JP2005295661A - Driving circuit for power semiconductor element and power converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力用半導体素子の駆動回路および電力変換装置に関し、特に並列接続された複数個の電力用半導体素子間のスイッチングタイミングのずれを補正する電力用半導体素子の駆動回路および電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power semiconductor element drive circuit and a power conversion device, and more particularly to a power semiconductor element drive circuit and a power conversion device for correcting a shift in switching timing between a plurality of power semiconductor elements connected in parallel. Is.
電力用半導体素子を並列接続することにより大容量の電力変換装置を構成する場合、電力用半導体素子、あるいは電力用半導体素子の駆動回路に用いる電子部品の特性の相違に起因して、並列接続した電力用半導体素子間でスイッチング動作のタイミングにずれが生じることがある。 When configuring a large-capacity power conversion device by connecting power semiconductor elements in parallel, they are connected in parallel due to differences in the characteristics of the power semiconductor elements or the electronic components used in the drive circuit of the power semiconductor elements. There may be a difference in the timing of the switching operation between the power semiconductor elements.
従来の電力変換装置では、特許文献1の第7頁4〜39行に示されているように、電力用自己消弧型半導体素子のターンオン動作時、ターンオフ動作時のいずれの場合においても、並列接続されている他の電力用半導体素子のコレクタ電流の状態と比較して、その結果に基づき電力用半導体素子毎に調整・制御を行うことによりスイッチングタイミングのずれを補正していた。
In the conventional power conversion device, as shown in page 7,
また、特許文献2の第3頁20〜70行に示されているように、ターンオフ指令信号入力時点近傍で検出した電流検出値と、ターンオフ指令信号が入力されている期間に検出した電流最大値との差が、比較器の参照値Seより大きければセットリセットフリップフロップ(SRFF)がHi信号を出力し、この信号を受けて可変遅延回路によりターンオフするまでの時間を短くする駆動方法が用いられていた。
Further, as shown in
特許文献1に開示された電力用半導体素子の駆動回路では、並列接続した複数個の電力用半導体素子間のコレクタ電流を直接比較して、遅れてスイッチング動作した電力用半導体素子に過渡的に電流が集中することを利用してスイッチングタイミングのずれを補正するため、並列接続数を3並列、4並列と多くすればするほど、回路構成および電力変換装置の構成が複雑かつ大型化するという問題点があった。
In the power semiconductor element drive circuit disclosed in
また、特許文献2に開示された電力用半導体素子の駆動回路では、ターンオフ指令信号入力時点近傍で検出した電流検出値と、ターンオフ指令信号が入力されている期間に検出した電流最大値との差が、比較器の参照値Seより大きければSRFFがHi信号を出力し、SRFFがHi信号を出力すると、可変遅延回路が機能してターンオフ動作するまでの時間を短縮するものである。並列接続された複数個の電力用半導体素子間でターンオフ動作のタイミングがずれた場合、遅れてターンオフ動作する電力用半導体素子に過渡的に電流が集中し、減算器の出力信号がコンパレータの設定値Seより大きくなり、コンパレータが出力するHi信号を受けたSRFFはHi信号を出力する。SRFFのリセット信号は指令信号Sのオン指令で行われるために、n回目のターンオフ動作時におけるタイミングずれを同じn回目のターンオフ動作時に補正しなければならない。しかしながら、比較器がHi信号を出す時点では既にタイミングがずれているために、SRFFが機能したところで、実際にはターンオフ動作のタイミングを早めるのは不可能であった。また、ターンオン動作時のタイミングずれ補正ができないという問題点があった。
Further, in the power semiconductor element driving circuit disclosed in
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、複数個の電力用半導体素子を並列に接続した場合でもスイッチングタイミングのずれが容易に補正できる電力用半導体素子の駆動回路を得ることを目的とし、さらにかかる電力用半導体素子の駆動回路により駆動される電力用半導体素子を複数個並列接続して構成される電力変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. Driving a power semiconductor element capable of easily correcting a deviation in switching timing even when a plurality of power semiconductor elements are connected in parallel. An object of the present invention is to provide a power conversion device that is configured by connecting a plurality of power semiconductor elements driven by a drive circuit for such a power semiconductor element in parallel.
この発明に係る電力用半導体素子の駆動回路は、ゲート端子、エミッタ端子およびコレクタ端子を具備する電力用半導体素子の駆動回路であって、上記電力用半導体素子を流れる電流を検出する電流検知手段と、上記ゲート端子に駆動指令を出力する駆動指令発生手段と、上記駆動指令発生手段からの出力信号に基づき電流検出期間設定信号を出力する電流検出期間設定手段と、上記電流検出期間設定信号によってそれぞれ異なるタイミングで取り込まれた上記電流検知手段からの複数の出力信号に基づきターンオフまたはターンオン動作のタイミングの補正の要否を判定するタイミング補正要否判定手段と、上記タイミング補正要否判定手段の出力を保持するラッチ手段と、上記ラッチ手段によって保持された信号に基づきターンオフまたはターンオン動作のタイミングの補正量を決定する遅延時間決定手段と、上記遅延時間決定手段によって選択された遅延時間に基づき生成された信号を上記ゲート端子へと出力する遅延時間生成手段と、を備える。
また、この発明に係る電力用半導体素子の駆動回路は、ゲート端子、エミッタ端子およびコレクタ端子を具備する電力用半導体素子の駆動回路であって、上記ゲート端子に駆動指令を出力する駆動指令発生手段と、上記駆動指令発生手段からの出力信号に基づきゲート電圧検出期間設定信号を出力するゲート電圧検出期間設定手段と、上記ゲート電圧検出期間設定信号によってそれぞれ異なるタイミングで取り込まれた上記ゲート端子からの複数のゲート電圧に基づきターンオフまたはターンオン動作のタイミングの補正の要否を判定するタイミング補正要否判定手段と、上記タイミング補正要否判定手段の出力を保持するラッチ手段と、上記ラッチ手段によって保持された信号に基づきターンオフまたはターンオン動作のタイミングの補正量を決定する遅延時間決定手段と、を備える。
A power semiconductor element drive circuit according to the present invention is a power semiconductor element drive circuit comprising a gate terminal, an emitter terminal, and a collector terminal, and a current detection means for detecting a current flowing through the power semiconductor element; Drive command generation means for outputting a drive command to the gate terminal, current detection period setting means for outputting a current detection period setting signal based on an output signal from the drive command generation means, and the current detection period setting signal, respectively. Based on a plurality of output signals from the current detection means fetched at different timings, the timing correction necessity judgment means for judging whether or not to correct the timing of the turn-off or turn-on operation, and the output of the timing correction necessity judgment means are output. A latch means for holding, and a turn-off or turn-on based on a signal held by the latch means. Comprising a delay time determining means for determining a correction amount of the timing of turn-on operation, the delay time generating means for outputting the generated signal based on the delay time selected by the delay time determination means and to said gate terminal.
The power semiconductor element drive circuit according to the present invention is a power semiconductor element drive circuit comprising a gate terminal, an emitter terminal, and a collector terminal, and outputs a drive command to the gate terminal. And a gate voltage detection period setting means for outputting a gate voltage detection period setting signal based on an output signal from the drive command generation means, and from the gate terminal fetched at different timings by the gate voltage detection period setting signal. Timing correction necessity determination means for determining whether or not to correct the timing of turn-off or turn-on operation based on a plurality of gate voltages, latch means for holding the output of the timing correction necessity determination means, and held by the latch means Correction of turn-off or turn-on operation timing based on the received signal And a delay time determining means for determining a.
この発明に係る電力用半導体素子の駆動回路は、上記の構成を具備しているので、複数個の電力用半導体素子を並列に接続した場合でも、他の電力半導体素子の動作状態を参照せずに、スイッチングタイミングのずれを電力用半導体素子の駆動回路毎に容易に補正し、かつタイミングずれ量が僅少の状態を保持しつづけることが可能となる。また、電力用半導体素子の駆動回路を小型化できる。 Since the drive circuit for the power semiconductor element according to the present invention has the above-described configuration, even when a plurality of power semiconductor elements are connected in parallel, the operation state of other power semiconductor elements is not referred to. In addition, it is possible to easily correct the deviation of the switching timing for each drive circuit of the power semiconductor element and keep the state where the amount of timing deviation is small. Further, the drive circuit for the power semiconductor element can be reduced in size.
実施の形態1.
