JP2002199741A - Ｉｇｂｔ用ゲート駆動装置 - Google Patents
Ｉｇｂｔ用ゲート駆動装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＩＧＢＴのオン・オフ状態を常時監視してア
ーム短絡を防止すると共に、重故障を未然に防ぐに好適
なＩＧＢＴ用ゲート駆動装置を提供することにある。 【解決手段】 電力変換回路の主回路のスイッチング素
子として同一アームに直列接続されるＩＧＢＴ５８、５
９をオン・オフ制御するゲート駆動装置において、ゲー
トパルスを発生するパルス発生手段５３と、ＩＧＢＴを
駆動すると共にＩＧＢＴのオン・オフを示すフィードバ
ック信号を発するゲート駆動手段５１、５２を有し、同
一アームの一方のＩＧＢＴのゲートパルス６４、６５と
フィードバック信号６１、６２が共にオフであるとき、
同一アームの他のＩＧＢＴのゲートパルスのブロックを
解除すること、また、同一アームの一方のＩＧＢＴのゲ
ートパルスとフィードバック信号が共にまたはいずれか
一方がオンであるとき、同一アームの他のＩＧＢＴのゲ
ートパルスをブロックする。
ーム短絡を防止すると共に、重故障を未然に防ぐに好適
なＩＧＢＴ用ゲート駆動装置を提供することにある。 【解決手段】 電力変換回路の主回路のスイッチング素
子として同一アームに直列接続されるＩＧＢＴ５８、５
９をオン・オフ制御するゲート駆動装置において、ゲー
トパルスを発生するパルス発生手段５３と、ＩＧＢＴを
駆動すると共にＩＧＢＴのオン・オフを示すフィードバ
ック信号を発するゲート駆動手段５１、５２を有し、同
一アームの一方のＩＧＢＴのゲートパルス６４、６５と
フィードバック信号６１、６２が共にオフであるとき、
同一アームの他のＩＧＢＴのゲートパルスのブロックを
解除すること、また、同一アームの一方のＩＧＢＴのゲ
ートパルスとフィードバック信号が共にまたはいずれか
一方がオンであるとき、同一アームの他のＩＧＢＴのゲ
ートパルスをブロックする。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、絶縁ゲート・バイ
ポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）のゲート駆動装置に
関する。
ポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）のゲート駆動装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、大容量の電力変換装置の半導体ス
イッチング素子は、電流駆動型の素子であるＧＴＯ（ゲ
ート・ターンオフ・サイリスタ）が主流であったが、近
年、電圧駆動型の素子であるＩＧＢＴの大容量化が進
み、その適用範囲が拡大されつつある。電圧駆動型のス
イッチング素子のゲート電流は、ターンオン、ターンオ
フ時に流れるのみであり、その駆動制御は小電力で簡単
にできるため、電力容量が小さな回路ですみ、装置が小
形になるという特徴がある。このため、近年の小形・軽
量化のニーズにマッチし、よく用いられるようになって
きている。ところで、電力変換装置の半導体スイッチン
グ素子の故障の検知法としては、特開昭６１−２９３１
７９号公報に「ＧＴＯサイリスタインバータの保護装
置」としてあるように、ＧＴＯのＡ−Ｋ間電圧によっ
て、素子のオン・オフを判別し、素子の事故時には、電
力変換装置の同一のアームに直列に接続されている他の
ＧＴＯのゲートを点弧しないようにブロックすることに
よって、アーム短絡事故を防止する技術が報告されてい
る。一方、ＩＧＢＴの故障の検知法としては、特開平４
−２４８３７３号公報に「電圧型インバータ装置」とし
てあるように、ＩＧＢＴの故障には、ゲート−エミッタ
間が短絡され、そのため、ゲート駆動装置の出力が過負
荷になり、ＩＧＢＴのゲート抵抗の電圧降下が増加す
る。この電圧降下の増加を検出してＩＧＢＴの故障を検
知し、ゲート駆動装置の出力を遮断する技術が報告され
ている。しかし、この公報の「電圧型インバータ装置」
には、ＧＴＯのゲート駆動装置のようなアーム短絡事故
を防止する機能までは備えていない。
イッチング素子は、電流駆動型の素子であるＧＴＯ（ゲ
ート・ターンオフ・サイリスタ）が主流であったが、近
年、電圧駆動型の素子であるＩＧＢＴの大容量化が進
み、その適用範囲が拡大されつつある。電圧駆動型のス
イッチング素子のゲート電流は、ターンオン、ターンオ
フ時に流れるのみであり、その駆動制御は小電力で簡単
にできるため、電力容量が小さな回路ですみ、装置が小
形になるという特徴がある。このため、近年の小形・軽
量化のニーズにマッチし、よく用いられるようになって
きている。ところで、電力変換装置の半導体スイッチン
グ素子の故障の検知法としては、特開昭６１−２９３１
７９号公報に「ＧＴＯサイリスタインバータの保護装
置」としてあるように、ＧＴＯのＡ−Ｋ間電圧によっ
て、素子のオン・オフを判別し、素子の事故時には、電
力変換装置の同一のアームに直列に接続されている他の
ＧＴＯのゲートを点弧しないようにブロックすることに
よって、アーム短絡事故を防止する技術が報告されてい
る。一方、ＩＧＢＴの故障の検知法としては、特開平４
−２４８３７３号公報に「電圧型インバータ装置」とし
てあるように、ＩＧＢＴの故障には、ゲート−エミッタ
間が短絡され、そのため、ゲート駆動装置の出力が過負
荷になり、ＩＧＢＴのゲート抵抗の電圧降下が増加す
る。この電圧降下の増加を検出してＩＧＢＴの故障を検
知し、ゲート駆動装置の出力を遮断する技術が報告され
