JP2004007887A

JP2004007887A - 電力変換素子のゲート駆動回路

Info

Publication number: JP2004007887A
Application number: JP2002159142A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Yoshida; 吉田　收志
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2004-01-08

Abstract

【課題】ＩＧＢＴ素子などのゲートを駆動するゲート駆動回路を並列接続する場合に、使用するケーブル本数を少なくしてコストアップを抑える。
【解決手段】１つの電力変換素子に対応して、外部接続用端子と駆動回路間接続用ランドとを設け、正電源端子Ｐ，グランド端子Ｏ，負電源端子Ｎ（単電源の場合は省略される）を電源線に、また、端子Ｖｉｎをコントローラにそれぞれ選択的に接続するとともに、駆動回路間接続用ランドには他のゲート駆動回路を選択的に接続することで、ケーブル本数を少なくして単独運転は言うに及ばず並列駆動を可能にする。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ）等の電力変換素子（スイッチング素子）のゲート駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に基本のＩＧＢＴモジュール例を示す。同図（ａ）は外観図、同図（ｂ）は等価回路図である。これは、ＩＧＢＴが３列２段に設置され、上段には左から右へ順にＵ，Ｖ，Ｗ、下段には左から右へ順にＸ，Ｙ，Ｚと６個配置され、ＵとＸ，ＶとＹ，ＷとＺがダイオードとともにブリッジ接続されたＩＧＢＴモジュール例（６ｉｎ１：ＩＧＢＴ６個組み）を示すものである。
このようなモジュールの駆動方式例を図７に示す。同図の符号１がＩＧＢＴモジュール、２が駆動回路、５が複数の駆動回路２を搭載する駆動回路ボードである。この駆動回路ボード５にはＩＧＢＴを駆動するための駆動回路２が６個実装されている。なお、３は電源、４はコントローラである。また、数字に括弧を付して線数（ケーブル数）を示し、以下同様とする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなＩＧＢＴモジュールを並列接続しようとすると、各駆動回路に外部から接続するケーブルが並列数倍増え、ケーブルのスペース，コストの増加が大きい。
ＩＧＢＴモジュールの２並列接続の場合を図８に示すが（ＩＧＢＴモジュール１１，１２と駆動回路５１，５２参照）、図７の場合と比べて電源３からのラインが１８→３６、コントローラ４からの制御ラインが６→１２へとそれぞれ倍に増えており、これは並列数に比例して増加することになる。
【０００４】
この問題を解消するには、並列数と構造に応じて駆動回路ボードを作れば良い。そうすれば接続するケーブル本数を少なくできるが、１度作られた駆動回路ボードはそれ専用となり、容量アップのためこれを用いて並列接続数を増やそうとしても、これをそのまま使用できることは殆どなく、新たに作りかえる必要が生じて無駄になる（ロスコスト）と言う問題がある。
したがって、この発明の課題は、ＩＧＢＴモジュールの並列接続数を増やす場合でも、増加するケーブル本数を最小限に抑えられるようにして、コストアップを抑制することにある。
【０００５】
【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、電力変換素子のゲートを駆動するためのゲート駆動回路であって、電源およびコントローラに接続される第１の端子と、電源信号，オン指令信号，ゲート信号，エミッタ信号を伝達する第２の端子とを備え、前記第１の端子には電源またはオン指令信号を選択的に供給し、前記第２の端子には他のゲート駆動回路の対応する端子を選択的に接続して並列駆動を可能にしたことを特徴とする。
この請求項１の発明においては、前記第２の端子は回路の両端に設けることができる（請求項２の発明）。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の実施の形態を示す構成図である。
これは、１つの駆動回路の基本構成を示すもので、これが１つの電力変換素子対応に設けられる。なお、同図の「□部」は外部接続端子を、「楕円部」はモジュール端子接続用穴を、「○部」は駆動回路間接続用ランドをそれぞれ示す。外部接続端子のＰは正電源ラインに、Ｏはグランド（接地）ラインに、Ｎは負電源ラインにそれぞれ接続され、Ｖｉｎにはオン指令信号が与えられる。駆動回路間接続用ランドは、各信号を他の駆動回路の信号と接続できるよう、回路の両端に設けられている。なお、点線で囲まれた部分は、駆動回路として種々の機能を果たすための回路部を示す。
【０００７】
図２に、図６のＩＧＢＴモジュール用に図１の駆動回路を６組、１枚のボードに実装した例を示す。これは、下アーム素子Ｘ，Ｙ，Ｚの正電源Ｐ、グランドＯおよび負電源Ｎは共通にすることが可能なので、各回路のランド間を図示のように接続した例である。なお、上アーム素子Ｕ，Ｖ，Ｗ用の駆動回路は互いに独立構成とし、したがってＵとＶ、ＶとＷ間は絶縁帯（網掛け部参照）で電気的に絶縁する。また、上アーム素子と下アーム素子間も同様に絶縁する。ここに、未使用の端子をハッチングを付して示す。図２では正電源端子Ｐ２，Ｐ６、グランド端子Ｏ２，Ｏ６および負電源端子Ｎ２，Ｎ６が未使用となっている。
【０００８】
図２のボードを用いたシステム構成例を図３に示す。
