

【０００７】こうした問題に対応するのが、それぞれの
スイッチング素子２０１ａ乃至２０１ｄについて、スナ
バコンデンサ４ａ乃至４ｄ、スナバダイオード５ａ乃至
５ｄ、スナバ抵抗６ａ乃至６ｄによって構成されたスナ
バ回路である。

【０００８】このスナバ回路の動作についてスイッチン
グ素子１０２ａを例に説明する。スイッチング素子１０
２ａがターンオフした直後のコレクタ端子（正極端子）
からエミッタ端子（負極端子）に流れる主電流は、一旦
スナバ回路に転流し、スナバコンデンサ４ａの容量と主
電流の値とで定まる傾き（ｄＶ／ｄｔ）に従い、スイッ
チング素子１０２ａのコレクタ・エミッタ間の電圧が上
昇していく。スイッチング素子１０２ａのターンオフタ
イミングのバラつきΔｔとスイッチング素子１０２ａの
電圧分担のバラつきΔＶとの間には、ΔＶ＝Δｔ×ｄＶ
／ｄｔという関係があるから、スナバコンデンサ４ａの
容量をある程度大きくして（ｄＶ／ｄｔ）を小さくすれ
ばΔＶも問題がならない程度に小さくすることができ
る。

【０００９】ところで、スイッチング素子１０２ａの扱
える電流容量が不足する場合には、スイッチング素子１
０２ａを並列に接続して使用することが行われている。
図２１は、並列接続されたスイッチング素子により構成
された従来の電力変換装置の主要部を示す回路図であ
る。同図においては、スイッチング素子２０１ａ，２０
１ｂのそれぞれのコレクタ端子同士、エミッタ端子同士
が接続され、それぞれのゲート・エミッタ端子間にゲー
ト駆動回路２０３ａ，２０３ｂが接続される。スイッチ
ング素子２０１ａおよび２０１ｂにより一つのアームが
構成され、ゲート駆動回路２０３ａ，２０３ｂに同一の
ゲート信号を与えることで２つのスイッチング素子２０
１ａ，２０１ｂを同一のタイミングで動作させるように
なっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図２０に示した直列接
続の構成では、いずれかのスイッチング素子が、オフし
ているべきときに誤ってターンオンしてしまう、いわゆ
る誤点弧などの要因により、直流電圧を短絡させてしま
った場合に問題が発生する。

【００１１】すなわち、直流短絡した状態では、ターン
オンしたスイッチング素子だけで電力変換装置の直流電
圧を支えることになり、各スイッチング素子間で分担す
る電圧のバラつきが生じることとなる。直流短絡状態で
スイッチング素子が流すことのできる短絡電流は、スイ
ッチング素子の静特性によって決まるものであり、製造
バラつきが大きい。そして、流すことのできる短絡電流
が大きいスイッチング素子ほど小さな電圧を分担し、短
絡電流が小さいスイッチング素子ほど大きな電圧を分担
することとなる。

【００１２】直流短絡状態でのスイッチング素子の電圧
分担のバラつきΔＶは、スイッチング素子間のバラつき
をΔＩ、スナバコンデンサの容量をＣ、短絡時間をｔと
すると、ΔＶ＝ΔＩ×ｔ／Ｃとなる。現在の素子製造技
術では、流すことのできる短絡電流の値はスイッチング
素子の定格電流の５倍から７倍程度と幅が広く、また短
絡電流のバラつきはほぼスイッチング素子の定格電流の
値に匹敵するほど大きなバラつきとなる。このため、直
流短絡状態での電圧分担のバラつきを実用上問題のない
レベルに抑えるためには、非常に大きなスナバコンデン
サを装備することが考えられる。しかしながら、スナバ
コンデンサを大きくすれば、スナバ抵抗で消費する損失
も大きくなり、電力変換装置全体としての効率の低下、
大型化、高コスト化といった問題を招くこととなる。

【００１３】また、図２１に示した並列接続の構成で
も、いずれかのスイッチング素子が、オフしているべき
ときに誤ってターンオン（誤点弧）して直流電圧を短絡
させてしまった場合に問題が発生する。

【００１４】すなわち、並列に接続されたスイッチング
素子のいずれかがターンオンしても他のスイッチング素
子はオフした状態にあるため、スイッチング素子間で甚
だしい電流分担の不平衡が生じる。このため、たとえ短
時間で誤点弧が終わりスイッチング素子がオフ状態に復
帰しようとしたとしても、電流分担の不平衡のために通
常では発生しない大きな電圧サージが誤点弧したスイッ
チング素子や並列に接続された他のスイッチング素子に
印加され、スイッチング素子が破壊されてしまうおそれ
がある。

【００１５】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、直列接続の構成において
直流短絡時の電圧分担のばらつきを簡易な構成で低減し
得る電力変換装置を提供することにある。

【００１６】本発明の別の目的は、並列接続の構成にお
いて直流短絡時の電流分担の不平衡に起因するサージ電
圧によるスイッチング素子の破壊を防止し得る電力変換
装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の本発明に係る電力変換装置は、制御
端子に与えられる信号によって正極端子から負極端子へ
流れる主電流が制御されるスイッチング素子を複数備え
た電力変換装置において、各スイッチング素子は主電流
の一部を分流して取り出すためのセンス端子を有し、こ
のセンス端子により分流されたセンス電流を各スイッチ
ング素子毎に検出するセンス電流検出手段と、このセン
ス電流が各スイッチング素子について同じ値に設定され
た所定値を超えないように各スイッチング素子の制御端
子に与える信号を制御することによりスイッチング素子
が短絡したときの短絡電流を制限する短絡電流制限手段
と、を有することを特徴とする。

【００１８】本発明にあっては、複数のスイッチング素
子のセンス端子からのセンス電流が各スイッチング素子
で同じ値の所定値を超えないように各スイッチング素子
の制御端子に与える信号を制御するようにしたことで、
いずれかのスイッチング素子で直流短絡が発生しても各
スイッチング素子の短絡電流をほぼ一定の値に揃えるこ
とができ、直列接続での各スイッチング素子の電圧分担
のばらつきを簡易な構成で抑えることができる。

【００１９】請求項２記載の本発明は、請求項１記載の
電力変換装置において、複数のスイッチング素子により
一つのアームが構成され、複数のアームにより電力変換
装置が構成されるものであって、前記センス電流の所定
値は、一つのアームを構成する各スイッチング素子で同
じ値のものが用いられることを特徴とする。

【００２０】請求項３記載の本発明は、請求項１又は２
記載の電力変換装置において、前記センス電流の所定値
を定めるセンス電流指令値を設定するセンス電流設定手
段を有することを特徴とする。

【００２１】請求項４記載の本発明は、請求項１乃至３
のいずれかに記載の電力変換装置において、前記スイッ
チング素子の正極端子・負極端子間の電圧を各スイッチ
ング素子毎に検出する電圧検出手段を有することを特徴
とする。

【００２２】請求項５記載の本発明は、請求項４記載の
電力変換装置において、前記センス電流設定手段は、前
記電圧検出手段により検出された電圧が所定値を超えた
ときの増加分に応じてセンス電流指令値を変更する変更
手段を有することを特徴とする。

【００２３】請求項６記載の本発明は、請求項４又は５
に記載の電力変換装置において、前記電圧検出手段によ
り検出された電圧が所定値を超えないように各スイッチ
ング素子の制御端子に与える信号を制御する信号制御手
段を有することを特徴とする。

【００２４】本発明にあっては、スイッチング素子の正
極端子・負極端子間の電圧が所定値を超えないように各
スイッチング素子の制御端子に与える信号を制御するよ
うにしたことで、従来の充放電型のスナバ回路をスイッ
チング素子毎に備える必要性がなくなるので、より簡易
な構成とすることができる。

【００２５】請求項７記載の本発明は、請求項１乃至６
のいずれかに記載の電力変換装置において、前記信号制
御手段によりスイッチング素子の制御端子に与えられる
信号を定める信号指令値を設定する信号設定手段を有す
ることを特徴とする。

【００２６】請求項８記載の本発明は、請求項７記載の
電力変換装置において、前記信号設定手段は、前記電圧
検出手段により検出された電圧が所定値を超えたときの
増加分に応じて信号指令値を変更する変更手段を有する
ことを特徴とする。

【００２７】請求項９記載の本発明は、請求項６乃至８
のいずれかに記載の電力変換装置において、前記電圧検
出手段により検出された電圧に応じて前記短絡電流制限
手段による動作と前記信号制御手段による動作とを切り
替える切替手段を有することを特徴とする。

【００２８】請求項１０記載の本発明は、請求項６乃至
９のいずれかに記載の電力変換装置において、前記信号
制御手段は、短絡時だけではなく通常のスイッチング動
作時にも各スイッチング素子の制御端子に与える信号を
制御する制御手段を有することを特徴とする。

【００２９】請求項１１記載の本発明は、請求項１乃至
１０のいずれかに記載の電力変換装置において、前記複
数のスイッチング素子は並列に接続されたものであっ
て、前記センス電流検出手段により検出された各スイッ
チング素子のセンス電流に基づいていずれかのスイッチ
ング素子が誤点弧したことが検知された場合に、他のス
イッチング素子を点弧させる点弧手段を有することを特
徴とする。

【００３０】本発明にあっては、並列に接続された複数
のスイッチング素子のうち、いずれか１つに直流短絡が
発生した場合には、他のスイッチング素子を点弧（ター
ンオン）させるようにしたことで、並列接続構成での直
流短絡時における電流分担の不平衡が解消され、サージ
電圧によるスイッチング素子の破壊を防止することがで
きる。

【００３１】請求項１２記載の本発明は、請求項１１記
載の電力変換装置において、前記短絡電流制限手段は、
前記点弧手段により他のスイッチング素子が点弧された
後、センス電流が所定値を超えないように各スイッチン
グ素子の制御端子に与える信号を制御することを特徴と
する。

【００３２】請求項１３記載の本発明は、正極端子から
負極端子へ流れる主電流の一部を分流して取り出すため
のセンス端子を備えたスイッチング素子を複数備えた電
力変換装置において、スイッチング素子毎にセンス端子
の電位と負極端子の電位とを等しくする電位制御手段を
有することを特徴とする。

【００３３】本発明にあっては、スイッチング素子のセ
ンス端子の電位と負極端子の電位とが等しくなるように
したことで、センス端子および負極端子の電気的条件が
等しくなるようにしている。