ている。しかし、この公報の「電圧型インバータ装置」
には、ＧＴＯのゲート駆動装置のようなアーム短絡事故
を防止する機能までは備えていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、ＩＧＢ
Ｔのゲート駆動回路は、事故時にゲート駆動装置の出力
を遮断することが可能であっても、ＧＴＯのゲート駆動
装置のように同一アームの他の素子のゲートをブロック
し、アーム短絡を防止する機能までは備えていない。ま
た、上記のＩＧＢＴのゲート駆動回路は、ＩＧＢＴが故
障し、ゲート抵抗にゲート−エミッタ間の短絡電流が流
れて事故を検出するものであり、平常時のＩＧＢＴがオ
ンまたはオフであることを検出することが不可能であ
る。そのため、従来のＩＧＢＴのゲート駆動回路では、
アーム短絡を防止すること、ＩＧＢＴの事故の兆候を検
知して重故障を未然に防ぐことが不可能であった。
Ｔのゲート駆動回路は、事故時にゲート駆動装置の出力
を遮断することが可能であっても、ＧＴＯのゲート駆動
装置のように同一アームの他の素子のゲートをブロック
し、アーム短絡を防止する機能までは備えていない。ま
た、上記のＩＧＢＴのゲート駆動回路は、ＩＧＢＴが故
障し、ゲート抵抗にゲート−エミッタ間の短絡電流が流
れて事故を検出するものであり、平常時のＩＧＢＴがオ
ンまたはオフであることを検出することが不可能であ
る。そのため、従来のＩＧＢＴのゲート駆動回路では、
アーム短絡を防止すること、ＩＧＢＴの事故の兆候を検
知して重故障を未然に防ぐことが不可能であった。
【０００４】本発明の課題は、ＩＧＢＴのオン・オフ状
態を常時監視してアーム短絡を防止すると共に、重故障
を未然に防ぐに好適なＩＧＢＴ用ゲート駆動装置を提供
することにある。
態を常時監視してアーム短絡を防止すると共に、重故障
を未然に防ぐに好適なＩＧＢＴ用ゲート駆動装置を提供
することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題は、電力変換回
路の主回路のスイッチング素子として同一アームに直列
接続されるＩＧＢＴをオン・オフ制御するゲート駆動装
置において、ゲートパルスを発生するパルス発生手段
と、ＩＧＢＴを駆動すると共にＩＧＢＴのオン・オフを
示すフィードバック信号を発するゲート駆動手段を有
し、同一アームの一方のＩＧＢＴのゲートパルスとフィ
ードバック信号が共にオフであるとき、同一アームの他
のＩＧＢＴのゲートパルスのブロックを解除すること、
また、同一アームの一方のＩＧＢＴのゲートパルスとフ
ィードバック信号が共にまたはいずれか一方がオンであ
るとき、同一アームの他のＩＧＢＴのゲートパルスをブ
ロックすることによって、解決される。
路の主回路のスイッチング素子として同一アームに直列
接続されるＩＧＢＴをオン・オフ制御するゲート駆動装
置において、ゲートパルスを発生するパルス発生手段
と、ＩＧＢＴを駆動すると共にＩＧＢＴのオン・オフを
示すフィードバック信号を発するゲート駆動手段を有
し、同一アームの一方のＩＧＢＴのゲートパルスとフィ
ードバック信号が共にオフであるとき、同一アームの他
のＩＧＢＴのゲートパルスのブロックを解除すること、
また、同一アームの一方のＩＧＢＴのゲートパルスとフ
ィードバック信号が共にまたはいずれか一方がオンであ
るとき、同一アームの他のＩＧＢＴのゲートパルスをブ
ロックすることによって、解決される。
【０００６】
【作用】本発明は、ＩＧＢＴがオンまたはオフであるこ
とを常時監視し、同一アームの一方のＩＧＢＴがオンし
ているとき、同一アームの他のＩＧＢＴにはオンのゲー
ト電圧が与えられないようにブロックすることによっ
て、アーム短絡を防止することが可能になる。また、ゲ
ートパルス発生回路からのゲートパルスとＩＧＢＴのオ
ン・オフの検出結果とを常時監視しているので、これは
ＩＧＢＴの事故の兆候を検知していることになり、重故
障を未然に防ぐことができる。
とを常時監視し、同一アームの一方のＩＧＢＴがオンし
ているとき、同一アームの他のＩＧＢＴにはオンのゲー
ト電圧が与えられないようにブロックすることによっ
て、アーム短絡を防止することが可能になる。また、ゲ
ートパルス発生回路からのゲートパルスとＩＧＢＴのオ
ン・オフの検出結果とを常時監視しているので、これは
ＩＧＢＴの事故の兆候を検知していることになり、重故
障を未然に防ぐことができる。
【０００７】
【実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を用いて
説明する。図１は、本発明の一実施形態を示すＩＧＢＴ
用ゲート駆動装置である。図１において、電力変換回路
の主回路の素子として、上アームＩＧＢＴ５８と下アー
ムＩＧＢＴ５９が直列に接続され、両アームの両端は電
源に接続され、上アームＩＧＢＴ５８と下アームＩＧＢ
Ｔ５９の接続点に負荷が接続される。ＩＧＢＴ５８とＩ
ＧＢＴ５９のゲートとエミッタ間には、それぞれ上アー
ムゲート駆動回路５１、下アームゲート駆動回路５２が
接続される。一方、ゲートパルス発生回路５３は、ゲー
トパルスを発する機能を有し、ゲートパルスをブロック
するＡＮＤゲート５４、５５を介して上アームゲート駆
動回路５１、下アームゲート駆動回路５２に接続され
る。また、ゲートパルス発生回路５３と上アームゲート
駆動回路５１、下アームゲート駆動回路５２はそれぞれ
極性を反転して入力するＡＮＤゲート５６、５７に接続
され、ＡＮＤゲート５６、５７はそれぞれＡＮＤゲート
５５、５４に接続される。
説明する。図１は、本発明の一実施形態を示すＩＧＢＴ
用ゲート駆動装置である。図１において、電力変換回路
