JP2002208847A - 電力用半導体素子のゲート駆動回路 - Google Patents
電力用半導体素子のゲート駆動回路Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電力変換装置を構成するスイッチ素子のター
ンオン時において、コレクタ・エミッタ間電圧ＶCEを検
出しないマスク時間の短縮化を図る。 【解決手段】 制御回路７より例えばＩＧＢＴのオン指
令信号Ｓ１が入力されてから、遅延回路１０による設定
時間経過後にスイッチＳＷ２を閉じてオン用抵抗Ｒ２を
Ｒ１と並列に挿入するようにしてその値を低減すること
により、コレクタ・エミッタ間電圧ＶCEが過渡状態から
定常状態になるまでの時間を短縮する。
ンオン時において、コレクタ・エミッタ間電圧ＶCEを検
出しないマスク時間の短縮化を図る。 【解決手段】 制御回路７より例えばＩＧＢＴのオン指
令信号Ｓ１が入力されてから、遅延回路１０による設定
時間経過後にスイッチＳＷ２を閉じてオン用抵抗Ｒ２を
Ｒ１と並列に挿入するようにしてその値を低減すること
により、コレクタ・エミッタ間電圧ＶCEが過渡状態から
定常状態になるまでの時間を短縮する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、絶縁ゲートバイ
ポーラトランジスタ（ＩＧＢＴとも略記する）等の電力
用半導体素子を駆動するゲート駆動回路に関する。
ポーラトランジスタ（ＩＧＢＴとも略記する）等の電力
用半導体素子を駆動するゲート駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５にＩＧＢＴを用いたインバータの主
回路例を示す。同図において、１は直流電源回路（交流
入力のインバータの場合は整流器＋電解コンデンサとな
る）、２は直流を交流に変換するＩＧＢＴおよびダイオ
ードからなるインバータ回路、３ａ，３ｂはＩＧＢＴの
ゲート駆動回路（各ＩＧＢＴ対応に設けられ、ここでは
そのうちの２つだけを代表的に示す）、４はＩＧＢＴが
ターンオフする際のサージ電圧からＩＧＢＴを保護する
スナバコンデンサ、５はモータ等の負荷をそれぞれ示
す。
回路例を示す。同図において、１は直流電源回路（交流
入力のインバータの場合は整流器＋電解コンデンサとな
る）、２は直流を交流に変換するＩＧＢＴおよびダイオ
ードからなるインバータ回路、３ａ，３ｂはＩＧＢＴの
ゲート駆動回路（各ＩＧＢＴ対応に設けられ、ここでは
そのうちの２つだけを代表的に示す）、４はＩＧＢＴが
ターンオフする際のサージ電圧からＩＧＢＴを保護する
スナバコンデンサ、５はモータ等の負荷をそれぞれ示
す。
【０００３】図６に図５で用いられるゲート駆動回路の
具体例を示す。６はゲート駆動回路用電源、ＳＷ１，Ｓ
Ｗ３はＩＧＢＴをターンオンまたはターンオフさせるた
めのスイッチ素子、Ｒ１，Ｒ３はターンオンまたはター
ンオフ用のゲート抵抗、７は制御部である。また、８は
ＩＧＢＴのコレクタ電流（ＩC）を検出すべく、ＩＧＢ
Ｔオン時のコレクタ・エミッタ間電圧ＶCEを検出するダ
イオードで、電流源回路９により電流を流したときの、
点Ｐの電位を測定することで、間接的にＶCEを検出す
る。この回路によりＩＧＢＴのコレクタ電流値ＩCが検
出可能となるので、この検出値に応じてゲート駆動回路
の内部定数を変えたり、保護動作として過電流を検出し
た際のゲート遮断などが可能となる。
具体例を示す。６はゲート駆動回路用電源、ＳＷ１，Ｓ
Ｗ３はＩＧＢＴをターンオンまたはターンオフさせるた
めのスイッチ素子、Ｒ１，Ｒ３はターンオンまたはター
ンオフ用のゲート抵抗、７は制御部である。また、８は
ＩＧＢＴのコレクタ電流（ＩC）を検出すべく、ＩＧＢ
Ｔオン時のコレクタ・エミッタ間電圧ＶCEを検出するダ
イオードで、電流源回路９により電流を流したときの、
点Ｐの電位を測定することで、間接的にＶCEを検出す
る。この回路によりＩＧＢＴのコレクタ電流値ＩCが検
出可能となるので、この検出値に応じてゲート駆動回路
の内部定数を変えたり、保護動作として過電流を検出し
た際のゲート遮断などが可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図７にＩＧＢＴのター
ンオン波形例を示す。すなわち、ＩＧＢＴは通常オン指
令が入力してから過渡状態を経て、定常状態に至るまで
に数μｓ程度掛かる。そのため、図６のようなＶCEを検
出して電流を測定するものでは、ターンオン後定常状態
に至るまでの数μｓ期間は、ＶCEの検出値ではコレクタ
電流値を正確に検出できないことになる。そのため、通
常はターンオン後、ＶCEが定常状態となるまでの数μｓ
間は、ＶCE検出を行なわない期間（マスク期間）として