図1は実施の形態1に係る電力用半導体素子の駆動回路の主要部を示した図である。電力用半導体素子(以下、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を例に説明する。)26に還流ダイオード27が逆並列に接続され、また、ゲート端子にはゲート抵抗25が接続され、電力用半導体素子26を流れる電流を検出する電流センサ(電流検知手段)28が設けられている。電力用半導体素子26は、遅延時間taを生成するための遅延回路44、駆動パルス成形回路1、ゲートアンプ45を介した駆動指令発生回路(駆動指令発生手段)20からの出力によって駆動される。
FIG. 1 is a diagram showing a main part of a drive circuit for a power semiconductor device according to the first embodiment. A power semiconductor element (hereinafter, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) will be described as an example) 26 is connected to a
第一のタイミング補正要否判定回路(タイミング補正要否判定手段)2は、2つの電流検出信号保持回路(電流検出信号保持手段)6a、6b、差動増幅器7、3つの比較器8a、8b、8c、3つの比較器それぞれの参照電圧9a、9b、9c、により構成されている。電流検出信号保持回路6aは、電流検出期間設定回路(電流検出期間設定手段)29からの信号S1aを受けてターンオフ指令時近傍における一定期間において電流センサ28からの信号を取り込み、駆動指令発生回路20のオン指令と同期して出力される電流検出期間設定回路29からのリセット信号R1が入力されるまで信号を保持する。また、電流検出信号保持回路6bは、電流検出期間設定回路29からの信号S1bを受け、S1aと同じタイミングからS1aより長い一定期間において電流センサ28からの信号を取り込み、駆動指令発生回路20のオン指令と同期して出力される電流検出期間設定回路29からのリセット信号R1が入力されるまで信号を保持する。なお、取り込まれる信号としては,例えば上記一定期間内での電流ピーク値が挙げられる。
The first timing correction necessity determination circuit (timing correction necessity determination means) 2 includes two current detection signal holding circuits (current detection signal holding means) 6a and 6b, a differential amplifier 7, and three comparators 8a and 8b. , 8c, and
電流検出信号保持回路6a、6bに保持された電圧信号は差動増幅器(差分演算手段)7に入力される。差動増幅器7は、電流検出信号保持回路6a、6bに保持された電圧信号をそれぞれV6a、V6b、差動増幅器7のゲインをG1(>0)としたとき、Vout1=G1(V6b−V6a)を出力するものとする。差動増幅器7の出力信号Vout1は、3つの比較器(比較手段)8a、8b、8cの非反転入力端子に入力される。また、比較器8a、8b、8cの反転入力端子に入力される参照電圧9a、9b、9cをそれぞれV9a、V9b、V9c(V9a<V9b<V9c)に設定しておく。
The voltage signals held in the current detection
並列接続された他の電力用半導体素子の駆動回路に対して先にオフする、あるいは、オフタイミングのずれが無い、またはオフタイミングの遅れが極めて小さくVout1<V9a<V9b<V9cの場合は、比較器8a、8b、8cはいずれもLo信号を出力する。オフタイミングの遅れがある程度大きくなり、V9a<Vout1<V9b<V9cとなる場合は、比較器8aはHi信号を比較器8b、8cはともにLo信号を出力する。また、V9a<V9b<Vout1<V9cの場合は、比較器8a、8bはHi信号を、比較器8cはLo信号を、それぞれ出力する。また、V9a<V9b<V9c<Vout1の場合は、比較器8a、8b、8cはいずれもHi信号を出力する。
When the drive circuit of other power semiconductor elements connected in parallel is turned off first, or there is no deviation of the off timing or the delay of the off timing is very small, Vout1 <V9a <V9b <V9c The
第一のタイミングずれ調整回路(タイミングずれ調整手段)3はラッチ回路(ラッチ手段)10a、10b、10c、遅延時間決定回路(遅延時間決定手段)11、遅延回路(遅延時間生成手段)12a、12b、12cで構成されている。ラッチ回路10a、10b、10cはそれぞれ比較器8a、8b、8cの出力信号をラッチして遅延時間決定回路11の制御端子11A、11B、11Cにそれぞれ入力させる。遅延回路12a、12b、12cはそれぞれ駆動指令発生回路20と遅延時間決定回路11の選択端子11D0、11D1、11D3間に設けられ、それぞれの遅延時間をta1、tb1、tc1(tc1<tb1<ta1=ta)となるように設定しておく。また、遅延時間決定回路11の選択端子11D7には駆動指令発生回路20が直接接続される。遅延時間決定回路11は制御端子11A、11B、11Cの信号に応じて選択端子11D0、11D1、11D3、11D7から適切な回路を選択して出力端子11Yより信号を出力する。
The first timing deviation adjusting circuit (timing deviation adjusting means) 3 includes latch circuits (latch means) 10a, 10b, 10c, delay time determining circuit (delay time determining means) 11, delay circuits (delay time generating means) 12a, 12b. , 12c. The
図2に、実施の形態1に係る電力用半導体素子の駆動回路における遅延時間決定回路11の入出力の関係を示す。第一のタイミング補正要否判定回路2の差動増幅器7の出力信号Vout1と比較器8a、8b、8cの参照電圧V9a、V9b、V9cの大小関係に応じて、遅延時間決定回路11の出力信号11Yは異なる。Vout1<V9a<V9b<V9cの場合は選択端子11D0が、V9a<Vout1<V9b<V9cの場合は選択端子11D1が、V9a<V9b<Vout1<V9cの場合は選択端子11D3が、V9a<V9b<V9c<Vout1の場合は選択端子11D7が、それぞれ遅延時間決定回路11により選択されて、出力端子11Yより信号が出力される。
FIG. 2 shows the input / output relationship of the delay
実施の形態1に係る電力用半導体素子の駆動回路におけるオフタイミングずれに関する補正タイムチャートを図3に示す。ここでは、並列接続された複数個の電力用半導体素子の駆動回路の中で、ターンオフタイミングの遅れた電力用半導体素子の駆動回路のn回目および(n+1)回目のスイッチング動作時における動作ロジックを示している。n回目のターンオフ動作時において、差動増幅器7の出力信号Vout1と比較器8a、8b、8cの参照電圧V9a、V9b、V9cがV9a<V9b<Vout1<V9cとなり、比較器8aおよび8bからHi信号が出力され、比較器8cからはLo信号が出力される。遅延時間決定回路11の制御端子11A、11BがともにHi信号でラッチされ、遅延時間決定回路11の制御端子11CはLo信号の状態を保持する。この結果、遅延時間決定回路11は11D3を選択し、(n+1)回目のターンオフタイミングを早めることになる。(n+1)回目のターンオフ動作時においてVout1<V9a<V9b<V9cとなると、比較器8a、8b、8cの出力信号はいずれもLoとなるが、比較器8a、8bの出力信号はラッチ回路10a、10bに接続されているので、遅延時間決定回路11の制御端子11A、11BはともにHi状態を維持するため、遅延時間決定回路11は11D3を選択した状態が保持される。
FIG. 3 shows a correction time chart regarding the off-timing deviation in the drive circuit for the power semiconductor element according to the first embodiment. Here, the operation logic at the time of the n-th and (n + 1) -th switching operations of the power semiconductor element drive circuit delayed in turn-off timing among the plurality of power semiconductor element drive circuits connected in parallel is shown. ing. At the n-th turn-off operation, the output signal Vout1 of the differential amplifier 7 and the reference voltages V9a, V9b, V9c of the
第二のタイミング補正要否判定回路4は2つの電流検出信号保持回路13a、13bと差動増幅器14と3つの比較器15a、15b、15c、3つの比較器それぞれの参照電圧16a、16b、16cにより構成されている。電流検出信号保持回路13aは、電流検出期間設定回路29からの信号S2aを受けてターンオン指令後における一定期間において電流センサ28からの信号を取り込み、駆動指令発生回路20のオフ指令と同期して出力される電流検出期間設定回路からのリセット信号R2が入力されるまで信号を保持する。また、電流検出信号保持回路13bは、電流検出期間設定回路29からの信号S2bを受けてS2aと同じタイミングからS2aより長い一定期間において電流センサ28からの信号を取り込み、駆動指令発生回路20のオフ指令と同期して出力される電流検出期間設定回路29からのリセット信号R2が入力されるまで信号を保持する。なお、取り込まれる信号としては,例えば上記一定期間内での電流ピーク値が挙げられる。
The second timing correction
電流検出信号保持回路13a、13bに保持された電圧信号は差動増幅器14に入力される。電流検出信号保持回路13a、13bに保持された電圧信号をそれぞれV13a、V13b、差動増幅器のゲインをG2(>0)とすると、差動増幅器14からはVout2=G2(V13b−V13a)が出力される。差動増幅器14からの出力信号Vout2は3つの比較器15a、15b、15cの非反転入力端子に入力される。また、比較器15a、15b、15cの反転入力端子に入力される参照電圧16a、16b、16cをそれぞれV16a、V16b、V16c(V16a<V16b<V16c)と設定しておく。
The voltage signals held in the current detection
並列接続された他の電力用半導体素子の駆動回路より先にオンする、あるいは、オンタイミングのずれがない、またはオンタイミングの遅れが極めて小さくVout2<V16a<V16b<V16cである場合は、比較器15a、15b、15cはいずれもLo信号を出力する。オンタイミングの遅れがある程度大きくなり、V16a<Vout2<V16b<V16cとなる場合は、比較器15aはHi信号を比較器15b、15cはともにLo信号を出力する。また、V16a<V16b<Vout2<V16cの場合は、比較器15a、15bはHi信号を、比較器15cはLo信号を出力する。また、V16a<V16b<V16c<Vout2となると、比較器15a、15b、15cはいずれもHi信号を出力する。
The comparator is turned on before the drive circuit of other power semiconductor elements connected in parallel, or there is no deviation of the on timing, or the delay of the on timing is very small and Vout2 <V16a <V16b <V16c. 15a, 15b, and 15c all output Lo signals. When the on-timing delay becomes large to some extent and V16a <Vout2 <V16b <V16c, the comparator 15a outputs the Hi signal and both the