【００３４】請求項１４記載の本発明は、請求項１３記
載の電力変換装置において、前記電位制御手段は、スイ
ッチング素子のセンス端子にベース端子が接続されたト
ランジスタと、このトランジスタのエミッタ端子とスイ
ッチング素子の負極端子との間に接続され、トランジス
タのエミッタ端子の電位をスイッチング素子の負極端子
の電位に対してトランジスタのベース・エミッタ間の電
位差だけ引き下げた電位とする電位引下手段と、を有す
ることを特徴とする。

【００３５】請求項１５の本発明は、請求項１４記載の
電力変換装置において、前記電位引下手段は、順方向に
バイアスされたダイオードにより構成されたものであっ
て、このダイオードのアノード端子がスイッチング素子
の負極端子に接続され、カソード端子がトランジスタの
エミッタ端子に接続されたことを特徴とする。

【００３６】請求項１６記載の本発明は、請求項１４記
載の電力変換装置において、前記電位引下手段は、前記
トランジスタと同一種類のトランジスタにより構成され
たものであって、このトランジスタのベース端子がスイ
ッチング素子の負極端子に接続され、このトランジスタ
のエミッタ端子が前記トランジスタのエミッタ端子に接
続されたことを特徴とする。

【００３７】請求項１７記載の本発明は、請求項１６記
載の電力変換装置において、前記トランジスタおよびこ
れと同一種類のトランジスタにより作動増幅器を構成し
たことを特徴とする。

【００３８】請求項１８記載の本発明は、請求項１３記
載の電力変換装置において、前記電位制御手段は、スイ
ッチング素子のセンス端子にエミッタ端子が接続された
トランジスタと、このトランジスタのベース端子とスイ
ッチング素子の負極端子との間に接続され、トランジス
タのベース端子の電位をスイッチング素子の負極端子の
電位に対してトランジスタのエミッタ・ベース間の電位
差だけ引き下げた電位とする電位引下手段と、を有する
ことを特徴とする。

【００３９】請求項１９記載の本発明は、請求項１８記
載の電力変換装置において、前記電位引下手段は、順方
向にバイアスされたダイオード又は前記トランジスタと
同一種類のトランジスタにより構成されたことを特徴と
する。

【００４０】請求項２０記載の本発明は、請求項１３乃
至１９のいずれかに記載の電力変換装置において、セン
ス端子により主電流から分流されたセンス電流を検出す
るセンス電流検出手段と、前記センス電流検出手段によ
り検出されたセンス電流が所定値を超えないようにスイ
ッチング素子の制御端子に与える信号を制御することに
よりスイッチング素子が短絡したときの短絡電流を制限
する短絡電流制限手段と、を有することを特徴とする。

【００４１】請求項２１記載の本発明は、請求項２０記
載の電力変換装置において、前記短絡電流制限手段は、
センス電流を積分する積分手段を有し、この積分手段に
よる積分値が所定値を超えた場合に制限することを特徴
とする。

【００４２】請求項２２記載の本発明は、請求項２０記
載の電力変換装置において、前記短絡電流制限手段は、
センス電流が所定値を超えたときに所定時間の計測を開
始する計測手段を有し、センス電流が所定値を超えた状
態でこの所定時間が経過したときに制限することを特徴
とする。

【００４３】請求項２３記載の本発明は、請求項２０乃
至２２のいずれかに記載の電力変換装置において、前記
センス電流検出手段により検出されたセンス電流が所定
値を超えた場合に、スイッチング素子の制御端子とこの
スイッチング素子を駆動する駆動回路との間に接続され
た抵抗をより値の大きな抵抗に切り替える抵抗切替手段
と、を有することを特徴とする。

【００４４】請求項２４記載の本発明は、請求項２０乃
至２２のいずれかに記載の電力変換装置において、スイ
ッチング素子の制御端子に並列接続された値の異なる複
数の抵抗と、この複数の抵抗にそれぞれ接続された駆動
回路と、前記センス電流検出手段により検出されたセン
ス電流が所定値を超えた場合に、より値の大きな抵抗に
接続された駆動回路を作動させる作動手段と、を有する
ことを特徴とする。

【００４５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。

【００４６】［第１の実施の形態］図１は、一実施の形
態における電力変換装置の主要部の構成を示す回路図で
ある。同図の電力変換装置は、図２０に示したものに対
して、スイッチング素子２１０ａ乃至２０１ｄの代わり
に、センス端子７ａ乃至７ｄをそれぞれ備えたＭＯＳゲ
ート型のスイッチング素子１ａ乃至１ｄが直列に接続さ
れるとともに、各センス端子７ａ乃至７ｄがそれぞれゲ
ート駆動回路３ａ乃至３ｄに接続されたた構成である。
なお、その他、図２０と同一物には同一の符号を付すこ
ととし、ここでは説明を省略する。

【００４７】スイッチング素子１ａ乃至１ｄ、ゲート駆
動回路３ａ乃至３ｄはそれぞれ同様の構成であるので、
ここではスイッチング素子１ａ、ゲート駆動回路３ａを
例に説明する。

【００４８】スイッチング素子１ａのセンス端子７ａ
は、スイッチング素子１ａのコレクタ端子（正極端子）
からエミッタ端子（負極端子）へ流れる主電流の一部を
分流したセンス電流を取り出すためのものであり、ゲー
ト駆動回路３ａは、このセンス電流が一定となるように
スイッチング素子１ａのゲート端子に与えるゲート電圧
をフィードバック制御する機能を備えるものである。

【００４９】図２は、ゲート駆動回路３ａの構成を示す
回路図である。同図のゲート駆動回路３ａは、ゲート電
源１５ａ，１６ａが直列接続され、これに並列にゲート
信号発生回路１４ａが接続される。ゲート電源１５ａの
正極線にはＮＰＮ型のオンゲートトランジスタ１２ａの
コレクタ端子が接続され、ゲート電源１５ｂの負極線に
はＰＮＰ型のオフゲートトランジスタ１３ａのコレクタ
端子が接続される。オンゲートトランジスタ１２ａのベ
ース端子とオフゲートトランジスタ１３ａのベース端子
とが接続され、その接続点はゲート信号発生回路１４ａ
に接続される。ゲート電源１５ａ，１６ａによってオン
ゲートトランジスタ１２ａ、オフゲートトランジスタ１
３ａ、およびゲート信号発生回路１４ａに電力が供給さ
れる。

【００５０】オンゲートトランジスタ１２ａのエミッタ
端子は、オンゲート抵抗１０ａを介してスイッチング素
子１ａのゲート端子に接続される。オンゲート抵抗１０
ａとゲート端子とを接続する接続線には、オフゲートト
ランジスタ１３ａのエミッタ端子がオフゲート抵抗１１
ａを介して接続される。

【００５１】また、この接続線には、ダイオード１７ａ
のアノード端子が接続され、ダイオード１７ａのカソー
ド端子はＮＰＮ型のトランジスタ９ａのコレクタ端子に
接続される。トランジスタ９ａのベース端子はスイッチ
ング素子１ａのセンス端子７ａに接続される。トランジ
スタ９ａのエミッタ端子はスイッチング素子１ａのエミ
ッタ端子に接続されるとともに、ゲート電源１５ａ，１
６ａの接続点に接続される。またトランジスタ９ａのベ
ース・エミッタ端子間にはセンス抵抗８ａが接続され
る。

【００５２】通常の動作時には、ゲート信号発生回路１
４ａからの信号に基づいてオンゲートトランジスタ１２
ａとオフゲートトランジスタ１３ａとが交互に導通す
る。オンゲートトランジスタ１２ａによるオンゲート電
圧はオンゲート抵抗１０ａを経由してスイッチング素子
１ａのゲート端子に供給される。また、オフゲートトラ
ンジスタ１３ａによるオフゲート電圧はオフゲート抵抗
１１ａを経由してスイッチング素子１ａのゲート端子に
供給される。このオンゲート電圧はゲート電源１５ａに
より定められ、オフゲート電圧はゲート電源１６ａによ
り定められる。

【００５３】ここで、直流短絡が発生してスイッチング
素子１ａの主電流が急増すると、センス端子７ａから流
れ出すセンス電流も急増し、センス抵抗８ａの両端の電
圧が上昇してトランジスタ９ａが導通する。これによ
り、トランジスタ９ａのコレクタ電流がスイッチング素
子１ａの制御端子に供給されるゲート電圧を引き下げる
方向へダイオード１７ａに流れ、その結果スイッチング
素子１ａの主電流が減少してセンス抵抗８ａによって定
まる一定の値に制限される。

【００５４】このように、ダイオード１７ａ、トランジ
スタ９ａ、センス抵抗８ａ等により短絡電流制限回路が
構成され、これらの回路定数については、他のゲート駆
動回路３ｂ乃至３ｄにおいても同じ値のものを用いるよ
うにする。

【００５５】したがって、本実施の形態によれば、各ス
イッチング素子のセンス端子からのセンス電流が、全て
のスイッチング素子について同じ値に設定された所定値
を超えないように各スイッチング素子の制御端子に与え
るゲート電圧を制御するようにしたことで、スイッチン
グ素子の静特性のバラつきによらずに各スイッチング素
子の短絡電流をほぼ一定の値に揃えることができ、もっ
て直列接続の構成における直流短絡時の電圧分担のばら
つきを抑えることができる。

【００５６】［第２の実施の形態］第１の実施の形態に
おいては、各ゲート駆動回路に設けた短絡電流制限回路
の回路定数を揃えることで、各スイッチング素子の短絡
電流の値を揃えることとした。しかしながら、実際には
回路定数のわずかなバラつきによって各スイッチング素
子に短絡電流のバラつきが生じることが考えられる。第
２の実施の形態では、この点に対応した電力変換装置に
ついて説明する。

【００５７】図３は、本実施の形態における電力変換装
置の主要部の構成を示す回路図である。同図の電力変換
装置は、図１に対して、上側アームを構成するスイッチ
ング素子１ａ，１ｂのゲート駆動回路４３ａ，４３ｂに
センス電流設定部１８ａを接続し、下側アームを構成す
るスイッチング素子１ｃ，１ｄのゲート駆動回路４３
ｃ，４３ｄにセンス電流設定部１８ｂを接続した構成で
ある。なお、その他、図１と同一物には同一の符号を付
すこととし、ここではその説明を省略する。