いる。
ンオン波形例を示す。すなわち、ＩＧＢＴは通常オン指
令が入力してから過渡状態を経て、定常状態に至るまで
に数μｓ程度掛かる。そのため、図６のようなＶCEを検
出して電流を測定するものでは、ターンオン後定常状態
に至るまでの数μｓ期間は、ＶCEの検出値ではコレクタ
電流値を正確に検出できないことになる。そのため、通
常はターンオン後、ＶCEが定常状態となるまでの数μｓ
間は、ＶCE検出を行なわない期間（マスク期間）として
いる。
【０００５】このため、図８に示すようになんらかの原
因により負荷側が短絡していた場合、同図に点線で示す
経路でターンオン直後から下記（１）式に示す大電流
（短絡電流）Ｉｓが流れる状態となるにも関わらず、大
電流であることが検出できないため、マスク期間が経過
するまで保護動作ができないことになる。そのため、図
５のスナバコンデンサ４の容量決定に当たっては、
（１）式に従いマスク期間に短絡電流が流れ、その後遮
断する場合を想定して決定している。 Ｉｓ＝Ｅｄ／Ｌ・ｔ …（１） ここに、Ｅｄは直流電圧、Ｌは短絡電流経路のインダク
タンス、ｔはマスク時間を示す。したがって、この発明
の課題は、マスク期間を短縮化することにある。
因により負荷側が短絡していた場合、同図に点線で示す
経路でターンオン直後から下記（１）式に示す大電流
（短絡電流）Ｉｓが流れる状態となるにも関わらず、大
電流であることが検出できないため、マスク期間が経過
するまで保護動作ができないことになる。そのため、図
５のスナバコンデンサ４の容量決定に当たっては、
（１）式に従いマスク期間に短絡電流が流れ、その後遮
断する場合を想定して決定している。 Ｉｓ＝Ｅｄ／Ｌ・ｔ …（１） ここに、Ｅｄは直流電圧、Ｌは短絡電流経路のインダク
タンス、ｔはマスク時間を示す。したがって、この発明
の課題は、マスク期間を短縮化することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、請求項１の発明では、電力変換装置を構成する
電力用半導体素子をオン，オフ用ゲート抵抗を介してオ
ン，オフ駆動するとともに、前記素子に流れる電流を検
出するために前記素子に掛かる電圧を検出する機能を備
えた電力用半導体素子のゲート駆動回路において、前記
素子に対するオン指令を一定時間だけ遅延させる遅延回
路を設け、この遅延回路出力により前記オン用ゲート抵
抗値を低減することにより、前記素子に掛かる電圧が定
常状態になるまでの時間を短縮することを特徴とする。
るため、請求項１の発明では、電力変換装置を構成する
電力用半導体素子をオン，オフ用ゲート抵抗を介してオ
ン，オフ駆動するとともに、前記素子に流れる電流を検
出するために前記素子に掛かる電圧を検出する機能を備
えた電力用半導体素子のゲート駆動回路において、前記
素子に対するオン指令を一定時間だけ遅延させる遅延回
路を設け、この遅延回路出力により前記オン用ゲート抵
抗値を低減することにより、前記素子に掛かる電圧が定
常状態になるまでの時間を短縮することを特徴とする。
【０００７】請求項２の発明では、電力変換装置を構成
する電力用半導体素子をオン，オフ用ゲート抵抗を介し
てオン，オフ駆動するとともに、前記素子に流れる電流
を検出するために前記素子に掛かる電圧を検出する機能
を備えた電力用半導体素子のゲート駆動回路において、
前記素子のゲート電圧が所定の電圧になったことを検出
する比較回路を設け、オン指令が与えられ後に出力され
る前記比較回路出力にて前記オン用ゲート抵抗値を低減
することにより、前記素子に掛かる電圧が定常状態にな
るまでの時間を短縮することを特徴とする。
する電力用半導体素子をオン，オフ用ゲート抵抗を介し
てオン，オフ駆動するとともに、前記素子に流れる電流
を検出するために前記素子に掛かる電圧を検出する機能
を備えた電力用半導体素子のゲート駆動回路において、
前記素子のゲート電圧が所定の電圧になったことを検出
する比較回路を設け、オン指令が与えられ後に出力され
る前記比較回路出力にて前記オン用ゲート抵抗値を低減
することにより、前記素子に掛かる電圧が定常状態にな
るまでの時間を短縮することを特徴とする。
【０００８】すなわち、この発明はターンオン用のゲー
ト抵抗値が小さいほど、ＩＧＢＴターンオン時における
ＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間電圧が、過渡状態から
定常状態になるまでの時間が短いことに着目してなされ
たものと言える。この発明により、ＩＧＢＴターンオン
後、短時間でＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間電圧が定
常状態となるため、マスク期間も短縮化される。