の主回路の素子として、上アームＩＧＢＴ５８と下アー
ムＩＧＢＴ５９が直列に接続され、両アームの両端は電
源に接続され、上アームＩＧＢＴ５８と下アームＩＧＢ
Ｔ５９の接続点に負荷が接続される。ＩＧＢＴ５８とＩ
ＧＢＴ５９のゲートとエミッタ間には、それぞれ上アー
ムゲート駆動回路５１、下アームゲート駆動回路５２が
接続される。一方、ゲートパルス発生回路５３は、ゲー
トパルスを発する機能を有し、ゲートパルスをブロック
するＡＮＤゲート５４、５５を介して上アームゲート駆
動回路５１、下アームゲート駆動回路５２に接続され
る。また、ゲートパルス発生回路５３と上アームゲート
駆動回路５１、下アームゲート駆動回路５２はそれぞれ
極性を反転して入力するＡＮＤゲート５６、５７に接続
され、ＡＮＤゲート５６、５７はそれぞれＡＮＤゲート
５５、５４に接続される。
【０００８】本実施形態の動作を説明する。上アームＩ
ＧＢＴ５８と下アームＩＧＢＴ５９の正常動作時には、
ゲートパルス発生回路５３からゲートパルス信号６４と
してオンパルス”Ｈ”、ゲートパルス信号６５としてオ
フパルス”Ｌ”が発せられると、ＡＮＤゲート５４の入
力端にはオンパルス”Ｈ”とＡＮＤゲート５７から出力
されるパルス”Ｈ”が印加され、ＡＮＤゲート５４によ
るブロックを解除し、ゲート駆動回路入力６０を”Ｈ”
として上アームゲート駆動回路５１が作動し、上アーム
ＩＧＢＴ５８のゲートに正電位の電圧が印加され、上ア
ームＩＧＢＴ５８をターンオンする。負荷には上アーム
ＩＧＢＴ５８を通して電源から電力が供給される。上ア
ームゲート駆動回路５１は、上アームＩＧＢＴ５８のゲ
ート電圧を検出し、ゲート駆動回路出力（フィードバッ
ク信号）６１を”Ｈ”としてＡＮＤゲート５６に出力す
る。ＡＮＤゲート５６には、ゲートパルス信号６４とし
てのオンパルス”Ｈ”とゲート駆動回路出力６１の”
Ｈ”がそれぞれ極性を反転して印加され、パルス”Ｌ”
をＡＮＤゲート５５の一方の入力端に印加し、他方の入
力端にゲートパルス信号６５のとしてオフパルス”Ｌ”
が印加され、ＡＮＤゲート５５から下アームゲート駆動
回路５２にゲート駆動回路入力６３”Ｌ”が出力され、
下アームＩＧＢＴ５９のゲートに負電位の電圧が印加さ
れ、下アームＩＧＢＴ５９をターンオフする。続いて、
ゲートパルス発生回路５３からゲートパルス信号６４と
してオフパルス”Ｌ”、ゲートパルス信号６５としてオ
ンパルス”Ｈ”が発せられると、ＡＮＤゲート５５の入
力端にはオンパルス”Ｈ”とＡＮＤゲート５６から出力
されるパルス”Ｈ”が印加され、ＡＮＤゲート５５によ
るブロックを解除し、ゲート駆動回路入力６３を”Ｈ”
として下アームゲート駆動回路５２が作動し、下アーム
ＩＧＢＴ５９のゲートに正電位の電圧が印加され、下ア
ームＩＧＢＴ５９をターンオンする。負荷には下アーム
ＩＧＢＴ５９を通して電源から電力が供給される。下ア
ームゲート駆動回路５２は、下アームＩＧＢＴ５９のゲ
ート電圧を検出し、ゲート駆動回路出力（フィードバッ
ク信号）６２を”Ｈ”としてＡＮＤゲート５７に出力す
る。ＡＮＤゲート５７には、ゲートパルス信号６５とし
てのオンパルス”Ｈ”とゲート駆動回路出力６２の”
Ｈ”がそれぞれ極性を反転して印加され、パルス”Ｌ”
をＡＮＤゲート５４の一方の入力端に印加し、他方の入
力端にゲートパルス信号６４のとしてオフパルス”Ｌ”
が印加され、ＡＮＤゲート５４から上アームゲート駆動
回路５１にゲート駆動回路入力６０”Ｌ”が出力され、
上アームＩＧＢＴ５８のゲートに負電位の電圧が印加さ
れ、上アームＩＧＢＴ５８をターンオフする。
ＧＢＴ５８と下アームＩＧＢＴ５９の正常動作時には、
ゲートパルス発生回路５３からゲートパルス信号６４と
してオンパルス”Ｈ”、ゲートパルス信号６５としてオ
フパルス”Ｌ”が発せられると、ＡＮＤゲート５４の入
力端にはオンパルス”Ｈ”とＡＮＤゲート５７から出力
されるパルス”Ｈ”が印加され、ＡＮＤゲート５４によ
るブロックを解除し、ゲート駆動回路入力６０を”Ｈ”
として上アームゲート駆動回路５１が作動し、上アーム
ＩＧＢＴ５８のゲートに正電位の電圧が印加され、上ア
ームＩＧＢＴ５８をターンオンする。負荷には上アーム
ＩＧＢＴ５８を通して電源から電力が供給される。上ア
ームゲート駆動回路５１は、上アームＩＧＢＴ５８のゲ
ート電圧を検出し、ゲート駆動回路出力（フィードバッ
ク信号）６１を”Ｈ”としてＡＮＤゲート５６に出力す
る。ＡＮＤゲート５６には、ゲートパルス信号６４とし
てのオンパルス”Ｈ”とゲート駆動回路出力６１の”
Ｈ”がそれぞれ極性を反転して印加され、パルス”Ｌ”
をＡＮＤゲート５５の一方の入力端に印加し、他方の入
力端にゲートパルス信号６５のとしてオフパルス”Ｌ”
が印加され、ＡＮＤゲート５５から下アームゲート駆動
回路５２にゲート駆動回路入力６３”Ｌ”が出力され、
下アームＩＧＢＴ５９のゲートに負電位の電圧が印加さ
れ、下アームＩＧＢＴ５９をターンオフする。続いて、
ゲートパルス発生回路５３からゲートパルス信号６４と
してオフパルス”Ｌ”、ゲートパルス信号６５としてオ
ンパルス”Ｈ”が発せられると、ＡＮＤゲート５５の入
力端にはオンパルス”Ｈ”とＡＮＤゲート５６から出力
されるパルス”Ｈ”が印加され、ＡＮＤゲート５５によ
るブロックを解除し、ゲート駆動回路入力６３を”Ｈ”
として下アームゲート駆動回路５２が作動し、下アーム
ＩＧＢＴ５９のゲートに正電位の電圧が印加され、下ア
ームＩＧＢＴ５９をターンオンする。負荷には下アーム
ＩＧＢＴ５９を通して電源から電力が供給される。下ア
ームゲート駆動回路５２は、下アームＩＧＢＴ５９のゲ