第二のタイミングずれ調整回路5はラッチ回路17a、17b、17c、遅延時間決定回路18、遅延回路19a、19b、19cで構成されている。ラッチ回路17a、17b、17cはそれぞれ比較器15a、15b、15cの出力信号をラッチして遅延時間決定回路18の制御端子18A、18B、18Cにそれぞれ入力される。遅延回路19a、19b、19cはそれぞれ駆動指令発生回路20と遅延時間決定回路18の選択端子18D0、18D1、18D3間に設け、それぞれの遅延時間をta2、tb2、tc2(tc2<tb2<ta2=ta1=ta)となるように設定する。また、遅延時間決定回路18の選択端子18D7には駆動指令発生回路20が直接接続される。遅延時間決定回路18は制御端子18A、18B、18Cの信号に応じて選択端子18D0、18D1、18D3、18D7から適切な回路を選択して出力端子18Yより信号を出力する。
The second timing deviation adjusting circuit 5 is composed of
実施の形態1に係る電力用半導体素子の駆動回路におけるオンタイミングずれに関する補正タイムチャートを図4に示す。ここでは、並列接続された複数個の電力用半導体素子の駆動回路の中で、ターンオンタイミングの遅れた電力用半導体素子の駆動回路のn回目および(n+1)回目のスイッチング動作時における動作ロジックを示している。n回目のターンオン動作時において、差動増幅器14の出力信号Vout2と参照電圧V16a、V16b、V16cがV16a<V16b<Vout2<V16cとなり、比較器15aおよび15bからHi信号が出力され、遅延時間決定回路18の制御端子18A、18BがともにHi信号でラッチされる。その結果、遅延時間決定回路18は18D3を選択し、(n+1)回目のターンオンタイミングを早めることになる。(n+1)回目のターンオン動作時においてVout2<V16a<V16b<V16cとなると、比較器15a、15bの出力信号はLoとなるが、比較器15a、15bの出力信号はそれぞれラッチ回路17a、17bに接続されているために、遅延時間決定回路18の制御端子18A、18BはともにHi状態を維持し、遅延時間決定回路18は18D3を選択した状態が保持される。
FIG. 4 shows a correction time chart regarding the on-timing deviation in the drive circuit for the power semiconductor element according to the first embodiment. Here, the operation logic at the time of the n-th and (n + 1) -th switching operations of the power semiconductor element drive circuit delayed in turn-on timing among the plurality of power semiconductor element drive circuits connected in parallel is shown. ing. At the n-th turn-on operation, the output signal Vout2 of the
駆動パルス成形回路(駆動パルス成形手段)1は、AND回路21、OR回路22、EXOR回路23、24で構成されている。駆動パルス成形回路1の論理を図5に示す。AND回路21は第一のタイミングずれ調整回路3における遅延時間決定回路11の出力信号11Yと駆動指令発生回路20から遅延回路44を介して出力される信号とのAND演算を行い、AND回路21の出力信号はターンオフタイミングずれに対する補正信号を出力する。EXOR回路23はAND回路21の出力信号と遅延回路44の出力信号とのEXOR演算を行い、ターンオフタイミングの補正幅のみを抽出した信号を出力する。OR回路22は第二のタイミングずれ調整回路5における遅延時間決定回路18の出力信号18Yと駆動指令発生回路20から遅延回路44を介して出力される信号とのOR演算を行い、ターンオンタイミングずれに対する補正信号を出力する。また、EXOR回路24はEXOR23の出力信号とOR回路22のEXOR演算を行い、ターンオン動作時およびターンオフ動作時双方のタイミングずれを補正した信号を出力する。EXOR回路24の出力信号はゲートアンプ45、ゲート抵抗25を介して、電力用半導体素子26のゲート端子に入力される。
The drive pulse shaping circuit (drive pulse shaping means) 1 includes an AND
上述の構成によれば、ターンオン動作時およびターンオフ動作時それぞれにおいて、並列接続されている他の電力用半導体素子の駆動回路とのタイミングずれ量に応じて、遅延時間決定回路11、18が制御信号の最適なパルス幅を選択することができ、また、ラッチ回路10、17を備えているために、タイミングずれ量が僅少の状態を保持しつづけることが可能となる。しかも、かかる動作は他の電力用半導体素子の駆動回路の動作を何ら参照すること無く、各電力用半導体素子の駆動回路毎に行われるので、複数個の電力用半導体素子を並列に多数接続した場合でも、スイッチングタイミングのずれを各電力用半導体素子の駆動回路毎に容易に補正できる。また、各電力用半導体素子の駆動回路間の配線を従来より低減できる結果、電力用半導体素子の駆動回路自体や電力変換装置を小型化できる。
According to the above-described configuration, the delay
本実施の形態では、ターンオフ動作時およびターンオン動作時の両方に対するタイミング補正手段を備えた場合を一例として説明しているが、いずれか一方のタイミング補正のみを実施する場合には、以下に記す構成とすればよい。ターンオフタイミングに対する補正のみを実施する場合、第一のタイミング補正要否判定回路2、第一のタイミングずれ調整回路3を用い、駆動パルス成形回路1はAND回路21のみで構成すればよく、また、ターンオンタイミングに対する補正のみを実施する場合、第二のタイミング補正要否判定回路4、第二のタイミングずれ調整回路5を用い、駆動パルス成形回路1はOR回路22のみで構成すればよい。因みに、いずれか一方のタイミング補正にのみ対応する構成は、以下に記載するすべての実施の形態に対しても同様に適用可能である。
In the present embodiment, the case where the timing correction means for both the turn-off operation and the turn-on operation is provided is described as an example. However, when only one of the timing corrections is performed, the configuration described below And it is sufficient. When only the correction with respect to the turn-off timing is performed, the first timing correction
なお、第一のタイミング補正要否判定回路2および第二のタイミング補正要否判定回路4の構成要素である差動増幅器7および14の出力はいずれも3個の比較器の非反転入力端子と接続されているが、比較器の数は3個に限定されるものではなく、1個あるいは2個でも良いし、4個以上であっても良い。なお、かかる構成は以下に記載する実施の形態2〜11に対しても同様に適用可能である。
Note that the outputs of the
また、S1b、S2bはそれぞれS1a、S2aと同一のタイミングから電流センサ28からの信号の取り込みを開始しているが、それぞれS1a、S2aからの信号取り込み終了後の一定期間において電流センサ28からの信号を取り込んでも良い。
Further, S1b and S2b start capturing signals from the
上述の電力用半導体素子の駆動回路により駆動される電力用半導体素子を複数個並列接続したパワーユニット103aを1相分とし、パワーユニット103aと内部構成を一にするパワーユニット103b、103cとにより構成した三相インバータと、負荷モータ101とを示したのが図6である。かかる電力用半導体素子の駆動回路により駆動される電力用半導体素子を複数個並列接続した電力変換装置を用いると、並列接続された電力用半導体素子間の電流アンバランス、損失のアンバランスが改善でき、電力変換装置を効率よく駆動することができる。しかも、電力変換装置全体の小型化が図れる。
The
実施例1.
実施の形態1に係る電力用半導体素子の駆動回路を実際に動作させた試験結果を図7に示す。2並列接続した電力用半導体素子の一方のスイッチングタイミング(ターンオフタイミングのみ)を160ns遅らせてスイッチング動作を行った際の電力用半導体素子に流れる電流波形を示したものである。横軸は時間で100μs/div、縦軸は電流で200A/divで示している。1回目のターンオフ動作では一方の電力用半導体素子の駆動回路はスイッチングタイミングが遅れている。続く2回目のターンオフ動作時においてはタイミングずれが補正されている。さらに、3回目のターンオフ動作では、スイッチングタイミングのずれを補正した状態が維持されている。
Example 1.
FIG. 7 shows a test result obtained by actually operating the drive circuit for the power semiconductor element according to the first embodiment. 2 shows a waveform of a current flowing through the power semiconductor element when a switching operation is performed by delaying one switching timing (only the turn-off timing) of the power semiconductor elements connected in parallel by 160 ns. The horizontal axis is 100 μs / div in time and the vertical axis is 200 A / div in current. In the first turn-off operation, the driving circuit of one power semiconductor element is delayed in switching timing. In the subsequent second turn-off operation, the timing deviation is corrected. Further, in the third turn-off operation, the state in which the deviation of the switching timing is corrected is maintained.
実施の形態1に係る電力用半導体素子の駆動回路では、ラッチ回路10、17を備えているため一度タイミング補正が必要だと判定すると駆動回路自体の電源をオフしない限り補正量を保持することが可能である。よって、上述したように、3回目のターンオフ動作についてもスイッチングタイミングのずれを補正した状態が維持され、タイミングずれ量が僅少の状態を保持し続けることが可能となるのである。なお、図7はターンオフタイミングに対する補正の試験結果を示したものであるが、ターンオンタイミングのずれに対しても同様に補正可能である。
Since the power semiconductor element drive circuit according to the first embodiment includes the
実施の形態2.
実施の形態2に係る電力用半導体素子の駆動回路の主要部を図8に示す。実施の形態1では、ターンオン動作時におけるスイッチングタイミングのずれを、並列接続された他の電力用半導体素子の駆動回路と比較して遅れてオンした際に、次回のターンオン動作タイミングを早めることでタイミングずれを補正する方法について示した。しかし、並列接続された他の電力用半導体素子の駆動回路と比較して先にオンした際に、次のターンオン動作タイミングを遅らせることでタイミングずれを補正する方法を用いても良い。
The main part of the drive circuit for the power semiconductor device according to the second embodiment is shown in FIG. In the first embodiment, when the switching timing shift at the time of the turn-on operation is turned on later than the other power semiconductor element drive circuits connected in parallel, the timing is increased by advancing the next turn-on operation timing. A method for correcting the deviation was shown. However, a method may be used in which the timing deviation is corrected by delaying the next turn-on operation timing when it is first turned on compared to the drive circuits for other power semiconductor elements connected in parallel.
