JP2003289660A - 制御極付半導体スイッチの直列回路 - Google Patents
制御極付半導体スイッチの直列回路Info
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Abstract
て、従属段のスイッチ素子の動作遅れによって、初段の
素子と初段に近い素子とに印加されるコレクタ・エミッ
タの過電圧を、能動的に制限することができる制御極付
半導体スイッチの直列回路を提供することを目的とする
ものである。 【解決手段】 制御極付半導体スイッチが複数個、直列
接続されている直列回路と、直流電圧バランス抵抗が同
数個、直列接続されている直列回路とが並列接続され、
初段以外の上記各制御極付半導体スイッチの制御極と、
対応する抵抗の接続点とが接続され、上記初段の上記制
御極付半導体スイッチの制御極を制御することによっ
て、残りの上記制御極付半導体スイッチを従属制御する
制御極付半導体スイッチの直列回路において、初段の上
記直流電圧バランス抵抗に、定電圧素子を並列接続した
ものである。
Description
等制御極付半導体スイッチを複数個、直列接続して高電
圧のスイッチングを行う制御極付半導体スイッチの直列
回路に関し、特にターンオン、ターンオフ時における半
導体スイッチの過電圧保護機能を有する制御極付半導体
スイッチの直列回路に関する。
の直列回路SS11を示す図である。
SS11は、FET、IGBT等の制御極付半導体スイ
ッチ(3個のIGBT1、2、3)が、主端子4、5間
に直列接続され、また、過渡電圧バランス用のコンデン
サC1、C2、C3と、抵抗R4、R5、R6との直列
回路が、同数の直流電圧バランス抵抗R1、R2、R3
と並列に接続され、これらが、主端子4、5間に接続さ
れている。
2、R3の各接続点を、初段のIGBT1を除くIGB
T2、3の制御極(ゲート極)に接続し、初段のIGB
T1の制御極(ゲート極)を、制御回路15に接続す
る。
電圧保護用定電圧素子(たとえばゼナーダイオード)D
11、D12、D13が設けられ、また、IGBT2、
3のゲート・エミッタ過電圧保護用定電圧素子(たとえ
ばゼナーダイオード)D4、D5が設けられている。
初段のIGBT1を、制御回路15の電圧信号でオンす
れば、これに従属して他のIGBT2、3もオンする。
たはマイナス)にし、初段のIGBT1をオフすれば、
他のIGBT2、3もオフする。この回路は、原理的に
は、直列回路初段のIGBT1のオフから、順次、上段
のIGBT2、続いてIGBT3がオフするので、ター
ンオフ時では、最終段のIGBT3に近い素子ほど、タ
ーンオフが遅れ、初段のIGBT1に過電圧がかかると
いう欠点がある。
ンサC1、C2、C3の値と、抵抗R4、R5、R6の
値とを適正に選定したとしても、過電圧を完全に除去す
ることができない。
には、さらに、各IGBT1、2、3のコレクタ・エミ
ッタ極間に、並列にゼナーダイオード等の定電圧素子D
11、D12、D13を接続し、過電圧を受動的に制限
し、吸収し、消費することが考えられる。
グ周波数が上昇すると、ゼナーダイオードの損失が増大
し、また、ゼナーダイオード等にサージ電流が流れる
と、ゼナー電圧が上昇するので、IGBT等を過電圧保
護できないという問題がある。
段IGBT1以外が過渡的な動作をするので、IGBT
2、3のゲート・エミッタに過電圧が印加されることを
防止するものである。
フ時において、従属段のスイッチ素子の動作遅れによっ
て、初段の素子と初段に近い素子とに印加されるコレク
タ・エミッタの過電圧を、能動的に制限することができ
る制御極付半導体スイッチの直列回路を提供することを
目的とするものである。
体スイッチが複数個、直列接続されている直列回路と、
直流電圧バランス抵抗が同数個、直列接続されている直
列回路とが並列接続され、初段以外の上記各制御極付半
導体スイッチの制御極と、対応する抵抗の接続点とが接
続され、上記初段の上記制御極付半導体スイッチの制御
極を制御することによって、残りの上記制御極付半導体
スイッチを従属制御する制御極付半導体スイッチの直列
回路において、初段の上記直流電圧バランス抵抗に、定
電圧素子が並列接続されている制御極付半導体スイッチ
の直列回路である。
1の実施例である制御極付半導体スイッチの直列回路S
S1を示す回路図である。
は、FET、IGBT等の制御極付半導体スイッチの複
数個直列回路において、少なくとも初段、必要に応じて
初段に近い2段目等の直流電圧バランス抵抗に、ゼナー
ダイオード等の定電圧素子D1、D2、D3が並列接続
されている回路である。
には、図1において、同一の符号を付し、その説明を省
略する。
ために、ゼナーダイオードD1、D2、D3が設けら
れ、これらのゼナー電圧は、IGBT1、2、3のそれ
ぞれの耐圧よりも低い値に設定されている。たとえば、
IGBTの耐圧が1200Vであるとすれば、ゼナー電
圧を、1000Vに設定してある。
る。
である場合について説明する。
実質的に同じ値に設定され、したがって、各IGBTの
直流電圧バランスは、同じ電圧である。このバランスし
ている電圧は、上記例では、ゼナー電圧1000Vを越
えない。
る場合の動作について説明する。
IGBT1がオンすると、電圧バランス回路R1、R
2、R3の分圧電圧によって、IGBT2が、順バイア
