JP2006074937A - Gate drive - Google Patents

Gate drive Download PDF

Info

Publication number
JP2006074937A
JP2006074937A JP2004257043A JP2004257043A JP2006074937A JP 2006074937 A JP2006074937 A JP 2006074937A JP 2004257043 A JP2004257043 A JP 2004257043A JP 2004257043 A JP2004257043 A JP 2004257043A JP 2006074937 A JP2006074937 A JP 2006074937A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate
voltage
circuit
igbt
switching element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2004257043A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4901083B2 (en
Inventor
Hiromichi Tai
裕通 田井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2004257043A priority Critical patent/JP4901083B2/en
Publication of JP2006074937A publication Critical patent/JP2006074937A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4901083B2 publication Critical patent/JP4901083B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To inhibit an excessive current from passing through an IGBT for the prevention of the destruction of the IGBT by detecting an accident such as a short circuit at a power conversion device or on the load side of the power conversion device. <P>SOLUTION: If a voltage applied to the IGBT 3 does not lower although a pulse is outputted from a pulse generation circuit 6, a short-circuit detection circuit 9 detects it so that a gate voltage of the IGBT 3 is clamped by a gate voltage clamp circuit 10. If the saturated current value of the IGBT 3 is small due to a variation in saturated current characteristics in each IGBT and a distributed voltage of the IGBT 3 increases, an over-voltage detection circuit 8 detects it to make the gate voltage clamp circuit 10 increase the gate voltage of the IGBT3. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電力用スイッチング素子を駆動するゲート駆動装置に関する。   The present invention relates to a gate drive device for driving a power switching element.

近年、大容量化、高速化が可能なIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)など、MOSゲート型の電力用スイッチング素子が開発され、これらIGBT、MOSFETを使用した電力変換装置も広く使用されるようになってきた。   In recent years, MOS gate type power switching devices such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) that can increase capacity and speed have been developed, and power using these IGBTs and MOSFETs. Conversion devices have also become widely used.

このようなIGBT、MOSFETは、オン・オフ状態を自己継続しないノンラッチ型の電力スイッチング素子であり、サイリスタなど、ラッチング型の電力スイッチング素子に比べて、高いゲート制御特性、例えば電力スイッチング素子のコレクタ、エミッタ間に電圧が印加されている状態で、電力スイッチング素子のゲートにパルス電圧を印加したとき、電力スイッチング素子をオンさせ、ゲートに印加していたパルス電圧を解除するだけで、電力スイッチング素子をオフすることができるという高いゲート制御特性を持っている。   Such IGBTs and MOSFETs are non-latching power switching elements that do not self-continue in an on / off state, and have higher gate control characteristics than a latching power switching element such as a thyristor, for example, a collector of a power switching element, When a voltage is applied between the emitters and a pulse voltage is applied to the gate of the power switching element, the power switching element is turned on simply by turning on the power switching element and releasing the pulse voltage applied to the gate. It has a high gate control characteristic that it can be turned off.

さらに、このようなIGBT、MOSFETは、電力スイッチング素子をターンオン、ターンオフする際のスイッチング過渡期において、ゲート電圧などを制御することにより、電力スイッチング素子から出力される電流の傾き、電圧の傾き、サージ電圧、サージ電流などを抑制することができる。   Furthermore, such IGBTs and MOSFETs control the gate voltage and the like during the switching transition period when the power switching element is turned on and off, thereby controlling the slope of the current output from the power switching element, the voltage slope, and the surge. Voltage, surge current, etc. can be suppressed.

この際、多くの応用回路では、スイッチング過渡期にある電力スイッチング素子などの出力電圧、出力電流をゲートにフィードバックして、電力スイッチング素子を制御する、いわゆるアクティブゲート駆動技術を用いて、電力スイッチング素子などを制御している。   At this time, in many application circuits, the power switching element is controlled by using a so-called active gate drive technology that controls the power switching element by feeding back the output voltage and output current of the power switching element in the switching transition period to the gate. Etc. are controlled.