実施の形態1の場合と比較すると第二のタイミング補正要否判定回路4と第二のタイミングずれ調整回路5および駆動パルス成形回路1の構成および電流検出期間設定回路29から出力される信号S2bの動作タイミングが異なる。第二のタイミング補正要否判定回路4における比較器15a、15b、15cの出力がそれぞれAND回路(AND手段)43a、43b、43cを介して、第二のタイミングずれ調整回路5におけるラッチ回路17a、17b、17cに入力される。AND回路43a、43b、43cの一方の入力端子には電流検出期間設定回路29からの信号S2bが入力される。かかる信号S2bはS2aからの信号取り込み終了後の一定期間、Hi信号を出力する。電流検出期間保持回路13a、13bの動作は、実施の形態1と同様である。差動増幅器14は、電流検出信号保持回路13a、13bに保持された電圧信号をそれぞれV13a、V13b、差動増幅器のゲインをG2(>0)としたとき、Vout2=G2(V13a−V13b)が出力されるものとする。比較器15a、15b、15cの反転入力端子に入力される参照電圧は実施の形態1と同様にV16a<V16b<V16cと設定する。AND回路43a、43b、43cが存在するために、比較器15a、15b、15cからはS2b信号入力期間中のみラッチ回路17a、17b、17cに出力される。
Compared to the case of the first embodiment, the second timing correction
並列接続された他の電力用半導体素子の駆動回路より遅れてオンする、あるいは、オンタイミングのずれがない、またはオンタイミングの進みが極めて小さくVout2<V16a<V16b<V16cの場合は、AND回路43a、43b、43cはいずれもLo信号を出力する。オンタイミングの進みがある程度大きくなり、V16a<Vout2<V16b<V16cの場合は、AND回路43aはHi信号をAND回路43b、43cはともにLo信号を出力する。また、V16a<V16b<Vout2<V16cの場合は、AND回路43a、43bはHi信号を、AND回路43cはLo信号を出力する。また、V16a<V16b<V16c<Vout2となると、AND回路43a、43b、43cはいずれもHi信号を出力する。
When the output circuit is turned on later than the drive circuit of the other power semiconductor elements connected in parallel, or there is no deviation of the on timing, or the advance of the on timing is very small, VAND2 <V16a <V16b <V16c, the AND
第二のタイミングずれ調整回路5については、その構成要素は実施の形態1と同様であるが、遅延時間がそれぞれta2、tb2、tc2、td2(ta=ta1=ta2<tb2<tc2<td2)で表される遅延回路19a、19b2、19c、19dがそれぞれ遅延時間決定回路18の選択端子18D0、18D1、18D3、18D7に接続されている。遅延時間決定回路18の制御端子18A、18B、18Cの信号に応じて選択端子18D0、18D1、18D3、18D7から適切な回路が選択され、出力端子18Yより信号が出力される。
The components of the second timing shift adjustment circuit 5 are the same as those in the first embodiment, but the delay times are ta2, tb2, tc2, and td2 (ta = ta1 = ta2 <tb2 <tc2 <td2), respectively. The
また、駆動パルス成形回路1は、AND回路30、31、32で構成され、ターンオン動作時およびターンオフ動作時双方のタイミングずれを補正した信号を出力する。AND回路32の出力信号はゲートアンプ45、ゲート抵抗25を介して、電力用半導体素子26のゲート端子に入力される。
The drive
実施の形態2に係る電力用半導体素子の駆動回路におけるオンタイミングずれに関する補正タイムチャートを図9に示す。ここでは、並列接続された複数個の電力用半導体素子の駆動回路の中で、ターンオンタイミングの早い電力用半導体素子の駆動回路のn回目および(n+1)回目のスイッチング動作時における動作ロジックを示している。n回目のターンオン動作時において、差動増幅器14の出力信号Vout2と比較器15の参照電圧16a、16b、16cがV16a<V16b<Vout2<V16cとなり、比較器15aおよび15bからHi信号が出力され、遅延時間決定回路18の制御端子18A、18BがともにHi信号でラッチされる。その結果、遅延時間決定回路18は18D3を選択し、(n+1)回目のターンオンタイミングを遅らせることになる。(n+1)回目のターンオン動作時において、Vout2<V16a<V16b<V16cとなると比較器15a、15bの出力信号がLoとなるが、比較器15a、15bの出力信号はAND回路43a、43b、43cを介してそれぞれラッチ回路17a、17bに接続されているために、遅延時間決定回路18の制御端子18A、18BがともにHi信号の状態、すなわち、遅延時間決定回路18は18D3を選択した状態が保持される。このような構成とすることで、n回目のスイッチング動作におけるターンタイミングのずれを(n+1)回目のターンオンタイミングを遅らせることでそのずれを補正することができる。
FIG. 9 shows a correction time chart related to the on-timing deviation in the drive circuit for the power semiconductor element according to the second embodiment. Here, the operation logic at the time of the n-th and (n + 1) -th switching operations of the power semiconductor element drive circuit having a fast turn-on timing among a plurality of power semiconductor element drive circuits connected in parallel is shown. Yes. At the n-th turn-on operation, the output signal Vout2 of the
上述の構成によれば、ターンオン動作時およびターンオフ動作時それぞれにおいて、並列接続されている他の電力用半導体素子の駆動回路とのタイミングずれ量に応じて遅延時間決定回路11、18が制御信号の最適なパルス幅を選択することができ、また、ラッチ回路10、17を備えているために、タイミングずれ量が僅少の状態を保持し続けることが可能となる。また、各電力用半導体素子の駆動回路間の配線を従来より低減できるため、電力用半導体素子の駆動回路自体や電力変換装置を小型化できる。
According to the above-described configuration, the delay
実施の形態3.
実施の形態3に係る電力用半導体素子の駆動回路の主要部を図10に示す。図1における第一のタイミングずれ調整回路3および第二のタイミングずれ調整回路5は図10に示すような構成であっても良い。すなわち、第一のタイミングずれ調整回路3はラッチ回路10a、10b、10cと抵抗34、35a、35b、35c、スイッチ33a、33b、33cで構成され、抵抗35a、35b、35cをスイッチ33a、33b、33cを介してゲート抵抗34と並列接続している。スイッチ33a、33b、33cはいずれもHi信号入力時にオンするように制御される。また、39、40は電力用半導体素子26を駆動するための半導体スイッチである。
The main part of the drive circuit for the power semiconductor device according to the third embodiment is shown in FIG. The first timing
かかる駆動回路構成を採用したため、Vout1<V9a<V9b<V9cの場合は、オフゲート抵抗は抵抗34のみであり、V9a<Vout1<V9b<V9cの場合は、スイッチ33aがオンし、オフゲート抵抗は抵抗34と抵抗35aが並列接続された合成抵抗となる。さらに、V9a<V9b<Vout1<V9cのときはスイッチ33a、33bがオンし、オフゲート抵抗は抵抗34と抵抗35a、35bが並列接続された合成抵抗となり、V9a<V9b<V9c<Vout1の場合は、スイッチ33a、33b、33cがオンし、オフゲート抵抗は抵抗34と抵抗35a、35b、35cが並列接続された合成抵抗となる。このようにターンオフタイミングずれ幅の増大に対してゲート抵抗を小さくすることができる。
Since such a drive circuit configuration is adopted, when Vout1 <V9a <V9b <V9c, the off-gate resistance is only the
実施の形態3に係る電力用半導体素子の駆動回路におけるオフタイミングずれに関する補正タイムチャートを図11に示す。ここでは、並列接続された複数個の電力用半導体素子の駆動回路の中で、ターンオフタイミングの遅れた電力用半導体素子の駆動回路のn回目および(n+1)回目のスイッチング動作時における動作ロジックを示している。n回目のターンオフ動作時において、差動増幅器7の出力信号Vout1と比較器8a、8b、8cの参照電圧V9a、V9b、V9cがV9a<V9b<Vout1<V9cとなり、比較器8aおよび8bからHi信号が出力され、比較器8cからはLo信号が出力され、スイッチ33a、33bがオンする。オフゲート抵抗が抵抗34と抵抗35a、35bの合成抵抗となり、(n+1)回目のターンオフ速度を速めることになる。(n+1)回目のターンオフ動作時において、Vout1<V9a<V9b<V9cとなると比較器8a、8b、8cの出力がいずれもLo信号となるが、比較器8a、8bの出力信号はラッチ回路10a、10bに接続されているためにスイッチ33a、33bはオンした状態を維持するので、ターンオフ速度が速い状態が保持される。
FIG. 11 shows a correction time chart regarding the off-timing deviation in the drive circuit for the power semiconductor element according to the third embodiment. Here, the operation logic at the time of the n-th and (n + 1) -th switching operations of the power semiconductor element drive circuit delayed in turn-off timing among the plurality of power semiconductor element drive circuits connected in parallel is shown. ing. At the n-th turn-off operation, the output signal Vout1 of the differential amplifier 7 and the reference voltages V9a, V9b, V9c of the
第二のタイミングずれ調整回路5はラッチ回路17a、17b、17cと抵抗37、38a、38b、38c、スイッチ36a、36b、36cで構成され、抵抗38a、38b、38cをスイッチ36a、36b、36cを介してゲート抵抗37と並列接続している。スイッチ36a、36b、36cはそれぞれラッチ回路17a、17b、17cの出力信号がHi信号時にオンするように制御される。動作は第一のタイミングずれ調整回路3と同様で、ターンオンタイミングずれ幅が大きくなるとゲート抵抗を小さくするように制御する。
The second timing shift adjustment circuit 5 is composed of
実施の形態3に係る電力用半導体素子の駆動回路におけるオンタイミングずれに関する補正タイムチャートを図12に示す。ここでは、並列接続された複数個の電力用半導体素子の駆動回路の中で、ターンオンタイミングの遅れた電力用半導体素子の駆動回路のn回目および(n+1)回目のスイッチング動作時における動作ロジックを示している。n回目のターンオン動作時において、差動増幅器14の出力信号Vout2と参照電圧V16a、V16b、V16cがV16a<V16b<Vout2<V16cとなり、比較器15aおよび15bからHi信号が出力され、比較器15cからはLo信号が出力され、スイッチ36a、36bがオンする。オンゲート抵抗が抵抗37と抵抗38a、38bの合成抵抗となり、(n+1)回目のターンオン速度を速めることになる。(n+1)回目のターンオン動作時において、Vout2<V16a<V16b<V16cとなると比較器15a、15bの出力信号はLoとなるが、比較器15a、15bの出力信号はそれぞれラッチ回路17a、17bに接続されているためターンオン速度が速い状態が保持される。
FIG. 12 shows a correction time chart regarding the on-timing deviation in the drive circuit for the power semiconductor element according to the third embodiment. Here, the operation logic at the time of the n-th and (n + 1) -th switching operations of the power semiconductor element drive circuit delayed in turn-on timing among the plurality of power semiconductor element drive circuits connected in parallel is shown. ing. At the n-th turn-on operation, the output signal Vout2 of the
なお、S1b、S2bはそれぞれS1a、S2aと同一のタイミングから電流センサ28からの信号の取り込みを開始しているが、それぞれS1a、S2aからの信号取り込み終了後の一定期間において電流センサ28からの信号を取り込んでも良い。
Note that S1b and S2b start capturing signals from the
上述の構成によれば、ターンオン動作時およびターンオフ動作時それぞれにおいて、並列接続されている他の電力用半導体素子の駆動回路とのタイミングずれ量に応じてゲート抵抗を選択することができ、また、ラッチ回路10、17を備えているために、タイミングずれ量が僅少の状態を保持しつづけることが可能となる。さらに、実施の形態1、2における遅延時間決定回路11、18および駆動パルス成形回路1が不要となるために回路構成をコンパクトにすることも可能となる。
According to the above-described configuration, the gate resistance can be selected according to the amount of timing deviation from the drive circuit of the other power semiconductor elements connected in parallel in each of the turn-on operation and the turn-off operation. Since the
実施の形態4.