【００５８】ゲート駆動回路４３ａ乃至４３ｄは同一構
成であるので、ゲート駆動回路４３ａを例にその機能に
ついて説明する。図４は、ゲート駆動回路４３ａの構成
を示す回路図である。同図のゲート駆動回路４３ａは、
図２に対して、トランジスタ９ａのエミッタ端子が、そ
の接続先としてダイオード１７ａの代わりに、トランジ
スタ９ａと同一種類のトランジスタ１９ａのエミッタ端
子に接続される。この接続点は抵抗４０ａを介してスイ
ッチング素子１ａのエミッタ端子に接続される。トラン
ジスタ１９ａのコレクタ端子はゲート電源１５ａの正極
線に接続されて電力供給を受け、トランジスタ１９ａの
ベース端子にはセンス電流設定部１８ａが接続される。
なお、その他、図２と同一物には同一の符号を付すこと
とし、ここでは説明を省略する。

【００５９】センス電流設定部１８ａからはセンス電流
指令値が出力され、トランジスタ１９ａのベース端子に
与えられる。このような構成において、トランジスタ９
ａが導通してスイッチング素子１ａのゲート電圧を制御
し始めるのは、トランジスタ９ａのベース電位がトラン
ジスタ１９ａのベース電位、すなわちセンス電流指令値
を上回ったときである。

【００６０】一方、トランジスタ９ａのベース電位は、
センス電流とセンス抵抗８ａとの積で定まるものであ
る。よって、直流短絡が生じた場合、トランジスタ９ａ
のベース電位がセンス電流指令値を超えたところで、セ
ンス電流に基づく制御がかかり始め、トランジスタ９ａ
のベース電位がセンス電流指令値を超えないようにセン
ス電流がフィードバック制御され、これによりスイッチ
ング素子１ａの主電流が制御される。すなわち、短絡電
流の値は、センス電流指令値によって設定される。

【００６１】したがって、本実施の形態によれば、同じ
アームを構成する複数のスイッチング素子のゲート駆動
回路に同一のセンス電流指令値を与え、スイッチング素
子のセンス電流およびセンス抵抗により定まる電位がこ
のセンス電流指令値を超えないようにスイッチング素子
の主電流を制御するようにしたことで、短絡電流制限回
路の回路定数のわずかなバラつきによって生じる各スイ
ッチング素子の短絡電流のバラつきを抑制することがで
き、ひいては直流短絡時の電圧分担のバラつきを小さく
することができる。

【００６２】［第３の実施の形態］第２の実施の形態で
は、同じアームを構成する各スイッチング素子のゲート
駆動回路に同一のセンス電流指令値を与えることとし
た。しかしながら、各スイッチング素子は異なる主回路
電位にあるため、各スイッチング素子毎にコレクタ・エ
ミッタ端子間電圧（以下、「電圧Ｖｃｅ」という）が若
干異なっている。このため、センス電流指令値のような
信号の伝送は、例えば光信号で行うこと等により電気的
に絶縁しなければならず、装置の構成が複雑になり好ま
しくない。第３の実施の形態では、この点に対応した電
力変換装置について説明する。

【００６３】図５は、本実施の形態における電力変換装
置の主要部の構成を示す回路図である。同図の電力変換
装置は、図１に対して、各スイッチング素子１ａ乃至１
ｄのコレクタ端子がそれぞれのゲート駆動回路５３ａ乃
至５３ｄに接続された構成であり、ゲート駆動回路５３
ａ乃至５３ｄにおいて各スイッチング素子１ａ乃至１ｄ
の電圧Ｖｃｅをモニターできるようにしている。なお、
その他、図１と同一物には同一の符号を付すこととし、
ここではその説明を省略する。

【００６４】ゲート駆動回路５３ａ乃至５３ｄは同一の
構成であるので、ゲート駆動回路５３ａを例にその機能
について説明する。図６は、ゲート駆動回路５３ａの構
成を示す回路図である。同図のゲート駆動回路５３ａ
は、図４に対して、トランジスタ１９ａのベース端子
が、その接続先としてセンス電流設定部１８ａの代わり
に、抵抗２１ａおよびこの抵抗２１ａにカソード端子が
接続されたツェナーダイオード２２ａを介してスイッチ
ング素子１ａのコレクタ端子に接続される。

【００６５】ゲート電源１５ａには、抵抗４１ａおよび
この抵抗４１ａにカソード端子が接続されたツェナーダ
イオード２３ａが並列に接続される。この抵抗４１ａお
よびツェナーダイオード２３ａの接続点と、ツェナーダ
イオード２２ａのアノード端子およびトランジスタ１９
ａのベース端子の接続点との間に抵抗２０ａが接続され
る。なお、オンゲートトランジスタ１２ａ、オンゲート
抵抗１０ａ、オフゲートトランジスタ１３ａ、オフゲー
ト抵抗１１ａについては図面を簡易にするため省略して
ある。その他、図４と同一物には同一の符号を付すこと
とし、ここでは説明を省略する。

【００６６】これらセンス抵抗４ａ、トランジスタ９
ａ，１９ａ、ダイオード１７ａ、ツェナーダイオード２
３ａ等によりセンス電流指令値を設定して短絡電流を制
限する短絡電流制限回路が構成され、ツェナーダイオー
ド２２ａ、抵抗２１ａによりスイッチング素子１ａの電
圧Ｖｃｅを検出する検出回路が構成され、ツェナーダイ
オード２２ａ，２３ａ、抵抗２０ａ，２１ａによりスイ
ッチング素子１ａの電圧Ｖｃｅが所定値を超えたときの
増加分に応じてセンス電流指令値を変更する変更回路が
構成される。これらの回路定数については、他のゲート
駆動回路５３ｂ乃至５３ｄにおいても同じ値のものを用
いるようにする。

【００６７】抵抗２１ａおよびツェナーダイオード２２
ａは、スイッチング素子１ａの電圧Ｖｃｅの過度な上昇
を抑えるためにも使用される。すなわち、スイッチング
素子１ａの電圧Ｖｃｅがツェナーダイオード２２ａによ
り定まる一定の電圧値よりも低い値であれば、短絡電流
を定めるセンス電流指令値はツェナーダイオード２３ａ
でのみ決まる。

【００６８】ここで、スイッチング素子１ａで流すこと
のできる短絡電流の値が直列に接続された他のスイッチ
ング素子１ｂ乃至１ｄのものよりも低い場合には、直流
短絡状態になると、スイッチング素子１ａの電圧Ｖｃｅ
は他のスイッチング素子のものよりも上昇し、やがてツ
ェナーダイオード２２ａが導通する。ツェナーダイオー
ド２２ａが導通するとその等価抵抗はきわめて小さくな
るので、この状態ではトランジスタ１９ａのベース電
位、すなわちセンス電流指令値は、スイッチング素子１
ａの電圧Ｖｃｅとツェナーダイオード２３ａの電圧を抵
抗２０ａと抵抗２１ａとによって分圧した値となる。

【００６９】よって、スイッチング素子１ａの電圧Ｖｃ
ｅがツェナーダイオード２２ａの電圧よりも上昇しよう
とするとセンス電流指令値が上昇し、これによってスイ
ッチング素子１ａに流れる短絡電流が増大し、その分だ
けスイッチング素子１ａの電圧Ｖｃｅが減少することと
なる。これにより、スイッチング素子１ａの電圧Ｖｃｅ
はツェナーダイオード２２ａにより定まる所定値を超え
ないように制御される。

【００７０】したがって、本実施の形態によれば、スイ
ッチング素子の電圧Ｖｃｅが所定値を超えたときの増加
分に応じてセンス電流指令値を変更することにより、こ
の電圧Ｖｃｅが各スイッチング素子について同じに設定
された所定値を超えないようにしたことで、各スイッチ
ング素子の短絡電流にバラつきがあった場合でも、電圧
Ｖｃｅをほぼ一定の値に揃えることができる。

【００７１】［第４の実施の形態］第３の実施の形態に
おいては、スイッチング素子の電圧Ｖｃｅに応じてセン
ス電流指令値を変更させ、間接的にスイッチング素子へ
のゲート電圧を制御することとしたが、もっと直接的に
このゲート電圧を制御することも考えられる。本実施の
形態においては、この点に対応した電力変換装置につい
て説明する。

【００７２】本実施の形態における電力変換装置の基本
的な構成は図５に示したものと同様であり、そのゲート
駆動回路５３ａ乃至５３ｄとは内部構成が異なるゲート
駆動回路６３ａ乃至６３ｄを用いた構成である。

【００７３】ゲート駆動回路６３ａ乃至６３ｄは同一構
成であるので、ゲート駆動回路６３ａを例にその機能に
ついて説明する。図７は、本実施の形態におけるゲート
駆動回路６３ａの構成を示す回路図である。同図のゲー
ト駆動回路６３ａは、図６に対して、トランジスタ９ａ
のコレクタ端子が、その接続先としてダイオード１７ａ
の代わりに抵抗２０ａに接続され、この抵抗２０ａの他
端子はゲート電源１５ａの正極線に接続される。スイッ
チング素子１ａのコレクタ端子に直列接続されたツェナ
ーダイオード２２ａおよび抵抗２１ａは、その接続先と
してトランジスタ１９ａのベース端子に代えて、トラン
ジスタ９ａのコレクタ端子および新たに設けられたＰＮ
Ｐ型のトランジスタ２４ａのベース端子に接続される。

【００７４】このトランジスタ２４ａのコレクタ端子は
ゲート電源１５ａの負極線に接続される。トランジスタ
２４ａのエミッタ端子にはダイオード４２ａのカソード
端子が接続され、ダイオード４２ａのアノード端子はゲ
ート信号発生回路１４ａとスイッチング素子１ａのゲー
ト端子とを接続する接続線に接続される。なお、その
他、図６と同一物には同一の符号を付すこととし、ここ
では説明を省略する。

【００７５】これらツェナーダイオード２２ａ、抵抗２
１ａ、ダイオード４２ａ、トランジスタ２４ａ等により
所定値を超えないようにスイッチング素子１ａの電圧Ｖ
ｃｅを直接的に制御する電圧（信号）制御回路が構成さ
れ、トランジスタ９ａ等により電圧指令値を設定する電
圧設定回路が構成され、ツェナーダイオード２２ａ、抵
抗２１ａ、トランジスタ９ａ、抵抗２０ａ等により電圧
指令値を変更する変更回路が構成される。これらの回路
定数については、他のゲート駆動回路６３ｂ乃至６３ｄ
においても同じ値のものを用いるようにする。