ート電圧を検出し、ゲート駆動回路出力（フィードバッ
ク信号）６２を”Ｈ”としてＡＮＤゲート５７に出力す
る。ＡＮＤゲート５７には、ゲートパルス信号６５とし
てのオンパルス”Ｈ”とゲート駆動回路出力６２の”
Ｈ”がそれぞれ極性を反転して印加され、パルス”Ｌ”
をＡＮＤゲート５４の一方の入力端に印加し、他方の入
力端にゲートパルス信号６４のとしてオフパルス”Ｌ”
が印加され、ＡＮＤゲート５４から上アームゲート駆動
回路５１にゲート駆動回路入力６０”Ｌ”が出力され、
上アームＩＧＢＴ５８のゲートに負電位の電圧が印加さ
れ、上アームＩＧＢＴ５８をターンオフする。
【０００９】いま、上アームＩＧＢＴ５８がターンオ
ン、下アームＩＧＢＴ５９がターンオフの状態に維持さ
れいる正常動作時において、下アームＩＧＢＴ５９に短
絡故障が発生すると、下アームゲート駆動回路５２は、
下アームＩＧＢＴ５９のゲート電圧を検出し、ゲート駆
動回路出力（フィードバック信号）６２を”Ｈ”として
ＡＮＤゲート５７に出力する。ＡＮＤゲート５７は、ゲ
ートパルス信号６５としてのオフパルス”Ｌ”とゲート
駆動回路出力６２の”Ｈ”がそれぞれ極性を反転して印
加され、パルス”Ｌ”をＡＮＤゲート５４の一方の入力
端に印加し、ゲートパルス信号６４のオンパルス”Ｈ”
をブロックする。このため、ＡＮＤゲート５４から上ア
ームゲート駆動回路５１にゲート駆動回路入力６０の”
Ｌ”が出力され、上アームＩＧＢＴ５８のゲートに負電
位の電圧が印加され、上アームＩＧＢＴ５８をターンオ
フする。これによりアーム短絡が防止される。上アーム
ＩＧＢＴ５８がターンオフ、下アームＩＧＢＴ５９がタ
ーンオンの状態に維持されいる正常動作時において、上
アームＩＧＢＴ５８に短絡故障が発生しても同様に動作
し、アーム短絡が防止される。このように、本実施形態
では、ゲートパルス発生回路５３からのゲートパルス信
号６４（６５）がオフであることと、ＩＧＢＴ５８（５
９）の状態を監視しているゲート駆動回路５１（５２）
からのフィードバック信号６１（６２）がオフである２
つの条件を満足したときに、対となるＩＧＢＴのゲート
電圧のインターロックが解除され、一方、ゲートパルス
発生回路５３からのゲートパルス信号６４（６５）がオ
フであるにも拘らず、ＩＧＢＴ５８（５９）の状態を監
視しているゲート駆動回路５１（５２）からのフィード
バック信号６１（６２）がオンであるとき、対となるＩ
ＧＢＴのゲート電圧をブロックする構成とすることによ
り、ＩＧＢＴ５８、５９間のインターロックの機能を備
えることになり、アーム短絡を防止することができる。
ン、下アームＩＧＢＴ５９がターンオフの状態に維持さ
れいる正常動作時において、下アームＩＧＢＴ５９に短
絡故障が発生すると、下アームゲート駆動回路５２は、
下アームＩＧＢＴ５９のゲート電圧を検出し、ゲート駆
動回路出力（フィードバック信号）６２を”Ｈ”として
ＡＮＤゲート５７に出力する。ＡＮＤゲート５７は、ゲ
ートパルス信号６５としてのオフパルス”Ｌ”とゲート
駆動回路出力６２の”Ｈ”がそれぞれ極性を反転して印
加され、パルス”Ｌ”をＡＮＤゲート５４の一方の入力
端に印加し、ゲートパルス信号６４のオンパルス”Ｈ”
をブロックする。このため、ＡＮＤゲート５４から上ア
ームゲート駆動回路５１にゲート駆動回路入力６０の”
Ｌ”が出力され、上アームＩＧＢＴ５８のゲートに負電
位の電圧が印加され、上アームＩＧＢＴ５８をターンオ
フする。これによりアーム短絡が防止される。上アーム
ＩＧＢＴ５８がターンオフ、下アームＩＧＢＴ５９がタ
ーンオンの状態に維持されいる正常動作時において、上
アームＩＧＢＴ５８に短絡故障が発生しても同様に動作
し、アーム短絡が防止される。このように、本実施形態
では、ゲートパルス発生回路５３からのゲートパルス信
号６４（６５）がオフであることと、ＩＧＢＴ５８（５
９）の状態を監視しているゲート駆動回路５１（５２）
からのフィードバック信号６１（６２）がオフである２
つの条件を満足したときに、対となるＩＧＢＴのゲート
電圧のインターロックが解除され、一方、ゲートパルス
発生回路５３からのゲートパルス信号６４（６５）がオ
フであるにも拘らず、ＩＧＢＴ５８（５９）の状態を監
視しているゲート駆動回路５１（５２）からのフィード
バック信号６１（６２）がオンであるとき、対となるＩ
ＧＢＴのゲート電圧をブロックする構成とすることによ
り、ＩＧＢＴ５８、５９間のインターロックの機能を備
えることになり、アーム短絡を防止することができる。
【００１０】図２に、本実施形態のゲート駆動回路の詳
細例１を示す。ここで、上アームゲート駆動回路５１と
下アームゲート駆動回路５２は構成が同一であるので、
上アームゲート駆動回路５１をゲート駆動回路として説
明する。図２において、１はＩＧＢＴ５８のオン電圧を
供給する正電源、２はオフ時の逆バイアス電圧を供給す
る負電源、１１はゲートパルス６４（６０）を入力する
フォトカプトラランジスタ、１２は次段トランジスタ、
１３、１４は最終段トランジスタ、１５はコンパレー
タ、１６はフィードバック信号６１を出力するフォトカ
プラトランジスタ、２１、２２、２４、２５コレクタ抵
抗、２３はエミッタ抵抗、２６はゲート抵抗、２７、２
８は分圧抵抗である。
細例１を示す。ここで、上アームゲート駆動回路５１と
下アームゲート駆動回路５２は構成が同一であるので、
上アームゲート駆動回路５１をゲート駆動回路として説
明する。図２において、１はＩＧＢＴ５８のオン電圧を
供給する正電源、２はオフ時の逆バイアス電圧を供給す
る負電源、１１はゲートパルス６４（６０）を入力する
フォトカプトラランジスタ、１２は次段トランジスタ、