その中でも、多数の電力スイッチング素子を直列接続することによって、高い電圧の電力変換を行う電力変換装置では、アクティブゲート制御技術だけで、各電力スイッチング素子をターンオフさせたときに生じるオフタイミングのずれを最少化させて、各電力スイッチング素子の電圧分担を均一化することができることから、従来の電力変換装置に比べ、主電流を並列に分流させて、電圧分担を均一化する回路、例えばスナバ回路などを省略することができ、その分だけ、製造コストを低減することができるという利点がある。   Among them, in a power conversion device that performs high-voltage power conversion by connecting a large number of power switching elements in series, an off timing shift that occurs when each power switching element is turned off using only an active gate control technology. Since the voltage sharing of each power switching element can be made uniform by minimizing, compared to the conventional power converter, a circuit that divides the main current in parallel and equalizes the voltage sharing, such as a snubber circuit, etc. There is an advantage that the manufacturing cost can be reduced by that amount.

図5はこのようなアクティブゲート駆動技術を用いたゲート駆動装置のうち、特許文献1で開示された多直列電力変換装置で使用されるゲート駆動装置の回路図である。   FIG. 5 is a circuit diagram of a gate driving device used in the multi-series power conversion device disclosed in Patent Document 1 among gate driving devices using such an active gate driving technique.

この図に示すゲート駆動装置100a〜100dは各々、コレクタ、エミッタに対し、還流ダイオード101a〜101dが並列に接続され、直列に接続された各IGBT102a〜102dのうち、制御対象となっているIGBTのエミッタ電位を基準電位(接地電位)にした電源電圧を出力する電圧源103と、電圧源103から出力される電源電圧、接地電圧を用いて指定された条件でパルスを生成するパルス発生器104と、直列接続された高圧側分圧抵抗105、低圧側分圧抵抗106によって構成され、制御対象となっているIGBTのコレクタ、エミッタ間電圧を分圧し、分圧電圧を出力する分圧器107と、パルス発生器104から出力される電圧の値、分圧器107から出力される分圧電圧を比較し、この比較結果に基づき、制御対象となっているIGBTのゲート電圧を制御して、過大な電圧分担を防止しつつ、パルス発生器104からパルスが出力される毎に、制御対象となっているIGBTのゲート電圧を上昇させ、これをオンする比較器108とを備えている。   In the gate driving devices 100a to 100d shown in this figure, free-wheeling diodes 101a to 101d are connected in parallel to the collector and emitter, and the IGBTs 102a to 102d connected in series are the IGBTs to be controlled. A voltage source 103 that outputs a power supply voltage with an emitter potential set to a reference potential (ground potential); a pulse generator 104 that generates a pulse under a specified condition using the power supply voltage and ground voltage output from the voltage source 103; A voltage divider 107 configured by a high-voltage side voltage dividing resistor 105 and a low-voltage side voltage dividing resistor 106 connected in series, dividing a voltage between the collector and emitter of the IGBT to be controlled, and outputting a divided voltage; The voltage value output from the pulse generator 104 and the divided voltage output from the voltage divider 107 are compared, and based on this comparison result. The gate voltage of the IGBT to be controlled is increased each time a pulse is output from the pulse generator 104 while controlling the gate voltage of the IGBT to be controlled to prevent excessive voltage sharing. And a comparator 108 for turning it on.

そして、各ゲート駆動装置100a〜100d毎に、指定された条件で、パルス発生器104からパルスを出力させつつ、比較器108によって、制御対象となっている各IGBT102a〜102dをオン/オフさせ、各IGBT102a〜102dによって構成されるアーム(多直列電力変換装置のアーム)、このアームと対になっているアーム(図示は省略する)で、高い電圧の周波数変換、電圧変換などを行わせる。   Then, for each of the gate driving devices 100a to 100d, while the pulses are output from the pulse generator 104 under the specified conditions, the comparators 108 turn on / off the IGBTs 102a to 102d to be controlled, The high voltage frequency conversion, voltage conversion, and the like are performed by an arm (an arm of a multi-series power conversion device) constituted by each IGBT 102a to 102d and an arm (not shown) paired with this arm.