【００７６】トランジスタ２４ａは、前段のトランジス
タ９ａによって決まるゲート電圧指令値を電流増幅して
スイッチング素子１ａのゲート端子に伝えるものであ
り、その電圧増幅度は１であるので、スイッチング素子
１ａのゲート電位は、ほぼトランジスタ９ａのコレクタ
電位によって決まる。すなわち、トランジスタ９ａのコ
レクタ電位が上昇するとスイッチング素子１ａのゲート
電位も上昇し、その主電流がより多く流れることとな
る。

【００７７】通常時においては、このトランジスタ９ａ
のコレクタ電位は、抵抗２０ａの値とトランジスタ９ａ
のコレクタ電流の値とによって決まる。すなわち、セン
ス電流がセンス抵抗８ａで定める所定値よりも大きくな
り、トランジスタ９ａが導通を始めると、センス電流の
増加に伴ってこのコレクタ電流も増加するので、結局は
トランジスタ９ａのコレクタ電位の変化はセンス電流の
変化によってのみ決定される。

【００７８】ここで、スイッチング素子１ａの電圧Ｖｃ
ｅがツェナーダイオード２２ａにより定まる電圧値を超
えると、ツェナーダイオード２２ａが導通を始め、その
等価抵抗は極めて小さくなる。この状態においては、ト
ランジスタ９ａのコレクタ電位、すなわちゲート電圧指
令値は、スイッチング素子１ａのコレクタ端子からツェ
ナーダイオード２２ａおよび抵抗２１ａを介して流れて
くる電流からトランジスタ９ａのコレクタ電流を差し引
いた値により定まるので増加することとなる。

【００７９】よって、スイッチング素子１ａの電圧Ｖｃ
ｅがツェナーダイオード２２ａにより定まる電圧値より
も上昇しようとするとゲート電圧指令値が上昇し、これ
によってスイッチング素子１ａに流れる主電流が増大
し、その分だけスイッチング素子１ａの電圧Ｖｃｅが減
少することとなる。

【００８０】したがって、本実施の形態によれば、スイ
ッチング素子の電圧Ｖｃｅをツェナーダイオード２２ａ
によって検出し、電圧Ｖｃｅが所定値を超えた場合に
は、トランジスタ２４ａのコレクタ電位をその分だけ上
昇させ、このコレクタ電位をトランジスタ２４ａおよび
ダイオード４２ａを介してスイッチング素子のゲート電
位に伝えるようにしたことで、これに応じてスイッチン
グ素子に流れる主電流が増大してスイッチング素子の電
圧Ｖｃｅを減少させることができ、電圧Ｖｃｅをほぼ一
定に制御することができる。

【００８１】また、各ゲート駆動回路において電圧制御
回路の回路定数を揃えるようにしたことで、各スイッチ
ング素子の電圧Ｖｃｅをほぼ一定の値に揃えることがで
きる。

【００８２】［第５の実施の形態］第４の実施の形態に
おいては、センス電流指令値を変更することによりスイ
ッチング素子のゲート電圧を調整して短絡電流を制限す
る短絡電流制限回路と、スイッチング素子の電圧Ｖｃｅ
に応じてスイッチング素子のゲート電圧を直接的に制御
する電圧制御回路とが同時に動作するよになっている。
これに対して、スイッチング素子の短絡時の電圧・電流
に応じて２つの制限回路を切り替えることが考えられ
る。本実施の形態においては、この点に対応した電力変
換装置について説明する。

【００８３】本実施の形態における電力変換装置の基本
的な構成は図５に示したものと同様であり、そのゲート
駆動回路５３ａ乃至５３ｄとは内部構成が異なるゲート
駆動回路７３ａ乃至７３ｄを用いた構成である。

【００８４】ゲート駆動回路７３ａ乃至７３ｄは同一構
成であるので、ゲート駆動回路７３ａを例にその機能に
ついて説明する。図８は、ゲート駆動回路７３ａの構成
を示す回路図である。同図のゲート駆動回路７３ａは、
図７に対して、スイッチング素子１ａのコレクタ端子に
直列接続されたツェナーダイオード２２ａおよび抵抗２
１ａが、その接続先としてトランジスタ９ａのコレクタ
端子に代えて、新たに設けられたＮＰＮ型のトランジス
タ２６ａのベース端子に接続される。この接続点には抵
抗２５ａが接続され、抵抗２５ａの他端子はゲート電源
１５ａの負極線に接続される。トランジスタ２６ａのエ
ミッタ端子には抵抗４５ａが接続され、抵抗４５ａの他
端子はゲート電源１５ａの負極線に接続される。また、
トランジスタ２６ａのエミッタ端子にはダイオード２７
ａのアノード端子が接続され、トランジスタ９ａのコレ
クタ端子にはダイオード２８ａのアノード端子が接続さ
れる。それぞれのダイオード２７ａ，２８ａのカソード
端子が接続され、その接続点はトランジスタ２４ａのベ
ース端子に接続される。また、その接続点には抵抗４４
ａが接続され、抵抗４４ａの他端子はゲート電源１５ａ
の負極線に接続される。なお、その他、図７と同一物に
は同一の符号を付すこととし、ここでは説明を省略す
る。

【００８５】これらトランジスタ２６ａや並列接続され
たダイオード２７ａ，２８ａ等により短絡電流制限回路
と電圧制御回路とを切り替える切替回路が構成される。
この回路定数については他のゲート駆動回路７３ｂ乃至
７３ｄにおいても同じ値のものを用いるようにする。

【００８６】スイッチング素子１ａのゲート電位は、ト
ランジスタ２４ａのベース電位によって制御される。こ
のトランジスタ２４ａのベース端子には、スイッチング
素子１ａの電圧Ｖｃｅ検出用のダイオード２７ａと、セ
ンス電流検出用のダイオード２８ａとが並列に接続され
ており、どちらか電位の高い方のダイオードのみが導通
することとなる。

【００８７】スイッチング素子１ａの電圧Ｖｃｅがツェ
ナーダイオード２２ａで定まる値よりも低い場合には、
トランジスタ２６ａのエミッタ電位はトランジスタ９ａ
のコレクタ電位に比較して小さいので、ダイオード２８
ａのみが導通し、トランジスタ２４ａのベース電位はセ
ンス電流のみによって決定される。

【００８８】一方、スイッチング素子１ａの電圧Ｖｃｅ
がツェナーダイオード２２ａで定まる値よりも高くなっ
た場合には、ツェナーダイオード２２ａが導通し、やが
てトランジスタ２６ａのエミッタ電位がトランジスタ９
ａのコレクタ電位を上回るようになる。このとき、ダイ
オード２７ａが導通し、ダイオード２８ａが非導通とな
り、トランジスタ２４ａのベース電位はスイッチング素
子１ａの電圧Ｖｃｅのみによって決定される。

【００８９】したがって、本実施の形態によれば、スイ
ッチング素子のゲート電位を制御するトランジスタ２４
ａのベース電位を定める際に、スイッチング素子の電圧
Ｖｃｅが通常である場合には、ダイオード２８ａが導通
してセンス電流により定まり、スイッチング素子の電圧
Ｖｃｅが所定値を超えた場合には、ダイオード２７ａが
導通して電圧Ｖｃｅにより定まるようにしたことで、ス
イッチング素子の電圧・電流の状態に応じて短絡電流制
限回路と電圧制御回路と切り替えてスイッチング素子の
ゲート電圧を決定することができる。

【００９０】［第６の実施の形態］第１乃至第５の実施
の形態においては、各スイッチング素子について従来の
充放電型のスナバ回路を用いることを前提としていた
が、第３乃至５の実施の形態に示したように、いずれか
のスイッチング素子の分担電圧が上昇しすぎたときには
ゲート駆動回路に設けた電圧制御回路によってこの分担
電圧のバラつきを抑えることが可能になった場合には、
ことさら各スイッチング素子に充放電型のスナバ回路を
備える必要性はなく取り外した構成とすることができ
る。

【００９１】しかしながら、各スイッチング素子の電圧
分担のバラつきは直流短絡時のみでなく通常のターンオ
フスイッチングの過渡期にも発生する。通常のターンオ
フスイッチングでは、直流短絡時に比べて過渡時間がき
わめて短いために、直流短絡時ほど深刻な電圧分担のア
ンバランスは発生しないものの、電圧分担のアンバラン
スはより小さいことが望ましいことに変わりはない。そ
こで、本実施の形態にでは、充放電型のスナバ回路を取
り外したとしても、各スイッチング素子の電圧分担のア
ンバランスをさらに抑えることのできる電力変換装置に
ついて説明する。

【００９２】本実施の形態における電力変換装置の基本
的な構成は図５のようにスイッチング素子１ａ乃至１ｄ
が直列接続され、各スイッチング素子毎にゲート駆動回
路８３ａ乃至８３ｄが設けられた構成である。ゲート駆
動回路８３ａ乃至８３ｄは同一構成であるので、ゲート
駆動回路８３ａを例にその機能について説明する。

【００９３】図９は、本実施の形態におけるゲート駆動
回路８３ａの構成を示す回路図である。同図のゲート駆
動回路８３ａは、図８に対して、新たに設けたダイオー
ド２９ａのアノード端子がトランジスタ２６ａのエミッ
タ端子とダイオード２８ａのアノード端子とを接続する
接続線に接続され、ダイオード２９ａのカソード端子が
スイッチング素子１ａのゲート端子とゲート信号発生回
路１４ａとを接続する接続線に接続された構成である。
なお、その他、図８と同一物には同一の符号を付すこと
とし、ここではその説明を省略する。

【００９４】このダイオード２９ａにより通常のスイッ
チング動作時における電圧制御回路が構成され、その回
路定数については他のゲート駆動回路８３ｂ乃至８３ｄ
においても同じ値のものを用いるようにする。

【００９５】ダイオード２９ａは、通常のターンオフス
イッチング時において、その過渡期にスイッチング素子
１ａの電圧Ｖｃｅが上昇してトランジスタ２６ａのエミ
ッタ電位が上昇したときに導通して電圧Ｖｃｅを減少さ
せるためのものである。すなわち、ダイオード２９ａが
導通することによって、ターンオフによりスイッチング
素子１ａのゲート閾値電圧の程度まで下がったゲート電
位が引き上がり、スイッチング素子１ａに主電流がより
多く流れるようになって電圧Ｖｃｅを減少させる。

【００９６】このダイオード２９ａの動作によって、ス
イッチング素子１ａのゲート電位が引き上げられてター
ンオフし始めたスイッチング素子１ａのターンオフ動作
を遅らせ、これによってスイッチング素子１ａの分担電
圧を引き下げる。