１３、１４は最終段トランジスタ、１５はコンパレー
タ、１６はフィードバック信号６１を出力するフォトカ
プラトランジスタ、２１、２２、２４、２５コレクタ抵
抗、２３はエミッタ抵抗、２６はゲート抵抗、２７、２
８は分圧抵抗である。
【００１１】ＩＧＢＴをオンする時は、ゲートパルス６
４（６０）を入力する。フォトカプラトランジスタ１１
がオンし、次段のトランジスタ１２がオフし、最終段の
トランジスタ１３、１４のベース電圧が正電位となるた
め、ｎｐｎトランジスタ１３がオンし、主回路のＩＧＢ
Ｔ５８にはコレクタ抵抗２４、ｎｐｎトランジスタ１
３、ゲート抵抗２６を通してゲート電流が流れ、ＩＧＢ
Ｔ５８のゲート電圧は正電位となり、ＩＧＢＴ５８はオ
ンする。一方、ＩＧＢＴをオフする時は、ゲートパルス
６４（６０）をオフする。フォトカプラトランジスタ１
１がオフし、次段のトランジスタ１２がオンし、最終段
のトランジスタ１３、１４のベース電圧が負電位となる
ため、ｐｎｐトランジスタ１４がオンし、主回路のＩＧ
ＢＴ５８からゲート抵抗２６、ｐｎｐトランジスタ１
４、コレクタ抵抗２５を通してゲート電流が引き抜か
れ、ＩＧＢＴ５８はオフする。ＩＧＢＴのゲート−エミ
ッタ電圧は、コンパレータ１５によって監視される。Ｉ
ＧＢＴ５８のオン・オフを判定するにあたって、ＩＧＢ
Ｔのゲート電圧は、ゲート抵抗２６のＩＧＢＴ側から取
り込まれ、分圧抵抗２７、２８によって得られる基準電
圧とコンパレータ１５において比較される。ＩＧＢＴ５
８にオン電圧が与えられていて、ゲート電圧がコンパレ
ータ１５の基準電圧よりも高いと、コンパレータ１５
は”Ｌ”を出力し、フォトカプラトランジスタ１６の出
力をオフし、外部のプルアップ抵抗（図示せず）により
フィードバック信号６１は”Ｈ”を出力する。ＩＧＢＴ
５８に逆バイアス電圧が与えられていて、ゲート電圧が
コンパレータ１５の基準電圧よりも低いと、コンパレー
タ１５は”Ｈ”を出力し、フィードバック信号６１は”
Ｌ”を出力する。
４（６０）を入力する。フォトカプラトランジスタ１１
がオンし、次段のトランジスタ１２がオフし、最終段の
トランジスタ１３、１４のベース電圧が正電位となるた
め、ｎｐｎトランジスタ１３がオンし、主回路のＩＧＢ
Ｔ５８にはコレクタ抵抗２４、ｎｐｎトランジスタ１
３、ゲート抵抗２６を通してゲート電流が流れ、ＩＧＢ
Ｔ５８のゲート電圧は正電位となり、ＩＧＢＴ５８はオ
ンする。一方、ＩＧＢＴをオフする時は、ゲートパルス
６４（６０）をオフする。フォトカプラトランジスタ１
１がオフし、次段のトランジスタ１２がオンし、最終段
のトランジスタ１３、１４のベース電圧が負電位となる
ため、ｐｎｐトランジスタ１４がオンし、主回路のＩＧ
ＢＴ５８からゲート抵抗２６、ｐｎｐトランジスタ１
４、コレクタ抵抗２５を通してゲート電流が引き抜か
れ、ＩＧＢＴ５８はオフする。ＩＧＢＴのゲート−エミ
ッタ電圧は、コンパレータ１５によって監視される。Ｉ
ＧＢＴ５８のオン・オフを判定するにあたって、ＩＧＢ
Ｔのゲート電圧は、ゲート抵抗２６のＩＧＢＴ側から取
り込まれ、分圧抵抗２７、２８によって得られる基準電
圧とコンパレータ１５において比較される。ＩＧＢＴ５
８にオン電圧が与えられていて、ゲート電圧がコンパレ
ータ１５の基準電圧よりも高いと、コンパレータ１５
は”Ｌ”を出力し、フォトカプラトランジスタ１６の出
力をオフし、外部のプルアップ抵抗（図示せず）により
フィードバック信号６１は”Ｈ”を出力する。ＩＧＢＴ
５８に逆バイアス電圧が与えられていて、ゲート電圧が
コンパレータ１５の基準電圧よりも低いと、コンパレー
タ１５は”Ｈ”を出力し、フィードバック信号６１は”
Ｌ”を出力する。
【００１２】この時、分圧抵抗２７、２８で得られるコ
ンパレータ１５の基準電圧は、ＩＧＢＴ５８のしきい値
電圧よりも低く設定する。この理由を図３のタイムチャ
ートにより説明する。時間ｔ１において、上アームゲー
ト駆動回路のゲート電圧１０３がオフからオンになる
と、上アームＩＧＢＴ５８のゲート−エミッタ間電圧１
０２が上昇し、ｔ３でしきい値電圧１０６を超えて、上
アームＩＧＢＴ５８のコレクタ−エミッタ間電圧１０１
が減少し、上アームＩＧＢＴ５８はターンオン状態とな
る。さらに、ｔ４で上アームゲート駆動回路のゲート電
圧１０３がオンからオフになると、上アームＩＧＢＴ５
８のゲート−エミッタ間電圧１０２が減少し、ｔ５にお
いてゲート−エミッタ間電圧１０２がしきい値１０６を
下回ったときに、コレクタ−エミッタ間電圧１０１が増
加し、上アームＩＧＢＴ５８が電圧を阻止し始める。そ
して、ｔ６においてゲート−エミッタ間電圧１０２がコ
ンパレータ基準電圧１０７を下回ったときに、上アーム
フィードバック信号１０４がオフ判定を出力する。この
ｔ４からｔ６の期間は、上アームＩＧＢＴ５８のオン時
にゲート−エミッタ間に蓄積している電荷がケート抵抗
２６、最終段トランジスタ１４、コレクタ抵抗２５の経
路で引き抜かれている期間である。上アームＩＧＢＴ５
８はｔ６においてコレクタ−エミッタ間に電圧を持ち始
めるので、上アームＩＧＢＴ５８のオン期間は、ゲート
電圧１０３がオンかつ上記の引き抜き期間ｔ４〜ｔ６と
なる。このように、コンパレータ１５の基準電圧をＩＧ
ＢＴのしきい値電圧よりも低く設定することにより、上
アームＩＧＢＴ５８のターンオフ時にＩＧＢＴが実際に
電圧を阻止してからオフ判定を出力することができる。
下アームＩＧＢＴ５９のゲート電圧のインターロックを
解除する条件は、上アームゲート電圧１０３がオフ、か
つ上アームフィードバック１０４の出力がオフであるか
ら、下アームＩＧＢＴ５９のゲート電圧のインターロッ