ト抵抗値が小さいほど、ＩＧＢＴターンオン時における
ＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間電圧が、過渡状態から
定常状態になるまでの時間が短いことに着目してなされ
たものと言える。この発明により、ＩＧＢＴターンオン
後、短時間でＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間電圧が定
常状態となるため、マスク期間も短縮化される。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の第１の実施の形
態を示す回路図である。同図からも明らかなように、図
６の従来例に対し信号遅延回路（ｄｅｌａｙ）１０、ス
イッチ素子ＳＷ２およびターンオン用ゲート抵抗Ｒ２等
を付加して構成される。回路１０はオン指令信号Ｓ１を
設定時間ｔ０だけ遅延させるものとすると、スイッチ素
子ＳＷ２はＯＮ指令信号Ｓ１が出されてからｔ０経過し
た後にオンとなり、これにより抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２が並
列になって抵抗値が低下する結果、ＩＧＢＴのＶCE電圧
が定常状態になる時間が短縮されることになる。このと
きのタイムチャートを図２に示す。図７に対して短時間
でＩＧＢＴの電圧ＶCEが定常状態になることが分かる。
態を示す回路図である。同図からも明らかなように、図
６の従来例に対し信号遅延回路（ｄｅｌａｙ）１０、ス
イッチ素子ＳＷ２およびターンオン用ゲート抵抗Ｒ２等
を付加して構成される。回路１０はオン指令信号Ｓ１を
設定時間ｔ０だけ遅延させるものとすると、スイッチ素
子ＳＷ２はＯＮ指令信号Ｓ１が出されてからｔ０経過し
た後にオンとなり、これにより抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２が並
列になって抵抗値が低下する結果、ＩＧＢＴのＶCE電圧
が定常状態になる時間が短縮されることになる。このと
きのタイムチャートを図２に示す。図７に対して短時間
でＩＧＢＴの電圧ＶCEが定常状態になることが分かる。
【００１０】図３はこの発明の第２の実施の形態を示す
回路図である。これは図６の従来例に対し、比較回路１
１、リファランス（基準）電圧１２、スイッチ素子ＳＷ
２およびターンオン用ゲート抵抗Ｒ２などを付加して構
成される。ゲート電圧Ｖｇがリファランス（基準）電圧
１２以上になったとき、ＳＷ２がオンとなる。つまり、
ＯＮ指令信号Ｓ１が出された後のゲート電圧Ｖｇが電圧
Ｖｒｅｆ以上になったとき、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２が並列
になって抵抗値が低下する結果、ＩＧＢＴのＶCE電圧が
定常状態になる時間が短縮されることになる。このとき
のタイムチャートを図４に示す。図７に対して短時間で
ＩＧＢＴの電圧ＶCEが定常状態になることが分かる。
回路図である。これは図６の従来例に対し、比較回路１
１、リファランス（基準）電圧１２、スイッチ素子ＳＷ
２およびターンオン用ゲート抵抗Ｒ２などを付加して構
成される。ゲート電圧Ｖｇがリファランス（基準）電圧
１２以上になったとき、ＳＷ２がオンとなる。つまり、
ＯＮ指令信号Ｓ１が出された後のゲート電圧Ｖｇが電圧
Ｖｒｅｆ以上になったとき、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２が並列
になって抵抗値が低下する結果、ＩＧＢＴのＶCE電圧が
定常状態になる時間が短縮されることになる。このとき
のタイムチャートを図４に示す。図７に対して短時間で
ＩＧＢＴの電圧ＶCEが定常状態になることが分かる。
【００１１】
【発明の効果】この発明によれば、ターンオン時におい
て電圧ＶCEの検出を行なわないマスク時間を短縮できる
ので、負荷短絡時の際も短時間で検出可能となり、その
結果、小さい短絡電流値で遮断することができる。これ
により、スナバコンデンサの容量の低減や信頼性の向上
が可能となる。請求項１の発明と請求項２の発明との違
いは、以下の通りである。請求項１の発明では、回路上
でｄｅｌａｙ時間を任意に設定できるため、ＳＷ２をオ
ンさせるタイミングの設計自由度が大きくできるメリッ
トがある一方、ｄｅｌａｙ回路は通常アナログ回路で構
成されるため、使用素子の特性バラツキや温度特性があ
るため、正確な時刻でＳＷ２をオンさせるのは難しい。
請求項２の発明では、ゲート電圧Ｖｇの値によってＳＷ
２をオンさせるため、ほぼ正確なタイミングが実現でき
るが、ＳＷ２をオンさせるタイミングの自由度は少な
い。
て電圧ＶCEの検出を行なわないマスク時間を短縮できる