【００９７】したがって、本実施の形態によれば、ダイ
オード２９ａによりスイッチング素子の電圧Ｖｃｅが所
定値を超えた場合には、その増加分だけスイッチング素
子のゲート電位を増加させて電圧Ｖｃｅが一定になるよ
うにしたことで、通常のターンオフのように過渡期が短
くても各スイッチング素子の電圧分担のアンバランスを
抑えることができる。

【００９８】［第７の実施の形態］第１乃至第６の実施
の形態においては、複数個のスイッチング素子を直列接
続したときの各スイッチング素子間の電圧分担のバラつ
きを防止することとした。これに対し、本実施の形態で
は、複数のスイッチング素子を並列接続したときの各ス
イッチング素子間の電流不平衡を防止する電力変換装置
について説明する。

【００９９】図１０は、本実施の形態における電力変換
装置の主要部の構成を示す回路図である。同図の電力変
換装置は、図２１に対して、スイッチング素子２０１
ａ，２０１ｂの代わりにセンス端子を備えたスイッチン
グ素子１ａ，１ｂが並列に接続される。このスイッチン
グ素子１ａ，１ｂにはそのセンス端子７ａ，７ｂからの
センス電流に基づいてゲート電位を制御するゲート駆動
回路９３ａ，９３ｂがそれぞれ接続される。スイッチン
グ素子１ａ，１ｂのエミッタ端子、センス端子はそれぞ
れゲート駆動回路９３ａ，９３ｂに接続され、各スイッ
チング素子のコレクタ端子はゲート抵抗２ａ，２ｂを介
してそれぞれゲート駆動回路９３ａ，９３ｂに接続され
る。このゲート駆動回路９３ａ，９３ｂは、強制短絡信
号発生回路３２およびゲート光信号発生回路３４と光信
号の送受信が可能に構成される。また、スイッチング素
子１ａおよび１ｂにより一つのアームが構成される。

【０１００】ゲート駆動回路９３ａ，９３ｂは、スイッ
チング素子１ａ，１ｂのセンス端子７ａ，７ｂからのセ
ンス電流を用いて直流短絡事故が発生したことを検知す
ると、このセンス電流が所定値を超えないようにそれぞ
れスイッチング素子１ａ，１ｂのゲート電位をフィード
バック制御するとともに、直流短絡を検出した旨を通知
するための短絡検出光信号を強制短絡信号発生回路３２
へ送信する。

【０１０１】強制短絡信号発生回路３２では、同一のア
ームを構成するスイッチング素子１ａ，１ｂのそれぞれ
のゲート駆動回路９３ａ，９３ｂから送信されてきた短
絡検出光信号の論理和を取り、いずれか一方のスイッチ
ング素子について直流短絡が発生した場合に強制短絡信
号を生成し、これをゲート光信号発生回路３４へ送出す
る。

【０１０２】ゲート光信号発生回路３４では、この強制
短絡信号に基づいてゲート光信号を生成し、このゲート
光信号をゲート駆動回路９３ａ，９３ｂの双方に送信す
る。

【０１０３】ゲート駆動回路９３ａ，９３ｂでは、ゲー
ト光信号を受信した場合には、それぞれに接続されたス
イッチング素子１ａ，１ｂをターンオン（点弧）させ
る。この構成により、いずれかのスイッチング素子につ
いて直流短絡が検知された場合には、他のスイッチング
素子についても点弧されるので、各スイッチング素子で
の電流分担の不平衡が解消され、大きなサージ電圧の発
生が回避される。

【０１０４】また、このゲート駆動回路９３ａ，９３ｂ
は同一の構成であり、各内部の短絡電流制限回路ではセ
ンス電流の所定値が同じ値になるように設定されるの
で、スイッチング素子が点弧された後、各スイッチング
素子のセンス電流は同じ値となるように制御される。

【０１０５】したがって、本実施の形態によれば、並列
に接続された複数のスイッチング素子のうち、いずれか
１つに直流短絡が発生した場合には、他のスイッチング
素子も短絡させるようにしたことで、並列接続構成での
直流短絡時における電流分担の不平衡が解消され、サー
ジ電圧によるスイッチング素子の破壊を防止することが
できる。

【０１０６】また、本実施の形態によれば、各スイッチ
ング素子についてセンス電流の所定値として同じ値が用
いられるようにしたことで、各スイッチング素子の電流
分担の不平衡に起因するスイッチング素子の破壊を防止
することができる。

【０１０７】［第８の実施の形態］上記各実施の形態に
おいては、センス端子を備えたスイッチング素子を用い
ることとしたが、このセンス端子の実態は、スイッチン
グ素子に内蔵されている多くのＩＧＢＴ素子の一部のエ
ミッタ端子を別に取り出したものである。このセンス端
子から流れるセンス電流が主電流に対して比例した値と
なるようにするためには、センス端子とエミッタ端子と
の電気的条件がなるべく等しくなるようにする必要があ
る。

【０１０８】ところが、前述したようにセンス端子をト
ランジスタのベース端子に接続した場合には、このトラ
ンジスタのベース・エミッタ端子間電圧の分（約０．６
Ｖ）だけ、センス端子の電位がエミッタ端子の電位より
も高くなってしまう。このため、センス電流が流れにく
くなる。特に、通常のスイッチング時にはセンス電流は
流れにくく、直流短絡が発生して初めて急激にセンス電
流が流れ出すようになってしまう。

【０１０９】本実施の形態では、このような点に鑑み、
センス端子の電位とエミッタ端子の電位との差を低減す
る電力変換装置について説明する。本電力変換装置は、
直列接続あるいは並列接続された複数のスイッチング素
子を備えるものであるが、ここではその全体図面を省略
し、複数のスイッチング素子のうちの１つであるスイッ
チング素子１０１とその周辺回路について説明する。

【０１１０】図１１は、本実施の形態におけるスイッチ
ング素子１０１およびその周辺回路の構成を示す回路図
である。スイッチング素子１０１のゲート端子はゲート
抵抗１０６を介してゲート駆動回路１０７に接続され、
スイッチング素子１０１のエミッタ端子１０３はゲート
駆動回路１０７に接続され、スイッチング素子１０１の
センス端子１０２はＮＰＮ型のトランジスタ１０５のベ
ース端子およびセンス抵抗１０４に接続される。

【０１１１】このトランジスタ１０５のコレクタ端子は
ダイオード１１５のカソード端子に接続され、ダイオー
ド１１５のアノード端子はスイッチング素子１０１のゲ
ート端子に接続される。センス抵抗１０４の他端子はバ
イアス電源１０９の負極線に接続され、バイアス電源１
０９の正極線はゲート駆動回路とスイッチング素子１０
１のエミッタ端子１０３とを接続する接続線に接続され
る。

【０１１２】また、この接続線にはダイオード１０８の
アノード端子が接続され、ダイオード１０８のカソード
端子はトランジスタ１０５のエミッタ端子に接続され
る。このトランジスタ１０５のエミッタ端子とバイアス
電源１０９の負極線との間にはバイアス抵抗１１０およ
びバイパスコンデンサ１１１が並列に接続される。

【０１１３】ゲート駆動回路１０７は、スイッチング素
子１０１のオン・オフ動作をゲート抵抗１０６を介して
制御する。

【０１１４】スイッチング素子１０１のコレクタ端子か
らエミッタ端子１０３へ流れる主電流の一部はセンス端
子１０２からセンス電流として取り出される。そして、
トランジスタ１０５、ダイオード１１５、センス抵抗１
０４、ゲート抵抗１０６等によりこのセンス電流が所定
値を超えないようにスイッチング素子が短絡したときの
短絡電流を制限する短絡電流制限回路が構成される。

【０１１５】ダイオード１０８にはバイアス抵抗１１０
により定まる一定の電流が流れるので、このバイアス抵
抗１１０の定数を調整することによりダイオード１０８
のアノード・カソード間の電圧を０．７Ｖ程度とし、ト
ランジスタ１０５のベース・エミッタ間の電圧とほぼ等
しくなるようにする。

【０１１６】このような構成により、ダイオード１０８
は、トランジスタ１０５のエミッタ端子の電位が、スイ
ッチング素子１０１のエミッタ端子１０３の電位からト
ランジスタ１０５のベース・エミッタ間の電位差だけ引
き下げた電位となるように作用する。

【０１１７】したがって、本実施の形態によれば、トラ
ンジスタ１０５のエミッタ端子の電位とダイオード１０
８のカソード端子の電位とは等しく、トランジスタ１０
５のベース・エミッタ間電圧とダイオード１０８のアノ
ード・カソード間電圧が等しいことから、トランジスタ
１０５のベース電位すなわちセンス端子１０２の電位
を、ダイオード１０８のアノード端子の電位すなわちエ
ミッタ端子１０３の電位と等しくすることができる。

【０１１８】［第９の実施の形態］第８の実施の形態に
おいては、トランジスタ１０５のベースエミッタ間電圧
をダイオード１０８のアノード・カソード間電圧で補償
するようにした。本実施の形態では、この補償の精度を
より高めた電力変換装置について説明する。

【０１１９】本電力変換装置は、直列接続あるいは並列
接続された複数のスイッチング素子を備えるものである
が、ここではその全体図面を省略し、複数のスイッチン
グ素子のうちの１つであるスイッチング素子１０１とそ
の周辺回路について説明する。

【０１２０】図１２は、本実施の形態におけるスイッチ
ング素子１０１およびその周辺回路の構成を示す回路図
である。同図においては、図１１に対して、ダイオード
１０８の代わりにトランジスタ１１５と同一種類のトラ
ンジスタ１１２を用いている。このトランジスタ１１２
のコレクタ端子とベース端子とは、ゲート駆動回路１０
７とスイッチング素子１０１のエミッタ端子１０３との
接続線に接続され、トランジスタ１１２のエミッタ端子
はトランジスタ１０５のエミッタ端子に接続される。な
お、その他、図１１と同一物については同一の符号を付
すこととし、ここでは説明を省略する。

【０１２１】トランジスタ１０５とトランジスタ１１２
とは、同一種類であるのでそのベース・エミッタ間電圧
は等しい。このような構成により、トランジスタ１１２
は、スイッチング素子１０１のエミッタ端子１０３の電
位からトランジスタ１０５のベース・エミッタ間の電位
差だけ引き下げた電位がトランジスタ１１２のエミッタ
端子の電位、すなわちトランジスタ１０５のエミッタ端
子の電位となるように作用する。

【０１２２】したがって、本実施の形態によれば、トラ
ンジスタ１０５と同一種類のトランジスタ１１２を用い
るようにしたことで、スイッチング素子１０１のセンス
端子１０２の電位とエミッタ端子１０３の電位とを等し
くする精度を向上させることができる。