クが解除されるときは、ｔ６であり、その後は上アーム
ＩＧＢＴ５８が電圧を阻止しているので、アーム短絡を
防止することができる。ところで、ｔ６において、上ア
ームＩＧＢＴ５８に短絡故障が発生すると、上アームＩ
ＧＢＴ５８のコレクタ−エミッタ間電圧１０１は２点鎖
線で示すように０Ｖになり、ゲート−エミッタ間電圧１
０２が２点鎖線で示すようにしきい値電圧１０６を維持
するので、上アームフィードバック１０４の出力は２点
鎖線で示すようにオンを継続し、下アームＩＧＢＴ５９
のゲート電圧は２点鎖線で示すようにインターロックさ
れ、これにより、下アームＩＧＢＴ５９が電圧を阻止
し、アーム短絡を防止することができる。また、ｔ
６後、下アームＩＧＢＴ５９がターンオンし、上アーム
ＩＧＢＴ５８がターンオフしている状態において、上ア
ームＩＧＢＴ５８に短絡故障が発生しても、同様に下ア
ームＩＧＢＴ５９のゲート電圧はインターロックされ、
これにより、下アームＩＧＢＴ５９が電圧を阻止し、ア
ーム短絡を防止することができる。以上詳述したよう
に、本実施形態では、ＩＧＢＴがオンまたはオフである
ことを常時監視し、同一アームの一方のＩＧＢＴがオン
しているとき、同一アームの他のＩＧＢＴにはオンのゲ
ート電圧が与えられないようにブロックすることによっ
て、アーム短絡を防止することが可能になると共に、ゲ
ートパルス発生回路からのゲートパルスとＩＧＢＴのオ
ン・オフの検出結果とを常時監視しているので、これは
ＩＧＢＴの事故の兆候を検知していることになり、同一
アームの一方のＩＧＢＴのゲートパルスとフィードバッ
ク信号が共にオフであるとき、同一アームの他のＩＧＢ
Ｔのゲートパルスのブロックを解除し、また、同一アー
ムの一方のＩＧＢＴのゲートパルスとフィードバック信
号が共にまたはいずれか一方がオンであるとき、同一ア
ームの他のＩＧＢＴのゲートパルスをブロックし、重故
障を未然に防ぐことができる。
ンパレータ１５の基準電圧は、ＩＧＢＴ５８のしきい値
電圧よりも低く設定する。この理由を図３のタイムチャ
ートにより説明する。時間ｔ１において、上アームゲー
ト駆動回路のゲート電圧１０３がオフからオンになる
と、上アームＩＧＢＴ５８のゲート−エミッタ間電圧１
０２が上昇し、ｔ３でしきい値電圧１０６を超えて、上
アームＩＧＢＴ５８のコレクタ−エミッタ間電圧１０１
が減少し、上アームＩＧＢＴ５８はターンオン状態とな
る。さらに、ｔ４で上アームゲート駆動回路のゲート電
圧１０３がオンからオフになると、上アームＩＧＢＴ５
８のゲート−エミッタ間電圧１０２が減少し、ｔ５にお
いてゲート−エミッタ間電圧１０２がしきい値１０６を
下回ったときに、コレクタ−エミッタ間電圧１０１が増
加し、上アームＩＧＢＴ５８が電圧を阻止し始める。そ
して、ｔ６においてゲート−エミッタ間電圧１０２がコ
ンパレータ基準電圧１０７を下回ったときに、上アーム
フィードバック信号１０４がオフ判定を出力する。この
ｔ４からｔ６の期間は、上アームＩＧＢＴ５８のオン時
にゲート−エミッタ間に蓄積している電荷がケート抵抗
２６、最終段トランジスタ１４、コレクタ抵抗２５の経
路で引き抜かれている期間である。上アームＩＧＢＴ５
８はｔ６においてコレクタ−エミッタ間に電圧を持ち始
めるので、上アームＩＧＢＴ５８のオン期間は、ゲート
電圧１０３がオンかつ上記の引き抜き期間ｔ４〜ｔ６と
なる。このように、コンパレータ１５の基準電圧をＩＧ
ＢＴのしきい値電圧よりも低く設定することにより、上
アームＩＧＢＴ５８のターンオフ時にＩＧＢＴが実際に
電圧を阻止してからオフ判定を出力することができる。
下アームＩＧＢＴ５９のゲート電圧のインターロックを
解除する条件は、上アームゲート電圧１０３がオフ、か
つ上アームフィードバック１０４の出力がオフであるか
ら、下アームＩＧＢＴ５９のゲート電圧のインターロッ
クが解除されるときは、ｔ６であり、その後は上アーム
ＩＧＢＴ５８が電圧を阻止しているので、アーム短絡を
防止することができる。ところで、ｔ６において、上ア
ームＩＧＢＴ５８に短絡故障が発生すると、上アームＩ
ＧＢＴ５８のコレクタ−エミッタ間電圧１０１は２点鎖
線で示すように０Ｖになり、ゲート−エミッタ間電圧１
０２が２点鎖線で示すようにしきい値電圧１０６を維持
するので、上アームフィードバック１０４の出力は２点
鎖線で示すようにオンを継続し、下アームＩＧＢＴ５９
のゲート電圧は２点鎖線で示すようにインターロックさ
れ、これにより、下アームＩＧＢＴ５９が電圧を阻止
し、アーム短絡を防止することができる。また、ｔ
６後、下アームＩＧＢＴ５９がターンオンし、上アーム
ＩＧＢＴ５８がターンオフしている状態において、上ア
ームＩＧＢＴ５８に短絡故障が発生しても、同様に下ア
ームＩＧＢＴ５９のゲート電圧はインターロックされ、
これにより、下アームＩＧＢＴ５９が電圧を阻止し、ア
ーム短絡を防止することができる。以上詳述したよう
に、本実施形態では、ＩＧＢＴがオンまたはオフである
ことを常時監視し、同一アームの一方のＩＧＢＴがオン
しているとき、同一アームの他のＩＧＢＴにはオンのゲ
ート電圧が与えられないようにブロックすることによっ
て、アーム短絡を防止することが可能になると共に、ゲ
ートパルス発生回路からのゲートパルスとＩＧＢＴのオ
ン・オフの検出結果とを常時監視しているので、これは
ＩＧＢＴの事故の兆候を検知していることになり、同一
アームの一方のＩＧＢＴのゲートパルスとフィードバッ
ク信号が共にオフであるとき、同一アームの他のＩＧＢ
Ｔのゲートパルスのブロックを解除し、また、同一アー
ムの一方のＩＧＢＴのゲートパルスとフィードバック信