実施の形態4に係る電力用半導体素子の駆動回路の主要部を図13に示す。図10における第二のタイミングずれ調整回路5は図13に示すような構成であっても良い。実施の形態2と同様に、オンタイミングに関する補正方法を、n回目のターンオン動作時において、並列接続された他の電力用半導体素子の駆動回路と比較して先にオンした際に、(n+1)回目のターンオン動作を遅らせることによりオンタイミングのずれを補正するものである。図10で示した電力用半導体素子の駆動回路と比較すると、第二のタイミング補正要否判定回路4と第二のタイミングずれ調整回路5の構成が異なる。なお、第二のタイミング補正要否判定回路4の構成および動作については実施の形態2と同様である。第二のタイミングずれ調整回路5については、ラッチ回路17a、17b、17cの出力信号はそれぞれNOT回路41a、41b、41cを介してスイッチ36a、36b、36cと接続されている。かかる構成とすることで、オンタイミングずれが大きいほどオンゲート抵抗を大きくし、オンタイミングずれの補正を行うことができる。
The main part of the drive circuit for the power semiconductor device according to the fourth embodiment is shown in FIG. The second timing deviation adjusting circuit 5 in FIG. 10 may have a configuration as shown in FIG. Similarly to the second embodiment, when the on timing correction method is turned on first in comparison with the drive circuit of another power semiconductor element connected in parallel during the n-th turn-on operation, (n + 1) The shift of the on timing is corrected by delaying the turn-on operation of the second time. Compared with the drive circuit for the power semiconductor element shown in FIG. 10, the configurations of the second timing correction
実施の形態4に係る電力用半導体素子の駆動回路におけるオフタイミングずれに関する補正タイムチャートを図14に、オンタイミングずれに関する補正タイムチャートを図15にそれぞれ示す。 FIG. 14 shows a correction time chart regarding off-timing deviation in the drive circuit for the power semiconductor element according to the fourth embodiment, and FIG. 15 shows a correction time chart concerning on-timing deviation.
上述の構成によれば、ターンオン動作時およびターンオフ動作時それぞれにおいて、並列接続されている他の電力用半導体素子の駆動回路とのタイミングずれ量に応じてゲート抵抗を選択することができ、また、ラッチ回路10、17を備えているために、タイミングずれ量が僅少の状態を保持しつづけることが可能となる。さらに、実施の形態1、2における遅延時間決定回路11、18および駆動パルス成形回路1が不要となるために回路構成を簡略化できる。
According to the above-described configuration, the gate resistance can be selected according to the amount of timing deviation from the drive circuit of the other power semiconductor elements connected in parallel in each of the turn-on operation and the turn-off operation. Since the
実施の形態5.
実施の形態5に係る電力用半導体素子の駆動回路の主要部を図16に示す。図1における第一のタイミング補正要否判定回路2と第二のタイミング補正要否判定回路4は、図16に示すような構成であっても良い。すなわち、電流検出信号保持回路6、13および差動増幅器7、14に代えて、電流変化率検出回路(電流変化率検出手段)42−1、42−2を用いる点に特徴がある。並列接続された複数個の電力用半導体素子の駆動回路の中で、ターンオフタイミングが遅れた電力用半導体素子の駆動回路では、ターンオフ動作時に電流が急激に増大する。かかる電流変化率を電流変化率検出手段42−1により検出し、比較器8の参照値9a、9b、9cと比較する。また、ターンオンタイミングずれについては、遅れてターンオン動作した電力用半導体素子の駆動回路では、ターンオン動作後の電流変化率が、タイミングずれのない場合と比較して高くなる。かかる電流変化率を電流変化率検出手段42−2により検出し、比較器15の参照値16a、16b、16cと比較する。その後の動作については実施の形態1の電力用半導体素子の駆動回路と同様であり、n回目のターンオフタイミングの遅れに基づき(n+1)回目のターンオフタイミングを早め、n回目のターンオンタイミングの遅れに基づき(n+1)回目のターンオンタイミングを早めるものである。
Embodiment 5 FIG.
The main part of the drive circuit for the power semiconductor device according to the fifth embodiment is shown in FIG. The first timing correction
上述の構成によれば、ターンオン動作時およびターンオフ動作時それぞれにおいて、並列接続されている他の電力用半導体素子の駆動回路とのタイミングずれ量に応じて遅延時間決定回路11、18が制御信号の最適なパルス幅を適宜選択することができ、また、ラッチ回路10、17を備えているために、タイミングずれ量が僅少の状態を保持しつづけることが可能となる。
According to the above-described configuration, the delay
実施の形態6.
実施の形態6に係る電力用半導体素子の駆動回路の主要部を図17に示す。実施の形態5では、電流変化率検出手段は電力用半導体素子を流れる電流を検出する電流検出手段の出力信号に対する微分演算手段であるが、図17に示すように電流変化率を直接検出する方法を用いても良い。電力用半導体素子を流れる電流は時間的に変化するが、電流が時間的に変化すると磁界が発生する。そこで、実施の形態6に係る電力用半導体素子の駆動回路では、電流変化率検出手段として、サーチコイルやループアンテナ等の磁界検出手段48を用いる。なお、磁界を検出する期間を設定する磁界検出期間設定回路(磁界検出期間設定手段)49の動作設定は、上述の電流検出期間設定回路29と同様であり、また、その他の動作に関しては実施の形態1で述べたものと同様である。
The main part of the drive circuit for the power semiconductor element according to the sixth embodiment is shown in FIG. In the fifth embodiment, the current change rate detecting means is a differential operation means for the output signal of the current detecting means for detecting the current flowing through the power semiconductor element, but a method for directly detecting the current change rate as shown in FIG. May be used. Although the current flowing through the power semiconductor element changes with time, a magnetic field is generated when the current changes with time. Therefore, in the power semiconductor element drive circuit according to the sixth embodiment, magnetic field detection means 48 such as a search coil or a loop antenna is used as the current change rate detection means. The operation setting of the magnetic field detection period setting circuit (magnetic field detection period setting means) 49 for setting the period for detecting the magnetic field is the same as that of the current detection
上述の構成によれば、ターンオン動作時およびターンオフ動作時それぞれにおいて、並列接続されている他の電力用半導体素子の駆動回路とのタイミングずれ量に応じて遅延時間決定回路11、18が制御信号の最適なパルス幅を適宜選択することができ、また、ラッチ回路10、17を備えているために、タイミングずれ量が僅少の状態を保持しつづけることが可能となる。
According to the above-described configuration, the delay
実施の形態7.
実施の形態7に係る電力用半導体素子の駆動回路の主要部を図18に示す。実施の形態5と同様に電流変化率をタイミングずれの検出手段としたものであるが、実施の形態2で述べた場合と同様に、並列接続された他の電力用半導体素子の駆動回路と比較して先にオンした際に、遅延時間決定回路18により最適な回路を選択して、次のターンオン動作を遅らせることによりターンオン動作時のタイミングずれを補正する方法を示したのが図18である。
Embodiment 7 FIG.
The main part of the drive circuit for the power semiconductor device according to the seventh embodiment is shown in FIG. Similar to the fifth embodiment, the current change rate is used as a means for detecting a timing shift. However, as in the case of the second embodiment, the current change rate is compared with the drive circuit of another power semiconductor element connected in parallel. FIG. 18 shows a method of correcting the timing shift during the turn-on operation by selecting the optimum circuit by the delay
上述の構成によれば、ターンオン動作時およびターンオフ動作時それぞれにおいて、並列接続されている他の電力用半導体素子の駆動回路とのタイミングずれ量に応じて遅延時間決定回路11、18が制御信号の最適なパルス幅を適宜選択することができ、また、ラッチ回路10、17を備えているために、タイミングずれ量が僅少の状態を保持しつづけることが可能となる。
According to the above-described configuration, the delay
実施の形態8.
実施の形態8に係る電力用半導体素子の駆動回路の主要部を図19に示す。実施の形態5、6同様に電流変化率をタイミングずれの検出手段としたものであるが、タイミング調整回路を図10に示すようにゲート抵抗を切り替えることによりタイミングずれを補正する方法である。並列接続された他の電力用半導体素子の駆動回路と比較してターンオンおよびターンオフが遅れて動作した際に、オンゲート、オフゲート抵抗を小さくすることによりスイッチング動作速度を速めることによりタイミングずれを補正する方法を示したのが図19である。また、実施の形態6で述べたように、電流変化率検出手段として磁界検出手段を用いても良い。
Embodiment 8 FIG.
The main part of the drive circuit for the power semiconductor device according to the eighth embodiment is shown in FIG. Similar to the fifth and sixth embodiments, the current change rate is used as a timing shift detection means, but the timing adjustment circuit corrects the timing shift by switching the gate resistance as shown in FIG. A method of correcting timing deviation by increasing the switching operation speed by reducing the on-gate and off-gate resistance when the turn-on and turn-off operations are delayed compared to the drive circuit of other power semiconductor elements connected in parallel This is shown in FIG. Further, as described in the sixth embodiment, a magnetic field detection unit may be used as the current change rate detection unit.
上述の構成によれば、ターンオン動作時およびターンオフ動作時のそれぞれにおいて、並列接続されている他の電力用半導体素子の駆動回路とのタイミングずれ量に応じてゲート抵抗を選択することができ、また、ラッチ回路10、17を備えているために、タイミングずれ量が僅少の状態を保持しつづけることが可能となる。さらに、実施の形態1、2における遅延時間決定回路11、18および駆動パルス成形回路1が不要となるために回路構成を簡略化できる。
According to the above-described configuration, the gate resistance can be selected according to the amount of timing deviation from the drive circuit of another power semiconductor element connected in parallel in each of the turn-on operation and the turn-off operation. Since the
実施の形態9.
実施の形態9に係る電力用半導体素子の駆動回路の主要部を図20に示す。実施の形態7と同様に電流変化率をタイミングずれの検出手段とし、ゲート抵抗を変化させることによりタイミングずれを補正するというものであるが、ターンオンタイミングの補正を、並列接続された他の電力用半導体素子の駆動回路と比較して先にオンした際に、次のターンオン動作時にオンゲート抵抗を大きくすることにより、ターンオン動作速度を遅くすることでタイミングずれを補正する方法を示したのが図20である。また、実施の形態6で述べたように、電流変化率検出手段として磁界検出手段を用いても良い。
The main part of the drive circuit for the power semiconductor device according to the ninth embodiment is shown in FIG. As in the seventh embodiment, the current change rate is used as a means for detecting the timing deviation, and the timing deviation is corrected by changing the gate resistance, but the turn-on timing is corrected for other power connected in parallel. FIG. 20 shows a method of correcting the timing deviation by slowing the turn-on operation speed by increasing the on-gate resistance at the next turn-on operation when it is first turned on compared to the driving circuit of the semiconductor element. It is. Further, as described in the sixth embodiment, a magnetic field detection unit may be used as the current change rate detection unit.