【０１２３】なお、トランジスタ１０５とトランジスタ
１１２との間に温度差があると、ベース・エミッタ間電
圧に温度依存性があるためにセンス端子１０２の電位が
変動してしまうので、さらに精度を上げるためにはトラ
ンジスタ１０５とトランジスタ１１２とを近接して取り
付ける等により温度差の影響を受けにくくすることが望
ましい。

【０１２４】［第１０の実施の形態］本実施の形態で
は、図１２に示した周辺回路をわずかに変更することに
よって差動増幅器を構成するようにした電力変換装置に
ついて説明する。

【０１２５】本電力変換装置は、直列接続あるいは並列
接続された複数のスイッチング素子を備えるものである
が、ここではその全体図面を省略し、複数のスイッチン
グ素子のうちの１つであるスイッチング素子１０１とそ
の周辺回路について説明する。

【０１２６】図１３は、本実施の形態におけるスイッチ
ング素子１０１およびその周辺回路の構成を示す回路図
である。同図においては、図１２に対して、トランジス
タ１１２のコレクタ端子が、コレクタ抵抗１１３を介し
てゲート電源９の正極線に接続されるとともにゲート駆
動回路１０７に接続され、そのコレクタ電位をモニタ可
能になっている。なお、その他、図１２と同一物につい
ては同一の符号を付すこととし、ここでは説明を省略す
る。

【０１２７】このような構成により、センス電流が増大
してトランジスタ１０５のコレクタ電流が増加すると、
逆にトランジスタ１１２のコレクタ電流は減少するので
トランジスタ１１２のコレクタ電位は増加する。すなわ
ち、トランジスタ１１２のコレクタ端子の電位は、セン
ス電流の増加に伴って増加する。

【０１２８】したがって、本実施の形態によれば、トラ
ンジスタ１０５とトランジスタ１１２とで差動増幅器を
構成するようにしたことで、トランジスタ１１２のコレ
クタ電位をセンス電流の値のモニタ出力として使用する
ことができる。

【０１２９】［第１１の実施の形態］第８乃至第１０の
実施の形態においては、スイッチング素子のセンス端子
１０２をトランジスタ１０５のベース端子に接続した構
成について説明したが、トランジスタのエミッタ端子に
接続することも考えられる。そこで、本実施の形態で
は、この点に対応した電力変換装置について説明する。

【０１３０】本電力変換装置は、直列接続あるいは並列
接続された複数のスイッチング素子を備えるものである
が、ここではその全体図面を省略し、複数のスイッチン
グ素子のうちの１つであるスイッチング素子１０１とそ
の周辺回路について説明する。

【０１３１】図１４は、本実施の形態におけるスイッチ
ング素子１０１およびその周辺回路の構成を示す回路図
である。同図においては、図１２に対して、トランジス
タ１０５，１１２の代わりに同一種類のＰＮＰ型のトラ
ンジスタ１３０，１３１を用いている。トランジスタ１
３１はベース接地で用いられ、そのエミッタ端子はスイ
ッチング素子１０１のセンス端子１０２に接続され、そ
のコレクタ端子はセンス抵抗１０４に接続される。一
方、トランジスタ１３１のエミッタ端子はスイッチング
素子１０１のエミッタ端子１０３とゲート駆動回路１０
７とを接続する接続線に接続され、そのコレクタ端子は
バイアス抵抗１１０に接続される。これらのトランジス
タ１３０，１３１のそれぞれベース端子は接続され、バ
イアス抵抗１１０に接続される。

【０１３２】また、ダイオード１１５のカソード端子
は、新たに設けられたＮＰＮ型のトランジスタ１１４の
コレクタ端子に接続される。このトランジスタ１１４の
ベース端子は、トランジスタ１３０のコレクタ端子とセ
ンス抵抗１０４とを接続する接続線に接続され、トラン
ジスタ１１４のエミッタ端子は、ゲート電源１０９の負
極線に接続される。

【０１３３】これらトランジスタ１３０、トランジスタ
１１４、ダイオード１１５、センス抵抗１０４、ゲート
抵抗１０６等により短絡電流制限回路が構成される。な
お、その他、図１２と同一物については同一の符号を付
すこととし、ここでは説明を省略する。

【０１３４】トランジスタ１３０およびトランジスタ１
３１は、同一種類であるのでそのエミッタ・ベース間電
圧は等しい。このような構成により、トランジスタ１３
１は、スイッチング素子１０１のエミッタ端子１０３の
電位からトランジスタ１３０のエミッタ・ベース間の電
位差だけ引き下げた電位がトランジスタ１３０のエミッ
タ端子の電位となるように作用する。

【０１３５】したがって、本実施の形態によれば、トラ
ンジスタ１３０のエミッタ端子の電位とトランジスタ１
３１のエミッタ端子の電位とは等しく、トランジスタ１
３０のエミッタ・ベース間電圧とトランジスタ１３１の
エミッタ・ベース間電圧が等しいことから、トランジス
タ１３０のエミッタ電位すなわちスイッチング素子１０
１のセンス端子１０２の電位を、トランジスタ１３１の
エミッタ電位すなわちスイッチング素子１０１のエミッ
タ端子１０３の電位と等しくすることができる。

【０１３６】また、本実施の形態によれば、トランジス
タ１３０のコレクタ電流はそのエミッタ電流すなわちス
イッチング素子１０１のセンス電流とほぼ同一であり、
このコレクタ電流によって、スイッチング素子１０１の
ゲート・エミッタ間電圧を調整するトランジスタ１１４
が動作することとなる。

【０１３７】この構成により、スイッチング素子１０１
のセンス電流はトランジスタ１３０というある種のバッ
ファを経由してから処理されるようになるので、フィー
ドバック制御などに起因する震動等の現象を抑制でき、
より安定した動作を実現することができる。

【０１３８】なお、本実施の形態においては、ＰＮＰ型
のトランジスタ１３０のベースバイアス電圧を設定する
ために同一種類のトランジスタ１３０を用いることとし
たが、これに限られるものではない。例えば、第８の実
施の形態に示したようにダイオードの順方向電圧を用い
るようにしてもよい。

【０１３９】［第１２の実施の形態］第８乃至第１１の
実施の形態においては、スイッチング素子１０１のゲー
ト・エミッタ間電圧をゲート抵抗１０６を介して制御す
ることとしていた。しかしながら、このゲート抵抗１０
６は、第８乃至第１０の実施の形態においてはトランジ
スタ１０５、第１１の実施の形態においてはトランジス
タ１１４のコレクタ抵抗に相当するものである。トラン
ジスタの電圧増幅度はコレクタ抵抗の値に比例すること
から、ゲート抵抗１０６の値によってトランジスタ１０
５あるいはトランジスタ１１４の電圧増幅度が大幅に変
わることになる。

【０１４０】一方、ゲート抵抗１０６は、スイッチング
素子の電磁ノイズの調整などのためにしばしば現場で変
更されるものであり、これによってトランジスタ１０５
あるいはトランジスタ１１４の電圧増幅度が影響を受け
てしまうのは望ましくない。そこで、本実施の形態で
は、この点に対応した電力変換装置について説明する。

【０１４１】本電力変換装置は、直列接続あるいは並列
接続された複数のスイッチング素子を備えるものである
が、ここではその全体図面を省略し、複数のスイッチン
グ素子のうちの１つであるスイッチング素子１０１とそ
の周辺回路について説明する。

【０１４２】図１５は、本実施の形態におけるスイッチ
ング素子１０１およびその周辺回路の構成を示す回路図
である。同図においては、図１４に対して、新たなＰＮ
Ｐ型トランジスタ１１８を設けている。このトランジス
タ１１８は、そのエミッタ端子がダイオード１１５のカ
ソード端子に接続され、そのベース端子はトランジスタ
１１４のコレクタ端子に接続され、そのコレクタ端子は
ゲート電源１０９の負極線に接続される。

【０１４３】また、トランジスタ１１４は、そのエミッ
タ端子がエミッタ抵抗１１７を介してゲート電源１０９
の負極線に接続され、そのコレクタ端子はコレクタ抵抗
１１６を介してゲート電源１０９の正極線に接続され
る。

【０１４４】これらのトランジスタ１１４，１１８、ダ
イオード１１５、エミッタ抵抗１１７、コレクタ抵抗１
１６、ゲート抵抗１０６、センス抵抗１０４等により短
絡電流制限回路が構成される。なお、その他、図１４と
同一物には同一の符号を付すこととし、ここでは説明を
省略する。

【０１４５】このような構成により、トランジスタ１１
８はエミッタフォロワで使用され、その電圧増幅度は１
となる。スイッチング素子１０１のゲート・エミッタ電
圧はこのトランジスタ１１８により制御される。

【０１４６】また、短絡電流制限回路の増幅度は、もっ
ぱらトランジスタ１１４のコレクタ抵抗１１６とエミッ
タ抵抗１１７との比率によって決定されるので、スイッ
チング素子１０１の静特性に合せてこの２つの抵抗を調
整するようにする。

【０１４７】したがって、本実施の形態によれば、スイ
ッチング素子１０１のゲート・エミッタ間電圧を制御す
るトランジスタ１１８をエミッタフォロワで使用するよ
うにしたことで、その電圧増幅度は１であるので、ゲー
ト抵抗１０６が変更されても電圧増幅度に影響を与えな
いようにすることができる。

【０１４８】また、本実施の形態によれば、コレクタ抵
抗１１６およびエミッタ抵抗１１７を調整することで、
短絡電流制限回路はゲート抵抗１０６の値に関らず、常
に最適な動作を維持することができる。

【０１４９】［第１３の実施の形態］第８乃至第１２の
実施の形態においては、短絡電流制限回路の制限電流値
はセンス抵抗１０４によって定まる一定値となってい
た。一方、スイッチング素子１０１がターンオンする際
には、対になるスイッチング素子の逆導通ダイオードの
逆回復電流が流れるために、ターンオンの過渡期に短い
パルス幅で大きな電流が流れてしまうことがしばしば起
こる。この場合には、短絡電流制限回路が追従してしま
う。しかしながら、こうした過渡的なラッシュカレント
はそれ自体問題となるものではないので、この過渡的な
ラッシュカレントに対しては短絡電流制限回路が動作し
ないようにすることが望ましい。そこで、本実施の形態
では、この点に対応した電力変換装置について説明す
る。