また、各IGBT102a〜102dの飽和電流特性などがバラついて、アームを構成する各IGBT102a〜102dのいずれか、例えばIGBT102aの飽和電流値が小さいとすると、このIGBT102aの分担電圧が増大し、所定の電圧値を超えると、このIGBT102aを制御しているゲート駆動装置100aに設けられた分圧回路107から出力される分圧電圧が大きくなって、比較器108が分圧電圧に対応したゲート電圧を出力し、IGBT102aの飽和電流値を増大させる。   Further, if the saturation current characteristics of the IGBTs 102a to 102d vary, and any one of the IGBTs 102a to 102d constituting the arm, for example, the saturation current value of the IGBT 102a is small, the shared voltage of the IGBT 102a increases, and a predetermined voltage When the value is exceeded, the divided voltage output from the voltage dividing circuit 107 provided in the gate driving device 100a controlling the IGBT 102a increases, and the comparator 108 outputs the gate voltage corresponding to the divided voltage. Then, the saturation current value of the IGBT 102a is increased.

これにより、IGBT102aが分担している電圧が下げられ、各IGBT102a〜102dの分担する電圧が一定電圧値を上回らないようにする。
特開2003−69401号公報
As a result, the voltage shared by the IGBT 102a is lowered, and the voltage shared by the IGBTs 102a to 102d is prevented from exceeding a certain voltage value.
JP 2003-69401 A

ところで、このような従来のゲート駆動装置100a〜100dでは、各IGBT102a〜102dによって構成されるアーム、あるいはこのアームと対になっているアームなどにおいて、短絡事故などが発生し、各IGBT102a〜102dの印加電圧が上昇すると、分圧回路107、比較回路108によって、各IGBT102a〜102dの飽和電流値が通常値の数倍から数十倍まで、高められ、10マイクロ秒以内に、これら各IGBT102a〜102dが破壊されてしまうという問題があった。   By the way, in such conventional gate drive devices 100a to 100d, a short circuit accident or the like occurs in the arm constituted by the IGBTs 102a to 102d, or the arm paired with the arms, and the like of each IGBT 102a to 102d. When the applied voltage increases, the saturation current value of each of the IGBTs 102a to 102d is increased from several times to several tens of times the normal value by the voltage dividing circuit 107 and the comparison circuit 108, and each of these IGBTs 102a to 102d is within 10 microseconds. There was a problem that would be destroyed.

このため、このような多数のIGBT102a〜102dを使用する多直列電力変換装置では、短絡事故が発生したとき、10マイクロ秒以内にこれを検出して、遮断動作を行い、各IGBT102a〜102dを保護することができるゲート駆動装置の開発が強く望まれていた。   For this reason, in such a multi-series power conversion device using a large number of IGBTs 102a to 102d, when a short-circuit accident occurs, this is detected within 10 microseconds, and a cutoff operation is performed to protect each IGBT 102a to 102d. There has been a strong demand for the development of a gate driving device that can do this.

本発明は上記の事情に鑑み、電力スイッチング素子の印加電圧に応じて、前記電力スイッチング素子の飽和電流値を制御して、電力スイッチング素子に過大な電圧が印加されるのを防止しつつ、短絡事故などが発生したとき、電力スイッチング素子のゲート電圧をクランプ電圧値以内に保持させて、電力スイッチング素子に過大な電流が流れないようにし、電力スイッチング素子が破壊されるのを防止することができるゲート駆動装置を提供することを主目的としている。   In view of the above circumstances, the present invention controls the saturation current value of the power switching element in accordance with the applied voltage of the power switching element, and prevents an excessive voltage from being applied to the power switching element, while short-circuiting. When an accident or the like occurs, the gate voltage of the power switching element is kept within the clamp voltage value, so that an excessive current does not flow through the power switching element, and the power switching element can be prevented from being destroyed. The main object is to provide a gate driving device.