上述の構成によれば、ターンオン動作時およびターンオフ動作時それぞれにおいて、並列接続されている他の電力用半導体素子の駆動回路とのタイミングずれ量に応じてゲート抵抗を選択することができ、また、ラッチ回路10、17を備えているために、タイミングずれ量が僅少の状態を保持しつづけることが可能となる。さらに、実施の形態1、2における遅延時間決定回路11、18および駆動パルス成形回路1が不要となるために回路構成を簡略化できる。
According to the above-described configuration, the gate resistance can be selected according to the amount of timing deviation from the drive circuit of the other power semiconductor elements connected in parallel in each of the turn-on operation and the turn-off operation. Since the
実施の形態10.
実施の形態1から9まではスイッチングタイミングのずれを検出する手段として電流センサを用いていたが、図21に示す実施の形態10の電力用半導体素子の駆動回路では、スイッチングタイミングのずれを検出する手段としてゲート電圧を用いることを特徴とする。なお、図1に記載した実施の形態1の電力用半導体素子の駆動回路とは、電流センサを検出手段としていない点および電流検出期間設定回路29に代わりゲート電圧検出期間設定回路(ゲート電圧検出期間設定手段)50を用いる点のみが異なり、他の動作については同じである。
In the first to ninth embodiments, a current sensor is used as means for detecting a switching timing shift. However, the power semiconductor element drive circuit of the tenth embodiment shown in FIG. 21 detects a switching timing shift. A gate voltage is used as the means. The power semiconductor element drive circuit according to the first embodiment shown in FIG. 1 is different from the current sensor detection circuit in that the current sensor is not used as a detection means and a gate voltage detection period setting circuit (gate voltage detection period). The only difference is that the setting means) 50 is used, and the other operations are the same.
実施の形態10の電力用半導体素子の駆動回路におけるコレクタ電流とゲート電圧の関係を図22および図23に示す。図22はスイッチングタイミングの揃っている場合の電力用半導体素子26を流れるコレクタ電流とゲート電圧の関係を示したものである。通常、ターンオン動作時およびターンオフ動作時のそれぞれにおいてゲート電圧が一定となる期間(ミラー期間)が存在する。ターンオン動作時においては、ゲート電流はIGBTのゲート/エミッタ間の入力容量を充電し、ゲート電圧がしきい値に達するとIGBTがオンし、コレクタ電流が増加する。コレクタ電流が誘導負荷電流と同程度の電流値に達するとコレクタ電圧が低下し、ゲート/コレクタ間の帰還容量が放電する。ゲート駆動回路から供給される出力電流の大半が帰還容量の放電電流となるため、ゲート電圧は一定電圧となる。
FIG. 22 and FIG. 23 show the relationship between the collector current and the gate voltage in the power semiconductor element drive circuit of the tenth embodiment. FIG. 22 shows the relationship between the collector current flowing through the
通常、ターンオン動作時においては、オフ状態にある反対アーム側の電力用半導体素子に逆並列に接続されたダイオードにリカバリー電流が流れるため、コレクタ電流はターンオン過渡状態において極大値を持つ。このとき、ゲート電圧も極大値を持つことになる。一方、ターンオフ動作時については、ゲート/エミッタ間の入力容量の放電によりゲート電圧をしきい値以下としオフしようとするが、コレクタ電圧が上昇するためにゲート/コレクタ間の帰還容量の充電が必要となる。コレクタ電圧が電源電圧に到達しないとコレクタ電流は低下しないため、ターンオフ動作直前のコレクタ電流におけるしきい値電圧でゲート電圧は一定となる。このミラー期間における駆動回路の出力電流は帰還容量の充電電流となる。このようにしてターンオン動作時およびターンオフ動作時にミラー期間と呼ばれるゲート電圧が一定値を示す期間が存在する。 Normally, during the turn-on operation, the recovery current flows through a diode connected in parallel to the power semiconductor element on the opposite arm side in the off state, so that the collector current has a maximum value in the turn-on transient state. At this time, the gate voltage also has a maximum value. On the other hand, during the turn-off operation, the gate voltage is below the threshold value due to the discharge of the input capacitance between the gate and the emitter, but the collector voltage rises, so the feedback capacitance between the gate and the collector needs to be charged. It becomes. Since the collector current does not decrease unless the collector voltage reaches the power supply voltage, the gate voltage is constant at the threshold voltage of the collector current immediately before the turn-off operation. The output current of the drive circuit during this mirror period becomes the charging current of the feedback capacitor. In this way, there is a period in which the gate voltage has a constant value called a mirror period during the turn-on operation and the turn-off operation.
図23はターンオン動作およびターンオフ動作のスイッチングタイミングが他の並列接続された電力用半導体素子より遅れて動作した電力用半導体素子のコレクタ電流とゲート電圧の関係を示した図である。ターンオンタイミングが遅れた電力用半導体素子については、ダイオードのリカバリーに伴うコレクタ電流の極大値は観測されなくなるため、ターンオン動作時における2つのタイミングにおいてゲート電圧のピーク値を検出・保持してターンオンタイミングのずれの有無を判定することが可能である。ターンオフタイミングが遅れた場合については、並列接続された他の電力用半導体素子を流れていたコレクタ電流を分担することとなり、ターンオフ動作の過渡状態に電流集中が発生し、コレクタ電流は極大値を持つことになる。このときゲート電圧も極大値を持つため、ターンオフ動作時における2つのタイミングにおいてゲート電圧のピーク値を検出・保持してターンオフタイミングのずれの有無を判定すればよい。 FIG. 23 is a diagram showing the relationship between the collector current and the gate voltage of the power semiconductor element that operates with the switching timing of the turn-on operation and the turn-off operation delayed from those of other power semiconductor elements connected in parallel. For power semiconductor devices with delayed turn-on timing, the maximum value of the collector current associated with the recovery of the diode is no longer observed. Therefore, the peak value of the gate voltage is detected and held at two timings during the turn-on operation. It is possible to determine the presence or absence of deviation. When the turn-off timing is delayed, the collector current that has been flowing through other power semiconductor elements connected in parallel is shared, current concentration occurs in the transient state of the turn-off operation, and the collector current has a maximum value. It will be. At this time, since the gate voltage also has a maximum value, the peak value of the gate voltage may be detected and held at two timings during the turn-off operation to determine whether or not there is a shift in the turn-off timing.
このように、並列接続された複数個の電力用半導体素子間のスイッチングタイミングのずれを検出する手段としてゲート電圧を検出手段として適用すれば、スイッチングタイミングを補正することが可能である。図21に示した電力用半導体素子の駆動回路は、実施の形態1とタイミングずれの検出手段および電流検出期間設定回路29に代わりゲート電圧検出期間設定回路50を用いる点のみが異なり、タイミング補正の動作については、実施の形態1と同様に並列接続された他の電力用半導体素子のターンオンタイミングおよびターンオフタイミングが遅れた場合に遅延時間決定回路11、18を用いて次のターンオンタイミングおよびターンオフタイミングを早めるというものである。
As described above, the switching timing can be corrected by applying the gate voltage as the detecting means as the means for detecting the deviation of the switching timing between the plurality of power semiconductor elements connected in parallel. The driving circuit for the power semiconductor element shown in FIG. 21 differs from the first embodiment only in that it uses a gate voltage detection
上述の構成によれば、ターンオン動作時およびターンオフ動作時それぞれにおいて、並列接続されている他の電力用半導体素子の駆動回路とのタイミングずれ量に応じて遅延時間決定回路11、18が制御信号の最適なパルス幅を適宜選択することができ、また、ラッチ回路10、17を備えているために、タイミングずれ量が僅少の状態を保持し続けることが可能となる。さらに、電流センサが不要となるために低コストで小型な電力変換装置を構成することが可能となる。
According to the above-described configuration, the delay
実施の形態11.
図24は実施の形態11による電力用半導体素子の駆動回路の主要部を示した図である。実施の形態10では遅延時間決定回路11、18を用いて、ターンオンおよびターンオフタイミングのずれの補正を行っていたが、実施の形態3と同様にオンゲート抵抗およびオフゲート抵抗を複数個並列に接続し、ラッチ回路10および17の出力に応じてオンゲート抵抗およびオフゲート抵抗を小さくすることにより、並列接続した他の電力用半導体素子と比較して遅れてターンオン動作あるいはターンオフ動作した電力用半導体素子のターンオンタイミングおよびターンオフタイミングを早めることができる。
FIG. 24 shows the main part of the drive circuit for the power semiconductor device according to the eleventh embodiment. In the tenth embodiment, the delay
上述の構成によれば、ターンオン動作時およびターンオフ動作時それぞれにおいて、並列接続されている他の電力用半導体素子の駆動回路とのタイミングずれ量に応じてゲート抵抗を選択することができ、また、ラッチ回路10、17を備えているために、タイミングずれ量が僅少の状態を保持しつづけることが可能となる。さらに、実施の形態1、2における遅延時間決定回路11、18および駆動パルス成形回路1が不要となるために回路構成を簡略化できる。
According to the above-described configuration, the gate resistance can be selected according to the amount of timing deviation from the drive circuit of the other power semiconductor elements connected in parallel in each of the turn-on operation and the turn-off operation. Since the
実施の形態12.
図25は実施の形態12に係る電力用半導体素子の駆動回路の主要部を示した図である。実施の形態11までの説明では、タイミング補正要否判定回路における比較器を複数個設けることにより、精度よくタイミング補正を実施する例について述べたが、比較器を1個のみとするとタイミングずれに対する補正は1段階しか設定できないため、複数の比較器を設けて複数の補正段階を設定している。このように精度よくタイミング補正を実施するために、補正段階の数だけ比較器を設けていた。
FIG. 25 shows the main part of the drive circuit for the power semiconductor device according to the twelfth embodiment. In the description up to the eleventh embodiment, the example in which the timing correction is performed accurately by providing a plurality of comparators in the timing correction necessity determination circuit has been described. However, if there is only one comparator, the correction for timing deviation is performed. Since only one step can be set, a plurality of comparators are provided to set a plurality of correction steps. In order to perform timing correction with high accuracy in this way, comparators are provided as many as the number of correction stages.