号が共にまたはいずれか一方がオンであるとき、同一ア
ームの他のＩＧＢＴのゲートパルスをブロックし、重故
障を未然に防ぐことができる。
【００１３】図４は、本実施形態のゲート駆動回路の他
の詳細例２を示す。本詳細例２が図２の詳細例１と異な
るところは、オン・オフを判定する電圧を最終段トラン
ジスタ１３、１４のエミッタ電圧とする点であり、その
他は同様である。図５は、本実施形態のゲート駆動回路
の他の詳細例３を示す。本詳細例３が図２の詳細例１と
異なるところは、オン・オフを判定する電圧を最終段ト
ランジスタ１３、１４のベース電圧とする点であり、そ
の他は同様である。図４、図５いずれの例においても、
オン・オフを判定する電圧の動きはＩＧＢＴのゲート電
圧と同様の動きなので、図２の例と同様の機能を発揮す
ることになる。
の詳細例２を示す。本詳細例２が図２の詳細例１と異な
るところは、オン・オフを判定する電圧を最終段トラン
ジスタ１３、１４のエミッタ電圧とする点であり、その
他は同様である。図５は、本実施形態のゲート駆動回路
の他の詳細例３を示す。本詳細例３が図２の詳細例１と
異なるところは、オン・オフを判定する電圧を最終段ト
ランジスタ１３、１４のベース電圧とする点であり、そ
の他は同様である。図４、図５いずれの例においても、
オン・オフを判定する電圧の動きはＩＧＢＴのゲート電
圧と同様の動きなので、図２の例と同様の機能を発揮す
ることになる。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電力変換装置において同一アームに直列に接続されてい
るＩＧＢＴのゲート電圧を互いにインターロックする機
能を備えることにより、ＩＧＢＴのオン・オフ状態を常
時監視することが可能になり、アーム短絡を防止し、重
故障を未然に防ぎ、より安全性、信頼性の高いＩＧＢＴ
用ゲート駆動装置を実現することが可能である。
電力変換装置において同一アームに直列に接続されてい
るＩＧＢＴのゲート電圧を互いにインターロックする機
能を備えることにより、ＩＧＢＴのオン・オフ状態を常
時監視することが可能になり、アーム短絡を防止し、重
故障を未然に防ぎ、より安全性、信頼性の高いＩＧＢＴ
用ゲート駆動装置を実現することが可能である。
【図１】本発明の一実施形態を示すＩＧＢＴ用ゲート駆
動装置
動装置
【図２】本発明のゲート駆動回路の詳細例１
【図３】図２の回路の動作の説明図
【図４】本発明のゲート駆動回路の詳細例２
【図５】本発明のゲート駆動回路の詳細例３
１，２…正負駆動電源、１１，１６…フォトカプラトラ
ンジスタ、１２，１３，１４…トランジスタ、１５…コ
ンパレータ、２１，２２，２３，２４，２５，２６，２
７，２８…抵抗、５１，５２…ゲート駆動回路、５３…
ゲートパルス発生回路、５４，５５，５６，５７…ＡＮ
Ｄゲート、５８，５９…主回路ＩＧＢＴ、６０，６３…
ゲート駆動回路入力、６１，６２…ゲート駆動回路出力
（フィードバック信号）、６４，６５…ゲートパルス、
１０１…コレクタ−エミッタ間電圧波形、１０２…ゲー
ト−エミッタ間電圧波形、１０３…ゲート電圧信号、１
０４…フィードバック信号、１０５…ゲート電圧イター
ロック信号、１０６…ＩＧＢＴのしきい値電圧、１０７
…コンパレータの基準電圧
ンジスタ、１２，１３，１４…トランジスタ、１５…コ
ンパレータ、２１，２２，２３，２４，２５，２６，２
７，２８…抵抗、５１，５２…ゲート駆動回路、５３…
ゲートパルス発生回路、５４，５５，５６，５７…ＡＮ
Ｄゲート、５８，５９…主回路ＩＧＢＴ、６０，６３…
ゲート駆動回路入力、６１，６２…ゲート駆動回路出力
（フィードバック信号）、６４，６５…ゲートパルス、
１０１…コレクタ−エミッタ間電圧波形、１０２…ゲー
ト−エミッタ間電圧波形、１０３…ゲート電圧信号、１
０４…フィードバック信号、１０５…ゲート電圧イター
ロック信号、１０６…ＩＧＢＴのしきい値電圧、１０７
…コンパレータの基準電圧
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 武 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所水戸工場内 Ｆターム(参考） 5H007 AA05 AA17 CA01 CB05 CB12 CC03 DB03 DC07 EA02 FA06 FA13 5H740 AA04 BA11 BB05 BC02 JA01 KK01 MM12
Claims (7)
- 【請求項１】 電力変換回路の主回路のスイッチング素
子として同一アームに直列接続されるＩＧＢＴをオン・
オフ制御するゲート駆動装置において、ゲートパルスを
発生するパルス発生手段と、ＩＧＢＴを駆動すると共に
ＩＧＢＴのオン・オフを示すフィードバック信号を発す
るゲート駆動手段を有し、同一アームの一方のＩＧＢＴ
のゲートパルスとフィードバック信号が共にオフである
とき、同一アームの他のＩＧＢＴのゲートパルスのブロ
ックを解除することを特徴とするＩＧＢＴ用ゲート駆動
装置。 - 【請求項２】 電力変換回路の主回路のスイッチング素
子として同一アームに直列接続されるＩＧＢＴをオン・
オフ制御するゲート駆動装置において、ゲートパルスを
発生するパルス発生手段と、ＩＧＢＴを駆動すると共に
ＩＧＢＴのオン・オフを示すフィードバック信号を発す
るゲート駆動手段を有し、同一アームの一方のＩＧＢＴ
のゲートパルスとフィードバック信号が共にまたはいず
れか一方がオンであるとき、同一アームの他のＩＧＢＴ
のゲートパルスをブロックすることを特徴とするＩＧＢ