ので、負荷短絡時の際も短時間で検出可能となり、その
結果、小さい短絡電流値で遮断することができる。これ
により、スナバコンデンサの容量の低減や信頼性の向上
が可能となる。請求項１の発明と請求項２の発明との違
いは、以下の通りである。請求項１の発明では、回路上
でｄｅｌａｙ時間を任意に設定できるため、ＳＷ２をオ
ンさせるタイミングの設計自由度が大きくできるメリッ
トがある一方、ｄｅｌａｙ回路は通常アナログ回路で構
成されるため、使用素子の特性バラツキや温度特性があ
るため、正確な時刻でＳＷ２をオンさせるのは難しい。
請求項２の発明では、ゲート電圧Ｖｇの値によってＳＷ
２をオンさせるため、ほぼ正確なタイミングが実現でき
るが、ＳＷ２をオンさせるタイミングの自由度は少な
い。
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す回路図であ
る。
る。
【図２】図１の動作説明図である。
【図３】この発明の第２の実施の形態を示す回路図であ
る。
る。
【図４】図３の動作説明図である。
【図５】インバータの従来例を示す回路図である。
【図６】ゲート駆動回路の従来例を示す構成図である。
【図７】ＩＧＢＴのターンオン波形説明図である。
【図８】短絡経路説明図である。
１…直流電源回路、２…インバータ、３ａ，３ｂ…ゲー
ト駆動回路、４…スナバコンデンサ、５…モータ（負
荷）、６…ゲート駆動回路用電源、７…制御回路、８…
ダイオード、９…定電流源、１０…遅延回路（ｄｅｌａ
ｙ）、１１…比較回路、１２…基準（リファランス）電
圧、Ｒ１〜Ｒ３…抵抗、ＳＷ１〜ＳＷ３…スイッチ、Ｓ
１…オン指令信号、Ｓ２…オフ指令信号。
ト駆動回路、４…スナバコンデンサ、５…モータ（負
荷）、６…ゲート駆動回路用電源、７…制御回路、８…
ダイオード、９…定電流源、１０…遅延回路（ｄｅｌａ
ｙ）、１１…比較回路、１２…基準（リファランス）電
圧、Ｒ１〜Ｒ３…抵抗、ＳＷ１〜ＳＷ３…スイッチ、Ｓ
１…オン指令信号、Ｓ２…オフ指令信号。
Claims (2)
- 【請求項１】 電力変換装置を構成する電力用半導体素
子をオン，オフ用ゲート抵抗を介してオン，オフ駆動す
るとともに、前記素子に流れる電流を検出するために前
記素子に掛かる電圧を検出する機能を備えた電力用半導
体素子のゲート駆動回路において、 前記素子に対するオン指令を一定時間だけ遅延させる遅
延回路を設け、この遅延回路出力により前記オン用ゲー
ト抵抗値を低減することにより、前記素子に掛かる電圧
が定常状態になるまでの時間を短縮することを特徴とす
る電力用半導体素子のゲート駆動回路。 - 【請求項２】 電力変換装置を構成する電力用半導体素
子をオン，オフ用ゲート抵抗を介してオン，オフ駆動す
るとともに、前記素子に流れる電流を検出するために前
記素子に掛かる電圧を検出する機能を備えた電力用半導
体素子のゲート駆動回路において、 前記素子のゲート電圧が所定の電圧になったことを検出
する比較回路を設け、オン指令が与えられ後に出力され
る前記比較回路出力にて前記オン用ゲート抵抗値を低減
することにより、前記素子に掛かる電圧が定常状態にな
るまでの時間を短縮することを特徴とする電力用半導体
素子のゲート駆動回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001004976A JP2002208847A (ja) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | 電力用半導体素子のゲート駆動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001004976A JP2002208847A (ja) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | 電力用半導体素子のゲート駆動回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002208847A true JP2002208847A (ja) | 2002-07-26 |
Family
ID=18873081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001004976A Pending JP2002208847A (ja) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | 電力用半導体素子のゲート駆動回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002208847A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102361319A (zh) * | 2011-10-25 | 2012-02-22 | 杭州日鼎控制技术有限公司 | 基于驱动芯片的igbt短路保护检测电路 |