実施の形態12に係る電力用半導体素子の駆動回路では、タイミングずれ検出回路2、4における比較器をそれぞれ1個とし、その代わりにタイミングずれ調整回路3、5にそれぞれ比較器から出力される信号をカウントする計数器(計数手段)46、47を設けている点に特徴がある。図25に示した駆動回路では、スイッチングタイミングのずれを検出する手段として電流センサ28を用い、計数器46、47からの出力信号をそれぞれ遅延時間決定回路11、18に入力し、最終的に、駆動パルス成形手段1によりスイッチングタイミングのずれを補正するものである。
In the power semiconductor element drive circuit according to the twelfth embodiment, the timing
実施の形態12に係る電力用半導体素子の駆動回路における比較器7、14の出力信号と計数器46、47の出力信号との関係を図26に示す。ここで、計数器46、47は立ち下がり検出回路として動作するものとして説明する。比較器7、14の出力信号を計数器46、47のCK端子に接続しており、計数器46、47のCK端子に入力される比較器7、14の出力信号がHi信号からLo信号へと変化すると計数器46、47の出力端子Q1の状態は変化する。同様にしてQ1の信号がHi信号からLo信号へと変化すると計数器出力端子Q2の状態が、Q2の信号がHi信号からLo信号へと変化すると計数器出力端子Q3の状態が変化する。
FIG. 26 shows the relationship between the output signals of the
遅延時間決定回路11、18の制御端子A、B、Cを計数器46、47の出力端子Q1、Q2、Q3と接続しているため、比較器46、47からの出力に応じて、遅延時間決定回路11、18の制御端子A、B、Cの状態が変化する。
Since the control terminals A, B, and C of the delay
例えば、スイッチングタイミングのずれが極めて小さく、比較器7、14から信号が出力されない時、計数器46、47からはQ1、Q2、Q3のすべての端子はLo信号を出力したままである。このとき、遅延時間決定回路11、18は制御端子A、B、CがすべてLo状態であるため、遅延時間決定回路11、18の出力端子Yは選択端子D0と接続される。スイッチングタイミングのずれに伴い、比較器7、14からHi信号が出力されると、計数器46、47からはQ1のみHi信号を出力されるとともにその状態が保持され、Q2およびQ3端子からはLo信号が出力される。この場合は、遅延時間決定回路11、18の制御端子AのみHiとなり、制御端子Bおよび制御端子CはLo状態である。このとき、遅延時間決定回路11、18の出力端子YはD1端子と接続される。また、スイッチングタイミングのずれがある程度大きく一度タイミング補正を行っても、次のスイッチング動作において、また、比較器7、14がHi信号を出力する場合は、計数器46、47の出力端子Q1はLoとなるとともに出力端子Q2はHiとなる。この場合は、出力端子Q3はLo状態のままであり、遅延時間決定回路11、18の制御端子は制御端子BのみHi状態となり、制御端子Aおよび制御端子CはLo状態となって、遅延時間決定回路11、18の出力端子Yは選択端子D2と接続されることになる。比較器7、14から3回目の出力信号があると計数器46、47の出力端子はQ1が再びHi状態を、Q2はHi状態を、Q3はLo状態を維持したままである。このとき、遅延時間決定回路11、18の制御端子A、B、Cは制御端子Aと制御端子BがHi状態、制御端子CがLo状態となり、遅延時間決定回路11、18の出力端子Yは選択端子D3と接続される。図25では遅延時間決定回路11、18の出力端子はD0からD3の計4端子しか示していないが、制御端子がA、B、Cの3個あるため実際の出力端子はD0からD7の8端子存在する。比較器から7回Hi信号を出力する場合は遅延時間決定回路の出力端子YはD7端子と接続される。なお、この場合は、遅延回路12、19はいずれも7回路を設けている必要があることは言うまでもない。
For example, when the difference in switching timing is extremely small and no signal is output from the
実施の形態1から11までで述べてきたように比較器からの1回の出力信号により制御信号の最適なパルス幅を選択することはできないが、スイッチング動作毎に比較器7、14からの出力信号に応じて遅延時間決定回路11、18は制御端子A、B、Cの状態が決定され、D0、D1、D2、D3から適切な回路を選択することができ、スイッチングタイミングのずれをターンオン動作時あるいはターンオフ動作時またはその両方について補正することが可能となる。
As described in the first to eleventh embodiments, the optimum pulse width of the control signal cannot be selected by a single output signal from the comparator, but the output from the
また、本実施の形態では、比較器の数を減らすことができ、また、計数器自身がラッチ回路の役割をも果たすために専用のラッチ回路も不要となる。そのため、回路部品点数が減少し、低コストで小型の電力用半導体素子の駆動回路を提供できる。 In the present embodiment, the number of comparators can be reduced, and the counter itself also serves as a latch circuit, so that a dedicated latch circuit is not necessary. As a result, the number of circuit components is reduced, and a small power semiconductor element drive circuit can be provided at low cost.
なお、実施の形態2で述べたように、ターンオンタイミングの補正方法としては、n回目のターンオン動作が並列接続された他の電力用半導体素子の駆動回路と比較して先にターンオンした電力用半導体素子の駆動回路の(n+1)回目のターンオン動作を遅らせるという方法を用いても良い。
実施の形態13.
図27は実施の形態13に係る電力用半導体素子の駆動回路の主要部を示した図である。実施の形態12ではスイッチングタイミングのずれを検出する手段として電流センサを用いた例を示したが、実施の形態13に係る電力用半導体素子の駆動回路では、実施の形態5と同様に第一のタイミングずれ検出回路2と第二のタイミングずれ検出回路4における電流検出信号保持回路6、13および差動増幅器7、14の代わりに電流変化率演算回路(電流変化率演算手段)42−1、42−2を用いる点に特徴がある。タイミングずれの補正方法については実施の形態12と同一である。
As described in the second embodiment, as a method for correcting the turn-on timing, the power semiconductor that has been turned on earlier than the drive circuit of another power semiconductor element in which the n-th turn-on operation is connected in parallel is used. A method of delaying the (n + 1) -th turn-on operation of the element driving circuit may be used.
Embodiment 13 FIG.
FIG. 27 shows the main part of the drive circuit for the power semiconductor device according to the thirteenth embodiment. In the twelfth embodiment, an example in which a current sensor is used as a means for detecting a deviation in switching timing has been described. However, in the power semiconductor element drive circuit according to the thirteenth embodiment, the first circuit is the same as in the fifth embodiment. Instead of the current detection
なお、実施の形態7で述べたように、ターンオンタイミングの補正方法としては、n回目のターンオン動作が並列接続された他の電力用半導体素子の駆動回路と比較して先にターンオンした電力用半導体素子の駆動回路の(n+1)回目のターンオン動作を遅らせるという方法を用いても良い。 As described in the seventh embodiment, as a method for correcting the turn-on timing, the power semiconductor that has been turned on earlier than the drive circuit of another power semiconductor element to which the n-th turn-on operation is connected in parallel is used. A method of delaying the (n + 1) th turn-on operation of the element driving circuit may be used.
上述の構成によれば、ターンオン動作時およびターンオフ動作時それぞれにおいて、並列接続されている他の電力用半導体素子の駆動回路とのタイミングずれ量に応じて遅延時間決定回路11、18が制御信号の最適なパルス幅を適宜選択することができ、また、ラッチ回路10、17を備えているために、タイミングずれ量が僅少の状態を保持しつづけることが可能となる。
According to the above-described configuration, the delay
実施の形態14.
図28は実施の形態14に係る電力用半導体素子の駆動回路の主要部を示した図である。実施の形態12、13とはスイッチングタイミングのずれを検出する手段が異なり、実施の形態6と同様に電流変化率検出手段として、サーチコイルやループアンテナ等の磁界検出手段48を用いた点に特徴がある。なお、上述の電流検出期間設定手段の代わりに、磁界の変化を利用した磁界検出手段48からの出力信号に基づく磁界検出期間設定信号を出力する磁界検出期間設定回路(磁界検出期間設定手段)49を用いる。タイミングずれの補正方法については実施の形態12、13と同一である。上述の構成によれば、ターンオン動作時およびターンオフ動作時それぞれにおいて、並列接続されている他の電力用半導体素子の駆動回路とのタイミングずれ量に応じて遅延時間決定回路11、18が制御信号の最適なパルス幅を適宜選択することができ、また、ラッチ回路10、17を備えているために、タイミングずれ量が僅少の状態を保持しつづけることが可能となる。
FIG. 28 shows the main part of the drive circuit for the power semiconductor element according to the fourteenth embodiment. The means for detecting the deviation of the switching timing is different from the twelfth and thirteenth embodiments, and the feature is that the magnetic field detecting means 48 such as a search coil or a loop antenna is used as the current change rate detecting means as in the sixth embodiment. There is. In place of the above-described current detection period setting means, a magnetic field detection period setting circuit (magnetic field detection period setting means) 49 for outputting a magnetic field detection period setting signal based on an output signal from the magnetic field detection means 48 using a change in magnetic field. Is used. The timing deviation correction method is the same as in the twelfth and thirteenth embodiments. According to the above-described configuration, the delay
実施の形態15.
図29は実施の形態15に係る電力用半導体素子の駆動回路の主要部を示した図である。遅延時間決定回路11、18および駆動パルス成形手段1を用いるのではなく、オンゲート抵抗、オフゲート抵抗を切り替えることによってスイッチングタイミングのずれを補正する点に特徴がある。第一のタイミングずれ調整回路3は抵抗34、35a、35b、35c、スイッチ33a、33b、33cで構成されている。ここで、抵抗35a、35b、35cの抵抗値は35c<35b<35aと設定する。また、第二のタイミングずれ調整回路5は抵抗34、38a、38b、38c、スイッチ36a、36b、36cで構成されている。ここで、抵抗38a、38b、38cの抵抗値は38c<38b<38aと設定する。
Embodiment 15 FIG.