Ｔ用ゲート駆動装置。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２において、パル
ス発生手段とゲート駆動手段の間に、同一アームの一方
のＩＧＢＴのゲートパルスと他のＩＧＢＴのゲートパル
スを互いにインターロックする論理手段を設けることを
特徴とするＩＧＢＴ用ゲート駆動装置。 - 【請求項４】 請求項１、請求項２または請求項３にお
いて、ゲート駆動手段は、エミッタおよびベースが互い
に接続されたｎｐｎトランジスタおよびｐｎｐトランジ
スタと、前記エミッタとＩＧＢＴのゲートを接続するゲ
ート抵抗と、ＩＧＢＴのゲート−エミッタ電圧を監視す
る手段を有し、前記ゲート−エミッタ電圧がＩＧＢＴの
しきい値電圧よりも低いとき、ＩＧＢＴがオフ状態であ
ると判定することを特徴とするＩＧＢＴ用ゲート駆動装
置。 - 【請求項５】 請求項４において、ＩＧＢＴのゲート−
エミッタ電圧を監視する手段は、ＩＧＢＴのゲート−エ
ミッタ電圧と基準電圧を比較し、前記ゲート−エミッタ
電圧が基準電圧より高いとき、フィードバック信号を発
生することを特徴とするＩＧＢＴ用ゲート駆動装置。 - 【請求項６】 請求項４において、ＩＧＢＴのゲート−
エミッタ電圧を監視する手段は、互いに接続されたｎｐ
ｎトランジスタおよびｐｎｐトランジスタのエミッタと
ＩＧＢＴのエミッタ間の電圧を監視することを特徴とす
るＩＧＢＴ用ゲート駆動装置。 - 【請求項７】 請求項４において、ＩＧＢＴのゲート−
エミッタ電圧を監視する手段は、互いに接続されたｎｐ
ｎトランジスタおよびｐｎｐトランジスタのベースとＩ
ＧＢＴのエミッタ間の電圧を監視することを特徴とする
ＩＧＢＴ用ゲート駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001358833A JP2002199741A (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | Ｉｇｂｔ用ゲート駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001358833A JP2002199741A (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | Ｉｇｂｔ用ゲート駆動装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12440995A Division JP3336488B2 (ja) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | 電圧駆動型素子用ゲート駆動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002199741A true JP2002199741A (ja) | 2002-07-12 |
Family
ID=19169945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001358833A Pending JP2002199741A (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | Ｉｇｂｔ用ゲート駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002199741A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007329748A (ja) * | 2006-06-08 | 2007-12-20 | Toyota Motor Corp | スイッチング素子制御装置 |
| US8829952B2 (en) | 2012-02-22 | 2014-09-09 | Mitsubishi Electric Corporation | Gate drive circuit |
| JP2015115976A (ja) * | 2013-12-09 | 2015-06-22 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | ゲート駆動回路 |
| JP2016103891A (ja) * | 2014-11-27 | 2016-06-02 | トヨタ自動車株式会社 | 電力変換装置 |
-
2001
- 2001-11-26 JP JP2001358833A patent/JP2002199741A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007329748A (ja) * | 2006-06-08 | 2007-12-20 | Toyota Motor Corp | スイッチング素子制御装置 |
| US8829952B2 (en) | 2012-02-22 | 2014-09-09 | Mitsubishi Electric Corporation | Gate drive circuit |
| JP2015115976A (ja) * | 2013-12-09 | 2015-06-22 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | ゲート駆動回路 |
| JP2016103891A (ja) * | 2014-11-27 | 2016-06-02 | トヨタ自動車株式会社 | 電力変換装置 |
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