Ｕ，Ｖ，Ｗ用の駆動回路には電源３からの正電源ライン（Ｐ），グランドライン（Ｏ）および負電源ライン（Ｎ）と、コントローラ４からのオン指令信号ラインの計４本をそれぞれ接続する一方、Ｘ，Ｙ，Ｚ用の駆動回路にはコントローラ４からのオン指令信号ラインをそれぞれ接続するとともに、Ｘ，Ｙ，Ｚのいずれか１つ（図３ではＹ）には正電源ラインＰ，グランドラインＯおよび負電源ラインＮの３本を接続し、これらの３本をランドで接続されたＸ，Ｙ，Ｚ間で共通化する。
【０００９】
図２のボードを２つ用いた２並列のシステム構成例を図４に示す。
図４では２つのボードをＬ，Ｒとして示している。上アーム側に各ボード３個、計６個の駆動回路、同じく下アーム側に各ボード３個、計６個の駆動回路が存在する。上アーム側はＬの左側２つでＵ、Ｌの右側１つとＲの左側１つでＶ、Ｒの右側２つでＷに対応させ、下アーム側はＬの左側２つでＸ、Ｌの右側１つとＲの左側１つでＹ、Ｒの右側２つでＺにそれぞれ対応させる。上アーム側のうちＵ対応の２つの駆動回路間では、ランドにより正電源ラインＰ，グランドラインＯ，負電源ラインＮ，オン指令信号ライン，ゲートラインおよびエミッタラインの６本が接続される。同様に、Ｖ対応の２つの駆動回路間、Ｗ対応の２つの駆動回路間も６本のラインが接続される。
【００１０】
下アーム側では正電源ラインＰ，グランドラインＯ，負電源ラインＮについては３つの駆動回路間を接続し、オン指令信号ライン，ゲートラインおよびエミッタラインについてはＸ対応の２つの駆動回路間、Ｙ対応の２つの駆動回路間およびＺ対応の２つの駆動回路間を、ランドを介して互いに接続する。また、外部からは、上アーム側については、Ｕに対応する２つの駆動回路のうちのいずれか１つ（図４では右側）、Ｖに対応する２つの駆動回路のうちのいずれか１つ（図４では右側）、Ｗに対応する２つの駆動回路のうちのいずれか１つ（図４では右側）に電源３から正電源ラインＰ，グランドラインＯおよび負電源ラインＮと、コントローラ４からオン指令信号ラインをそれぞれ接続する。
【００１１】
下アーム側については、Ｌ側の駆動回路のうちのいずれか１つ（図４では中央）と、Ｒ側の駆動回路のうちのいずれか１つ（図４では中央）に正電源ラインＰ，グランドラインＯ，負電源ラインＮおよびオン指令信号ラインを接続し、Ｘに対応する２つ駆動回路のうちのいずれか１つ（図４では右側）、Ｙに対応する２つの駆動回路のうちのいずれか１つ（図４では右側）、Ｚに対応する２つの駆動回路のうちのいずれか１つ（図４では右側）に、コントローラ４からオン指令信号ラインをそれぞれ接続する。
【００１２】
図５に図２のボードを３つ用いた３並列のシステム構成例を示す。
図５では３つのボードをＬ，Ｃ，Ｒとして示している。上アーム側に各ボード３個、計９個の駆動回路、同じく下アーム側に各ボード３個、計９個の駆動回路が存在する。上アーム側はＬの３つがＵに、Ｃの３つがＶに、Ｒの３つがＷに対応し、同様に、下アーム側はＬの３つがＸに、Ｃの３つがＹに、Ｒの３つがＺにそれぞれ対応する。Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚに対応するそれぞれ３つの駆動回路間で正電源ラインＰ，グランドラインＯ，負電源ラインＮ，オン指令信号ライン，ゲートラインおよびエミッタラインの６本が接続される。外部からはＵ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚに対応するそれぞれ３つの駆動回路のうちいずれか１つ（図５では中央）に、正電源ラインＰ，グランドラインＯ，負電源ラインＮおよびオン指令信号ラインを接続する。
【００１３】
以上では、信号間を接続するためにランドを用いたが、パッドやコネクタを用いることもできる。また、ゲートラインおよびエミッタラインを並列接続できるようにランドを設けているが、これらは省略されることもある。また、電源ラインを正電源ライン，グランドライン，負電源ラインの３本としたが負電源ラインを省略して単電源とする構成も考えられる。
【００１４】
【発明の効果】
この発明によれば、電源信号，オン指令信号を外部から接続する端子と、他の駆動回路の電源信号，オン指令信号と接続する端子とを設けることにより、使用するケーブル数を最小限にして並列運転（単独運転は勿論である）を接続態様を変えるだけで実現し得ると言う利点がもたらされる。また、新規に駆動回路を作りなおす必要がなく、接続変更で対応が可能なためシステムの拡張性，汎用性が高められると言う利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示す構成図である。
【図２】６素子（１モジュール）の駆動回路例を示す構成図である。
【図３】図２の駆動回路を用いたシステム構成図である。
【図４】２モジュールを並列接続した場合のシステム構成図である。
【図５】３モジュールを並列接続した場合のシステム構成図である。
【図６】ＩＧＢＴモジュールの構成例説明図である。
【図７】図６のモジュールに対する駆動回路例を示す説明図である。
【図８】図６のモジュールを並列接続した場合の駆動回路例を示す説明図である。
【符号の説明】
１，１１，１２…ＩＧＢＴモジュール、２…駆動回路、３…電源、４…コントローラ、５，５１，５２，Ｌ，Ｃ，Ｒ…駆動回路ボード。

Claims

電力変換素子のゲートを駆動するためのゲート駆動回路であって、
電源およびコントローラに接続される第１の端子と、電源信号，オン指令信号，ゲート信号，エミッタ信号を伝達する第２の端子とを備え、前記第１の端子には電源またはオン指令信号を選択的に供給し、前記第２の端子には他のゲート駆動回路の対応する端子を選択的に接続して並列駆動を可能にしたことを特徴とする電力変換素子のゲート駆動回路。
前記第２の端子は回路の両端に設けることを特徴とする請求項１に記載の電力変換素子のゲート駆動回路。