FIG. 29 shows the main part of the drive circuit for the power semiconductor device according to the fifteenth embodiment. The delay
本実施の形態に係る電力用半導体素子の駆動回路において、計数器46、47を立ち下がり検出回路として用いた場合の計数器46、47の動作を図30に示す。比較器8、15から1度出力信号があると、計数器46、47からはQ1のみHi信号が出力されるとともに保持され、Q2およびQ3端子からはLo信号が出力される。その後、比較器8、15から2回目の出力信号があるとQ1、Q3からはLo信号が出力され、Q2からHi信号が出力される。比較器8、15から3回目の出力信号があるとQ1、Q2からはLo信号が出力され、Q3からHi信号が出力される。図30は比較器8、15からの出力信号が3回の例であり、計数器46、47の出力端子はQ1、Q2、Q3の3個だけ示している。本来、出力端子の数は計数器46、47に依存するものであり、出力端子の数は3個に限定されるものではない。このような計数器46、47を用い、ターンオフ動作時に対するタイミング補正の動作について説明する。
FIG. 30 shows the operations of the
ターンオフタイミングのずれに伴い比較器8から1度出力信号があると計数器46の出力端子は端子Q2、端子Q3はいずれもLo信号が、端子Q1のみHi信号が出力・保持されるため、スイッチ33aはオン状態を保持することになる。このためオフゲート抵抗は抵抗34と35aの並列合成抵抗となるため未補正時のオフゲート抵抗より小さくすることになる。次のターンオフ動作において再び比較器8から出力信号があると、Q1およびQ3からはLo信号が、Q2からはHi信号が出力・保持されるため、スイッチ33bのみがオン状態となる。そのため、オフゲート抵抗は抵抗34と35bの並列合成抵抗となって、さらにオフゲート抵抗を小さくすることができる。
When there is an output signal from the comparator 8 once in accordance with the deviation of the turn-off timing, the output terminal of the
次のターンオフ動作においても比較器8から出力信号があると、Q1およびQ2からはLo信号が、Q3からはHi信号が出力・保持されるため、スイッチ33cのみがオン状態となる。そのため、オフゲート抵抗は抵抗34と35cの並列合成抵抗となり、さらにオフゲート抵抗を小さくすることができる。このようにして、比較器からの出力信号の数を計数器により数えることによりオフゲート抵抗の値を小さくすることができ、ターンオフタイミングのずれに対して補正を実施することができる。ターンオンタイミングのずれに対する補正も同様な動作により実現することができる。
In the next turn-off operation, if there is an output signal from the comparator 8, the Lo signal is output from Q1 and Q2, and the Hi signal is output from Q3, so that only the
なお、実施の形態4で述べたように、ターンオンタイミングの補正方法としては、n回目のターンオン動作が並列接続された他の電力半導体素子の駆動回路と比較して先にターンオンした電力半導体素子の駆動回路の(n+1)回目のターンオン速度を遅らせるという方法を用いても良い。また、スイッチングタイミングのずれを検出する手段として、電流センサ28以外に実施の形態13あるいは14で述べたような電流変化率検出手段42、磁界検出手段48を用いても良い。
As described in the fourth embodiment, as a method for correcting the turn-on timing, the n-th turn-on operation of the power semiconductor element that has been turned on earlier than the drive circuit of another power semiconductor element that is connected in parallel is used. A method of delaying the (n + 1) th turn-on speed of the driving circuit may be used. In addition to the
実施の形態16.
図31は実施の形態16に係る電力用半導体素子の駆動回路の主要部を示した図である。スイッチングタイミングのずれを検出する手段として実施の形態10、11で述べたようにゲート電圧を用いたものである。タイミング補正の方法としては、計数器46、47、遅延回路選択手段、駆動パルス成形回路1を用いてタイミング補正を行うというものであり、その動作については他の実施の形態で述べたものと同様である。
Embodiment 16 FIG.
FIG. 31 shows the main part of the drive circuit for the power semiconductor device according to the sixteenth embodiment. As described in the tenth and eleventh embodiments, the gate voltage is used as means for detecting the switching timing shift. As a timing correction method, the timing correction is performed using the
実施の形態17.
図32は実施の形態17に係る電力用半導体素子の駆動回路の主要部を示した図である。スイッチングタイミングのずれを検出する手段として実施の形態10、11で述べたようにゲート電圧を用いたものである。タイミング補正の方法としては、計数器46、47を用い、ゲート抵抗を切り替えることによりタイミング補正を行うというもので、その動作については他の実施の形態で述べたものと同様である。
Embodiment 17. FIG.
FIG. 32 shows the main part of the drive circuit for the power semiconductor device according to the seventeenth embodiment. As described in the tenth and eleventh embodiments, the gate voltage is used as means for detecting the switching timing deviation. As a timing correction method, the
1 駆動パルス成形回路、 2 第一のタイミング補正要否判定回路、 3 第一のタイミングずれ調整回路、 4 第二のタイミング補正要否判定回路、 5 第二のタイミングずれ調整回路、 6a、6b 電流検出信号保持回路、 7 差動増幅器、 8a、8b、8c 比較器、 9a、9b、9c 参照電圧、 10a、10b、10c ラッチ回路、 11 遅延時間決定回路、 12a、12b、12c 遅延回路、 13a、13b 電流検出信号保持回路、 14 差動増幅器、 15a、15b、15c 比較器、 16a、16b、16c 参照電圧、 17a、17b、17c ラッチ回路、 18 遅延時間決定回路、 19a、19b、19c 遅延回路、 20 駆動指令発生回路、 21 AND回路、 22 OR回路、 23、24 EXOR回路、 25 ゲート抵抗、 26 電力用半導体素子、 27 還流ダイオード、 28 電流センサ、 29 電流検出期間設定回路、 30、31、32 AND回路、 33a、33b、33c スイッチ、 34、35a、35b、35c 抵抗、 36a、36b、36c スイッチ、 37 ゲート抵抗、 38a、38b、38c 抵抗、 39、40 半導体スイッチ、 41a、41b、41c NOT回路、 42−1、42−2 電流変化率検出手段、 43a、43b、43c AND回路、 44 遅延回路、 45 ゲートアンプ、 46、47 計数器、 48 磁界検出手段、 49 磁界検出期間設定回路(磁界検出期間設定手段) 50 ゲート電圧検出期間設定回路(ゲート電圧検出期間設定手段)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Drive pulse shaping circuit, 2 First timing correction necessity judgment circuit, 3 First timing deviation adjustment circuit, 4 Second timing correction necessity judgment circuit, 5 Second timing deviation adjustment circuit, 6a, 6b Current Detection signal holding circuit, 7 differential amplifier, 8a, 8b, 8c comparator, 9a, 9b, 9c reference voltage, 10a, 10b, 10c latch circuit, 11 delay time determining circuit, 12a, 12b, 12c delay circuit, 13a, 13b current detection signal holding circuit, 14 differential amplifier, 15a, 15b, 15c comparator, 16a, 16b, 16c reference voltage, 17a, 17b, 17c latch circuit, 18 delay time determination circuit, 19a, 19b, 19c delay circuit, 20 drive command generation circuit, 21 AND circuit, 22 OR circuit, 23, 24 EXOR circuit, 25 gate resistance 26 power semiconductor element, 27 freewheeling diode, 28 current sensor, 29 current detection period setting circuit, 30, 31, 32 AND circuit, 33a, 33b, 33c switch, 34, 35a, 35b, 35c resistor, 36a, 36b, 36c Switch, 37 gate resistance, 38a, 38b, 38c resistance, 39, 40 semiconductor switch, 41a, 41b, 41c NOT circuit, 42-1, 42-2 current change rate detection means, 43a, 43b, 43c AND circuit, 44 delay Circuit, 45 gate amplifier, 46, 47 counter, 48 magnetic field detection means, 49 magnetic field detection period setting circuit (magnetic field detection period setting means) 50 gate voltage detection period setting circuit (gate voltage detection period setting means).
Claims (12)
前記電力用半導体素子を流れる電流を検出する電流検知手段と、
前記ゲート端子に駆動指令を出力する駆動指令発生手段と、
前記駆動指令発生手段からの出力信号に基づき電流検出期間設定信号を出力する電流検出期間設定手段と、
前記電流検出期間設定信号によってそれぞれ異なるタイミングで取り込まれた前記電流検知手段からの複数の出力信号に基づきターンオフまたはターンオン動作のタイミングの補正の要否を判定するタイミング補正要否判定手段と、
前記タイミング補正要否判定手段の出力を保持するラッチ手段と、
前記ラッチ手段によって保持された信号に基づきターンオフまたはターンオン動作のタイミングの補正量を決定する遅延時間決定手段と、
前記遅延時間決定手段によって選択された遅延時間に基づき生成された信号を前記ゲート端子へと出力する遅延時間生成手段と、
を備えることを特徴とする電力用半導体素子の駆動回路。 A drive circuit for a power semiconductor device comprising a gate terminal, an emitter terminal and a collector terminal,
Current detecting means for detecting a current flowing through the power semiconductor element;
Drive command generating means for outputting a drive command to the gate terminal;
Current detection period setting means for outputting a current detection period setting signal based on an output signal from the drive command generation means;
Timing correction necessity determination means for determining whether or not to correct the timing of turn-off or turn-on operation based on a plurality of output signals from the current detection means fetched at different timings by the current detection period setting signal;
Latch means for holding the output of the timing correction necessity determination means;
Delay time determining means for determining a correction amount of the timing of turn-off or turn-on operation based on the signal held by the latch means;
Delay time generating means for outputting a signal generated based on the delay time selected by the delay time determining means to the gate terminal;
A drive circuit for a power semiconductor element, comprising:
前記ゲート端子に駆動指令を出力する駆動指令発生手段と、
前記駆動指令発生手段からの出力信号に基づきゲート電圧検出期間設定信号を出力するゲート電圧検出期間設定手段と、
前記ゲート電圧検出期間設定信号によってそれぞれ異なるタイミングで取り込まれた前記ゲート端子からの複数のゲート電圧に基づきターンオフまたはターンオン動作のタイミングの補正の要否を判定するタイミング補正要否判定手段と、
前記タイミング補正要否判定手段の出力を保持するラッチ手段と、
前記ラッチ手段によって保持された信号に基づきターンオフまたはターンオン動作のタイミングの補正量を決定する遅延時間決定手段と、
を備えることを特徴とする電力用半導体素子の駆動回路。 A drive circuit for a power semiconductor device comprising a gate terminal, an emitter terminal and a collector terminal,
Drive command generating means for outputting a drive command to the gate terminal;
Gate voltage detection period setting means for outputting a gate voltage detection period setting signal based on an output signal from the drive command generation means;
Timing correction necessity determination means for determining whether or not to correct the timing of turn-off or turn-on operation based on a plurality of gate voltages from the gate terminal captured at different timings according to the gate voltage detection period setting signal;
Latch means for holding the output of the timing correction necessity determination means;
Delay time determining means for determining a correction amount of the timing of turn-off or turn-on operation based on the signal held by the latch means;
A drive circuit for a power semiconductor element, comprising:
12. A power converter comprising a plurality of power semiconductor elements driven by the power semiconductor element drive circuit according to claim 1 connected in parallel.
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