【０１５０】本電力変換装置は、直列接続あるいは並列
接続された複数のスイッチング素子を備えるものである
が、ここではその全体図面を省略し、複数のスイッチン
グ素子のうちの１つであるスイッチング素子１０１とそ
の周辺回路について説明する。

【０１５１】図１６は、本実施の形態におけるスイッチ
ング素子１０１およびその周辺回路の構成を示す回路図
である。同図においては、図１５に対して、センス抵抗
１０４に並列にコンデンサ１１９が接続される。なお、
その他、図１５と同一物には同一の符号を付すことと
し、ここではその説明を省略する。

【０１５２】このような構成により、短絡電流制限回路
は、センス電流とセンス抵抗１０４との積がコンデンサ
１１９の容量によって定まる値を超えなければ動作しな
いので、短いパルス幅のセンス電流に対しては動作しな
いようになる。近似的には、直流短絡の発生等によりセ
ンス電流を時間積分した値が所定値を超えたときにはじ
めて短絡電流制限回路の動作が始まり、短絡時間が長く
なるにつれて短絡電流の制限値はコンデンサ１１９の値
とは無関係にセンス抵抗１０４により定まる一定値に収
束する。

【０１５３】したがって、本実施の形態によれば、コン
デンサ１１９をセンス抵抗１０４に並列接続したこと
で、ターンオン過渡期などの短いパルス幅のサージ電流
に対しては短絡電流制限回路を追従させないことができ
る。

【０１５４】［第１４の実施の形態］第１３の実施の形
態においては、コンデンサ１１９をセンス抵抗１０４に
並列接続することとしたが、本実施の形態では、別の構
成によりターンオン過渡期などの短いパルス幅のサージ
電流に対して短絡電流制限回路を追従させないようにし
た電力変換装置について説明する。

【０１５５】本電力変換装置は、直列接続あるいは並列
接続された複数のスイッチング素子を備えるものである
が、ここではその全体図面を省略し、複数のスイッチン
グ素子のうちの１つであるスイッチング素子１０１とそ
の周辺回路について説明する。

【０１５６】図１７は、本実施の形態におけるスイッチ
ング素子１０１およびその周辺回路の構成を示す回路図
である。同図においては、図１６に対して、コンデンサ
１１９の代わりに遅延回路１２０がセンス抵抗１０４に
並列に接続され、この遅延回路１２０からの駆動電圧に
よって動作するＦＥＴ１２１のドレイン端子がトランジ
スタ１１４のエミッタ抵抗１１７に接続され、ＦＥＴ１
２１のソース端子がゲート電源１０９の負極線に接続さ
れる。なお、その他、図１６と同一物には同一の符号を
付すこととし、ここでは説明を省略する。

【０１５７】センス電流がセンス抵抗１０４により定ま
る値を超えたところで、遅延回路１２０はカウント動作
を開始する。そして、センス電流が所定値を超えた状態
で一定時間経過したところで、遅延回路１２０はＦＥＴ
１２１を駆動する。ＦＥＴ１２１が駆動することによっ
てはじめてトランジスタ１１４が動作可能となり、これ
により短絡電流制限回路が動作を開始する。

【０１５８】したがって、本実施の形態によれば、セン
ス電流が所定値を超えた状態で一定時間が経過したとこ
ろで短絡電流制限回路を動作させるようにしたことで、
第１３の実施の形態と同様の効果を奏することができ
る。

【０１５９】［第１５の実施の形態］第８乃至第１４の
実施の形態においては、いずれもセンス抵抗１０４の値
を変更することにより短絡電流の制限値を自由に設定可
能である。しかし、短絡電流の制限値は、スイッチング
素子１０１の最大遮断電流の値より低いものでなければ
ならず、さもなくば短絡電流を遮断する際にスイッチン
グ素子１０１を破壊してしまうおそれがある。

【０１６０】一方、ＩＧＢＴを用いたスイッチング素子
１０１では、その最大遮断電流はゲート抵抗１０６の値
に依存し、このゲート抵抗の値を大きくすることによっ
て最大遮断電流を大きくすることができる。通常の動作
時においては最大遮断電流を大きくする必要はないが、
短絡などの事故が発生した場合には最大遮断電流を大き
くできればスイッチング素子１０１の安全性は多いに増
す。本実施の形態では、こうしたスイッチング素子１０
１の特性を応用した電力変換装置について説明する。

【０１６１】本電力変換装置は、直列接続あるいは並列
接続された複数のスイッチング素子を備えるものである
が、ここではその全体図面を省略し、複数のスイッチン
グ素子のうちの１つであるスイッチング素子１０１とそ
の周辺回路について説明する。

【０１６２】図１８は、本実施の形態におけるスイッチ
ング素子１０１およびその周辺回路の構成を示す回路図
である。同図においては、図１５に対して、新たにゲー
ト抵抗切替回路１２２が設られる。このゲート抵抗切替
回路１２２は、スイッチング素子１０１のゲート端子と
ゲート駆動回路１０７との間に接続され、さらにセンス
抵抗１０４とトランジスタ１１４のベース端子とを接続
する接続線に接続される。ゲート抵抗切替装置１２２
は、ゲート抵抗１０６の他、値の異なるゲート抵抗を内
蔵し、これらのゲート抵抗の切り替えが可能な構成とな
っている。なお、その他、図１５と同一物には同一の符
号を付すこととし、ここでは説明を省略する。

【０１６３】ゲート抵抗切替回路１２２は、センス抵抗
１０４の両端電圧をモニターすることによりセンス電流
を検出し、短絡電流制限回路の動作を検知する。そして
短絡電流制限回路の動作／非動作に基づいてスイッチン
グ素子１０１のゲート抵抗を切り替える。すなわち、セ
ンス電流が通常の値であって短絡電流制限回路が非動作
である場合には通常時用のゲート抵抗を用いることと
し、センス電流が所定値よりも大きく短絡電流制限回路
が動作した場合には、通常用のゲート抵抗をより値の大
きいゲート抵抗に切り替えるようにする。

【０１６４】したがって、本実施の形態によれば、セン
ス電流が所定値よりも大きく短絡電流制限回路の動作が
検知された場合には、通常用のゲート抵抗をより値の大
きいゲート抵抗に切り替えるようにしたことで、スイッ
チング素子１０１の最大遮断電流が大きくなり、より大
きな短絡電流を安全に遮断することができる。

【０１６５】［第１６の実施の形態］第１５の実施の形
態においては、ゲート抵抗切替回路１２２によりゲート
抵抗を切り替えることとしたが、本実施の形態では、別
の構成によりゲート抵抗を切り替えるようにした電力変
換装置について説明する。

【０１６６】本電力変換装置は、直列接続あるいは並列
接続された複数のスイッチング素子を備えるものである
が、ここではその全体図面を省略し、複数のスイッチン
グ素子のうちの１つであるスイッチング素子１０１とそ
の周辺回路について説明する。

【０１６７】図１９は、本実施の形態におけるスイッチ
ング素子１０１およびその周辺回路の構成を示す回路図
である。同図においては、図１８に対して、ゲート駆動
回路１０７の代わりにオンゲート駆動回路１２３、オフ
ゲート駆動回路１２４，１２５が並列に接続され、オン
ゲート駆動回路１２３はオンゲート抵抗１２６を介し
て、オフゲート駆動回路１２４はオフゲート抵抗１２７
を介して，オフゲート駆動回路１２５はオフゲート抵抗
１２８を介してそれぞれスイッチング素子１０１のゲー
ト端子に接続される。また、オフゲート駆動回路１２
４，１２５は、それぞれセンス抵抗１０４とトランジス
タ１１４のベース端子とを接続する接続線に接続され
る。なお、その他、図１８と同一物には同一の符号を付
すこととし、ここでは説明を省略する。

【０１６８】オフゲート駆動回路１２４，１２５は、セ
ンス抵抗１０４の両端電圧をモニターすることによりセ
ンス電流を検出し、短絡電流制限回路の動作／非動作に
基づいていずれか一方のオフゲート駆動回路のみが動作
するように構成される。むろん、短絡電流制限回路が動
作しているときに動作するゲート駆動回路に接続された
オフゲート抵抗の値をより大きく設定しておく。

【０１６９】このような構成により、センス抵抗１０４
の両端電圧があるレベルを超えるまでは一方のオフゲー
ト駆動回路が動作してこれに接続されたオフゲート抵抗
が用いられ、あるレベルを超えてからはもう一方のオフ
ゲート駆動回路が動作してこれに接続されたより値の大
きなオフゲート抵抗が用いられるようになる。

【０１７０】したがって、本実施の形態によれば、２つ
のオフゲート駆動回路１２４，１２５を並列に接続し、
短絡事故等の発生時には、より値の大きいゲート抵抗に
接続された方のオフゲート駆動回路を動作させるように
したことで、通常のスイッチング動作時よりも大きな遮
断耐量をスイッチング素子１０１に与えることができ、
より大きな短絡電流を安全に遮断することができる。

【０１７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電力
変換装置によれば、複数のスイッチング素子のセンス端
子からのセンス電流が各スイッチング素子で同じ値の所
定値を超えないように各スイッチング素子の制御端子に
与える信号を制御するようにしたことで、いずれかのス
イッチング素子で直流短絡が発生しても各スイッチング
素子の短絡電流をほぼ一定の値に揃えることができ、直
列接続での各スイッチング素子の電圧分担のばらつきを
簡易な構成で抑えることができる。

【０１７２】本発明に係る電力変換装置によれば、並列
に接続された複数のスイッチング素子のうち、いずれか
１つに直流短絡が発生した場合には、他のスイッチング
素子を点弧させるようにしたことで、並列接続構成での
直流短絡時における電流分担の不平衡が解消され、サー
ジ電圧によるスイッチング素子の破壊を防止することが
できる。

【０１７３】本発明に係る電力変換装置によれば、スイ
ッチング素子のセンス端子の電位と負極端子の電位とが
等しくなるようにしたことで、センス端子および負極端
子の電気的条件を等しくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態における電力変換装置の主要
部の構成を示す回路図である。