| CN102412565A (zh) * | 2011-11-22 | 2012-04-11 | 常熟市董浜镇华进电器厂 | 具有过流保护功能的隔离式igbt驱动电路 |
| CN102427221A (zh) * | 2011-12-23 | 2012-04-25 | 中冶南方（武汉）自动化有限公司 | 一种igbt驱动综合保护封锁电路 |
| CN104937839A (zh) * | 2013-01-23 | 2015-09-23 | 三菱电机株式会社 | 半导体元件的驱动装置、半导体装置 |
| CN106033097A (zh) * | 2015-03-20 | 2016-10-19 | 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 | Igbt过流保护方法、装置和家用电器 |
| JP2019058056A (ja) * | 2017-09-20 | 2019-04-11 | 同方威視技術股▲分▼有限公司 | 固体パルス変調器における保護回路、発振補償回路および給電回路 |
| WO2023273099A1 (zh) * | 2021-06-29 | 2023-01-05 | 中车株洲电力机车研究所有限公司 | 一种功率半导体器件 |
-
2001
- 2001-01-12 JP JP2001004976A patent/JP2002208847A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102361319A (zh) * | 2011-10-25 | 2012-02-22 | 杭州日鼎控制技术有限公司 | 基于驱动芯片的igbt短路保护检测电路 |
| CN102361319B (zh) * | 2011-10-25 | 2012-12-26 | 杭州日鼎控制技术有限公司 | 基于驱动芯片的igbt短路保护检测电路 |
| CN102412565A (zh) * | 2011-11-22 | 2012-04-11 | 常熟市董浜镇华进电器厂 | 具有过流保护功能的隔离式igbt驱动电路 |
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| US9627878B2 (en) | 2013-01-23 | 2017-04-18 | Mitsubishi Electric Corporation | Driving device for semiconductor elements, and semiconductor device |
| CN104937839A (zh) * | 2013-01-23 | 2015-09-23 | 三菱电机株式会社 | 半导体元件的驱动装置、半导体装置 |
| CN104937839B (zh) * | 2013-01-23 | 2017-09-08 | 三菱电机株式会社 | 半导体元件的驱动装置、半导体装置 |
| DE112013006487B4 (de) | 2013-01-23 | 2022-02-17 | Mitsubishi Electric Corporation | Ansteuervorrichtung für Halbleiterelemente und Halbleitervorrichtigung |
| CN106033097A (zh) * | 2015-03-20 | 2016-10-19 | 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 | Igbt过流保护方法、装置和家用电器 |
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| US11152932B2 (en) | 2017-09-20 | 2021-10-19 | Nuctech Company Limited | Protection circuit, oscillation compensation circuit and power supply circuit in solid state pulse modulator |
| WO2023273099A1 (zh) * | 2021-06-29 | 2023-01-05 | 中车株洲电力机车研究所有限公司 | 一种功率半导体器件 |
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