スされ、オンする。IGBT2がオンすることによっ
て、これと同様の動作によって、IGBT3もオンす
る。
4、5間に設けられている電圧バランス回路R1、R
2、R3で発生される分圧電圧であり、全IGBT1、
2、3のコレクタ電圧は、原理的にはゼロにならない。
つまり、過渡電圧バランス回路と直流電圧バランス抵抗
との作用によって、IGBT1、2、3のゲート電圧
は、最小オン電圧まで飽和する。
る場合の動作について説明する。
IGBT1がターンオフし、負荷電流Iを遮断すると、
IGBT1のコレクタ電圧が上昇し、IGBT1のコレ
クタ電圧が、電圧バランス回路のゼナーダイオードD1
のゼナー電圧1000Vを越えると、2段目のIGBT
2のゲート・エミッタ極の充電電荷を放電しながら、負
荷電流Iが、図1に破線で示すように、ゼナーダイオー
ドD1に移り、IGBT1のコレクタ電圧を、ゼナー電
圧に制限する。
によって、IGBT2のゲート極が、ゼナーダイオード
D4の順方向電圧まで逆バイアスされ、IGBT2は、
急速にターンオフする。IGBT2がオフすれば、ゼナ
ーダイオードD1の電流は、継続しないので、電力損失
が最小化される。
レクタ電位が上昇すると、これと同様に、3段目のIG
BT3のゲート・エミッタ極の充電電荷を放電しなが
ら、負荷電流Iの一部が、ゼナーダイオードD2に移
り、IGBT2のコレクタ電圧をゼナー電圧に制限す
る。
によって、IGBT3のゲート極が、ゼナーダイオード
D5の順方向電圧まで逆バイアスされ、IGBT3は、
急速にターンオフする。IGBT3がオフすれば、ゼナ
ーダイオードD2の電流は、継続しないので、電力損失
が最小化される。
直流電圧バランス抵抗との動作も同時に生じ、これらが
複合的に動作する。
するIGBTが存在しないので、ゼナーダイオードD3
を省略することができる。しかし、IGBT3のコレク
タ・ゲート間の電圧、実質的にコレクタ・エミッタの電
圧を制限し、過電圧保護機能を持つためには、ゼナーダ
イオードD3を設けることが好ましい。
接続されているゼナーダイオード等の定電圧素子は、単
にIGBTのコレクタ・エミッタ電圧を制限するだけで
なく、ゼナー電流が、ゲート・エミッタ間を逆方向に流
れ、IGBTのゲート電荷を急速に放電し、ターンオフ
を高速化する作用がある。
BTがオフするまでの短時間であり、ゼナー損失が増加
し難いという利点がある。
極に並列なゼナーダイオードD4、D5は、上記ターン
オン、ターンオフ動作において、IGBT2、3のゲー
ト・エミッタが過渡的に順方向過電圧または逆方向過電
圧になることによって、IGBT2、3が絶縁破壊する
ことを保護するものである。
極付半導体スイッチング直列回路SS2を示す回路図で
ある。
2は、制御極付半導体スイッチング直列回路SS1と基
本的には同じであり、制御極付半導体スイッチング直列
回路SS1において、ゼナーダイオードD2、D3が削
除されている回路である。
回路SS2は、初段の直流電圧バランス抵抗のみに、定
電圧素子が並列接続されている。
段目の直流電圧バランス抵抗とのみに、定電圧素子を並
列接続するようにしてもよい。
に、定電圧素子が並列接続され、しかも、初段の上記直
流電圧バランス抵抗以外の上記直流電圧バランス抵抗
に、定電圧素子が並列接続されているようにしてもよ
い。
2、3の代わりに、FET等、IGBT以外の制御極付
半導体スイッチを使用するようにしてもよい。
回路のターンオフ時の過電圧を、ゼナーダイオード等定
電圧素子を用いて能動的に、簡単に、確実に保護できる
という効果を奏する。
イッチの直列回路SS1を示す回路図である。
イッチの直列回路SS2を示す回路図である。
11を示す回路図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 制御極付半導体スイッチが複数個、直列
接続されている直列回路と、直流電圧バランス抵抗が同
数個、直列接続されている直列回路とが並列接続され、
初段以外の上記各制御極付半導体スイッチの制御極と、
対応する抵抗の接続点とが接続され、上記初段の上記制
御極付半導体スイッチの制御極を制御することによっ
て、残りの上記制御極付半導体スイッチを従属制御する
制御極付半導体スイッチの直列回路において、 初段の上記直流電圧バランス抵抗に、定電圧素子が並列
接続されていることを特徴とする制御極付半導体スイッ
チの直列回路。 - 【請求項2】 請求項1において、 上記制御極付半導体スイッチは、FETまたはIGBT
であることを特徴とする制御極付半導体スイッチの直列
回路。 - 【請求項3】 請求項1において、 上記定電圧素子は、ゼナーダイオードであることを特徴
とする制御極付半導体スイッチの直列回路。 - 【請求項4】 請求項1において、 初段の上記直流電圧バランス抵抗以外の上記直流電圧バ
ランス抵抗に、定電圧素子が並列接続されていることを
特徴とする制御極付半導体スイッチの直列回路。
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JP2002090284A JP3761163B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 制御極付半導体スイッチの直列回路 |
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