【図２】第１の実施の形態におけるゲート駆動回路の構
成を示す回路図である。

【図３】第２の実施の形態における電力変換装置の主要
部の構成を示す回路図である。

【図４】第２の実施の形態におけるゲート駆動回路の構
成を示す回路図である。

【図５】第３の実施の形態における電力変換装置の主要
部の構成を示す回路図である。

【図６】第３の実施の形態におけるゲート駆動回路の構
成を示す回路図である。

【図７】第４の実施の形態におけるゲート駆動回路の構
成を示す回路図である。

【図８】第５の実施の形態におけるゲート駆動回路の構
成を示す回路図である。

【図９】第６の実施の形態におけるゲート駆動回路の構
成を示す回路図である。

【図１０】第７の実施の形態における電力変換装置の主
要部の構成を示す回路図である。

【図１１】第８の実施の形態におけるスイッチング素子
およびその周辺回路の構成を示す回路図である。

【図１２】第９の実施の形態におけるスイッチング素子
およびその周辺回路の構成を示す回路図である。

【図１３】第１０の実施の形態におけるスイッチング素
子およびその周辺回路の構成を示す回路図である。

【図１４】第１１の実施の形態におけるスイッチング素
子およびその周辺回路の構成を示す回路図である。

【図１５】第１２の実施の形態におけるスイッチング素
子およびその周辺回路の構成を示す回路図である。

【図１６】第１３の実施の形態におけるスイッチング素
子およびその周辺回路の構成を示す回路図である。

【図１７】第１４の実施の形態におけるスイッチング素
子およびその周辺回路の構成を示す回路図である。

【図１８】第１５の実施の形態におけるスイッチング素
子およびその周辺回路の構成を示す回路図である。

【図１９】第１６の実施の形態におけるスイッチング素
子およびその周辺回路の構成を示す回路図である。

【図２０】従来の直列接続されたスイッチング素子に
より構成された電力変換装置の主要部を示す回路図であ
る。

【図２１】従来の並列接続されたスイッチング素子に
より構成された電力変換装置の主要部を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄスイッチング素子２ａ，２ｂゲート抵抗３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄゲート駆動回路４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄスナバコンデンサ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄスナバダイオード６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄスナバ抵抗７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄセンス端子８ａセンス抵抗９ａトランジスタ１０ａオンゲート抵抗１１ａオフゲート抵抗１２ａオンゲートトランジスタ１３ａオフゲートトランジスタ１４ａゲート信号発生回路１５ａゲート電源１６ａゲート電源１７ａダイオード１８ａ，１８ｂセンス電流設定部１９ａトランジスタ２０ａ抵抗２１ａ抵抗２２ａツェナーダイオード２３ａツェナーダイオード２４ａトランジスタ２５ａ抵抗２６ａトランジスタ２７ａダイオード２８ａダイオード２９ａダイオード３０ａ，３０ｂゲート光信号３１ａ，３１ｂ短絡検出光信号３２強制短絡信号発生回路３４ゲート光信号発生回路４０ａ抵抗４１ａ抵抗４２ａダイオード４４ａ抵抗４５ａ抵抗４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄゲート駆動回路５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄゲート駆動回路６３ａ，７３ａ，８３ａゲート駆動回路９３ａ，９３ｂゲート駆動回路１０１スイッチング素子１０２センス端子１０３エミッタ端子１０４センス抵抗１０５トランジスタ１０６ゲート抵抗１０７ゲート駆動回路１０８ダイオード１０９バイアス電源１１０バイアス抵抗１１１バイパスコンデンサ１１２トランジスタ１１３コレクタ抵抗１１４トランジスタ１１５ダイオード１１６コレクタ抵抗１１７エミッタ抵抗１１８トランジスタ１１９コンデンサ１２０遅延回路１２１ＦＥＴ１２２ゲート抵抗切替回路１２３オンゲート駆動回路１２４オフゲート駆動回路１２５オフゲート駆動回路１２６オンゲート抵抗１２７オフゲート抵抗１２８オフゲート抵抗１３０トランジスタ１３１トランジスタ２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｄスイッチン
グ素子２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄゲート抵抗２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄゲート駆動
回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】制御端子に与えられる信号によって正極
端子から負極端子へ流れる主電流が制御されるスイッチ
ング素子を複数備えた電力変換装置において、各スイッチング素子は主電流の一部を分流して取り出す
ためのセンス端子を有し、このセンス端子により分流されたセンス電流を各スイッ
チング素子毎に検出するセンス電流検出手段と、このセンス電流が各スイッチング素子について同じ値に
設定された所定値を超えないように各スイッチング素子
の制御端子に与える信号を制御することによりスイッチ
ング素子が短絡したときの短絡電流を制限する短絡電流
制限手段と、を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】複数のスイッチング素子により一つのア
ームが構成され、複数のアームにより電力変換装置が構
成されるものであって、前記センス電流の所定値は、一つのアームを構成する各
スイッチング素子で同じ値のものが用いられることを特
徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】前記センス電流の所定値を定めるセンス
電流指令値を設定するセンス電流設定手段を有すること
を特徴とする請求項１又は２記載の電力変換装置。
【請求項４】前記スイッチング素子の正極端子・負極
端子間の電圧を各スイッチング素子毎に検出する電圧検
出手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいず
れかに記載の電力変換装置。
【請求項５】前記センス電流設定手段は、前記電圧検
出手段により検出された電圧が所定値を超えたときの増
加分に応じてセンス電流指令値を変更する変更手段を有
することを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。
【請求項６】前記電圧検出手段により検出された電圧
が所定値を超えないように各スイッチング素子の制御端
子に与える信号を制御する信号制御手段を有することを
特徴とする請求項４又は５に記載の電力変換装置。
【請求項７】前記信号制御手段によりスイッチング素
子の制御端子に与えられる信号を定める信号指令値を設
定する信号設定手段を有することを特徴とする請求項１
乃至６のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項８】前記信号設定手段は、前記電圧検出手段
により検出された電圧が所定値を超えたときの増加分に
応じて信号指令値を変更する変更手段を有することを特
徴とする請求項７記載の電力変換装置。
【請求項９】前記電圧検出手段により検出された電圧
に応じて前記短絡電流制限手段による動作と前記信号制
御手段による動作とを切り替える切替手段を有すること
を特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の電力変
換装置。
【請求項１０】前記信号制御手段は、短絡時だけでは
なく通常のスイッチング動作時にも各スイッチング素子
の制御端子に与える信号を制御する制御手段を有するこ
とを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の電力
変換装置。
【請求項１１】前記複数のスイッチング素子は並列に
接続されたものであって、前記センス電流検出手段により検出された各スイッチン
グ素子のセンス電流に基づいていずれかのスイッチング
素子が誤点弧したことが検知された場合に、他のスイッ
チング素子を点弧させる点弧手段を有することを特徴と
する請求項１乃至１０のいずれかに記載の電力変換装
置。
【請求項１２】前記短絡電流制限手段は、前記点弧手
段により他のスイッチング素子が点弧された後、センス
電流が所定値を超えないように各スイッチング素子の制
御端子に与える信号を制御することを特徴とする請求項
１１記載の電力変換装置。
【請求項１３】正極端子から負極端子へ流れる主電流
の一部を分流して取り出すためのセンス端子を備えたス
イッチング素子を複数備えた電力変換装置において、スイッチング素子毎にセンス端子の電位と負極端子の電
位とを等しくする電位制御手段を有することを特徴とす
る電力変換装置。
【請求項１４】前記電位制御手段は、スイッチング素
子のセンス端子にベース端子が接続されたトランジスタ
と、このトランジスタのエミッタ端子とスイッチング素子の
負極端子との間に接続され、トランジスタのエミッタ端
子の電位をスイッチング素子の負極端子の電位に対して
トランジスタのベース・エミッタ間の電位差だけ引き下
げた電位とする電位引下手段と、を有することを特徴とする請求項１３記載の電力変換装
置。
【請求項１５】前記電位引下手段は、順方向にバイア
スされたダイオードにより構成されたものであって、こ
のダイオードのアノード端子がスイッチング素子の負極
端子に接続され、カソード端子がトランジスタのエミッ
タ端子に接続されたことを特徴とする請求項１４記載の
電力変換装置。
【請求項１６】前記電位引下手段は、前記トランジス
タと同一種類のトランジスタにより構成されたものであ
って、このトランジスタのベース端子がスイッチング素
子の負極端子に接続され、このトランジスタのエミッタ
端子が前記トランジスタのエミッタ端子に接続されたこ
とを特徴とする請求項１４記載の電力変換装置。
【請求項１７】前記トランジスタおよびこれと同一種
類のトランジスタにより作動増幅器を構成したことを特
徴とする請求項１６記載の電力変換装置。
【請求項１８】前記電位制御手段は、スイッチング素
子のセンス端子にエミッタ端子が接続されたトランジス
タと、このトランジスタのベース端子とスイッチング素子の負
極端子との間に接続され、トランジスタのベース端子の
電位をスイッチング素子の負極端子の電位に対してトラ
ンジスタのエミッタ・ベース間の電位差だけ引き下げた
電位とする電位引下手段と、を有することを特徴とする請求項１３記載の電力変換装
置。
【請求項１９】前記電位引下手段は、順方向にバイア
スされたダイオード又は前記トランジスタと同一種類の
トランジスタにより構成されたことを特徴とする請求項
１８記載の電力変換装置。
【請求項２０】センス端子により主電流から分流され
たセンス電流を検出するセンス電流検出手段と、前記センス電流検出手段により検出されたセンス電流が
所定値を超えないようにスイッチング素子の制御端子に
与える信号を制御することによりスイッチング素子が短
絡したときの短絡電流を制限する短絡電流制限手段と、を有することを特徴とする請求項１３乃至１９のいずれ
かに記載の電力変換装置。
【請求項２１】前記短絡電流制限手段は、センス電流
を積分する積分手段を有し、この積分手段による積分値が所定値を超えた場合に制限
することを特徴とする請求項２０記載の電力変換装置。
【請求項２２】前記短絡電流制限手段は、センス電流
が所定値を超えたときに所定時間の計測を開始する計測
手段を有し、センス電流が所定値を超えた状態でこの所定時間が経過
したときに制限することを特徴とする請求項２０記載の
電力変換装置。
【請求項２３】前記センス電流検出手段により検出さ
れたセンス電流が所定値を超えた場合に、スイッチング
素子の制御端子とこのスイッチング素子を駆動する駆動
回路との間に接続された抵抗をより値の大きな抵抗に切
り替える抵抗切替手段を有することを特徴とする請求項
２０乃至２２のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項２４】スイッチング素子の制御端子に並列接
続された値の異なる複数の抵抗と、この複数の抵抗にそれぞれ接続された駆動回路と、前記センス電流検出手段により検出されたセンス電流が
所定値を超えた場合に、より値の大きな抵抗に接続され
た駆動回路を作動させる作動手段と、を有することを特徴とする請求項２０乃至２２のいずれ
かに記載の電力変換装置。