上記の目的を達成するために本発明は、電力用スイッチング素子のゲート電圧を制御することにより当該電力用スイッチング素子を駆動制御するゲート駆動装置において、前記電力用スイッチング素子のゲートにパルスが印加された際に前記電力用スイッチング素子の印加電圧が低下しないとき、短絡事故が発生したと判定して、ゲート電圧クランプ指示信号を生成する短絡検出回路と、前記電力用スイッチング素子に予め設定されている電圧値を超える電圧が印加されているとき、前記電力用スイッチング素子が過電圧状態であると判定して、飽和電流増加指示信号を生成する過電圧検出回路と、前記短絡検出回路から前記ゲート電圧クランプ指示信号が出力されているとき、前記電力用スイッチング素子のゲート電圧をクランプ電圧値以内に保持させて、前記電力用スイッチング素子のコレクタ電流を規定電流値以内に保持させ、また前記過電圧検出回路から飽和電流増加指示信号が出力されているとき、前記電力用スイッチング素子のゲート電圧を上昇させて、前記電力用スイッチング素子の印加電圧を低下させるゲート電圧クランプ回路とを備えたことを特徴としている。   In order to achieve the above object, the present invention provides a gate driving device that controls the power switching element by controlling the gate voltage of the power switching element, wherein a pulse is applied to the gate of the power switching element. When the applied voltage of the power switching element does not decrease at this time, it is determined that a short circuit accident has occurred, and a short circuit detection circuit that generates a gate voltage clamp instruction signal and the power switching element are set in advance. When a voltage exceeding the voltage value is applied, it is determined that the power switching element is in an overvoltage state, and an overvoltage detection circuit that generates a saturation current increase instruction signal; and the gate voltage clamp instruction from the short circuit detection circuit When a signal is being output, the gate voltage of the power switching element is less than the clamp voltage value. To maintain the collector current of the power switching element within a specified current value, and when the saturation voltage increase instruction signal is output from the overvoltage detection circuit, the gate voltage of the power switching element is increased. And a gate voltage clamp circuit for lowering the voltage applied to the power switching element.

本発明によれば、電力スイッチング素子の印加電圧に応じて、前記電力スイッチング素子の飽和電流値を制御して、電力スイッチング素子に過大な電圧が印加されるのを防止しつつ、短絡事故などが発生したとき、電力スイッチング素子のゲート電圧をクランプ電圧値以内に保持させて、電力スイッチング素子に過大な電流が流れないようにし、電力スイッチング素子が破壊されるのを防止することができる。   According to the present invention, the saturation current value of the power switching element is controlled according to the applied voltage of the power switching element to prevent an excessive voltage from being applied to the power switching element, and a short circuit accident or the like can occur. When it occurs, the gate voltage of the power switching element can be held within the clamp voltage value so that an excessive current does not flow through the power switching element, and the power switching element can be prevented from being destroyed.

〈第1の実施形態〉
図1は本発明によるゲート駆動装置の第1の実施形態を示すブロック図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a gate driving apparatus according to the present invention.

この図に示すゲート駆動装置1aは、コレクタ、エミッタに対して電力変換装置のアームを構成する他のIGBTと直列に接続され、還流ダイオード2が並列に接続されたIGBT3のエミッタ電位を基準電位(接地電位)にした正側電源電圧を出力する正側ゲート駆動電圧源4と、IGBT3のエミッタ電位を基準電位(接地電位)にした負側電源電圧を出力する負側ゲート駆動電圧源5と、正側ゲート駆動電圧源4から出力される正側電源電圧、負側ゲート駆動電圧源5から出力される負側電源電圧を用いて指定された条件でパルスを生成するパルス発生回路6と、パルス発生回路6から出力されるパルスをIGBT3のゲートに導くゲート抵抗7と、IGBT3のコレクタ、エミッタ間電圧(分担電圧)が予め設定されている所定電圧値を超えているとき、これを検出して、IGBT3の分担電圧と所定電圧値との差分に比例した大きさの飽和電流増加指示信号を出力する過電圧検出回路8と、IGBT3のコレクタ、エミッタ間電圧を取り込み、パルス発生回路6からパルスが出力されている状態で、IGBT3に印加されている電圧が所定レベルまで低下しないとき、短絡事故が発生したと判定して、ゲート電圧クランプ指示信号を出力する短絡検出回路9と、過電圧検出回路8から飽和電流増加指示信号が出力されているとき、IGBT3のゲート電圧を上昇させて、IGBT3の飽和電流値を増大させ、また短絡検出回路9からゲート電圧クランプ指示信号が出力されているとき、IGBT3のゲート電圧を指定されたクランプ電圧値、例えばIGBT3の定格コレクタ電流値と同じ電流値、または2倍程度の電流値に抑えるのに必要な電圧値以内に保持するゲート電圧クランプ回路10とを備えている。   The gate drive device 1a shown in this figure is connected in series to another IGBT that constitutes the arm of the power converter with respect to the collector and emitter, and the emitter potential of the IGBT 3 to which the freewheeling diode 2 is connected in parallel is used as a reference potential ( A positive-side gate drive voltage source 4 that outputs a positive-side power supply voltage set to a ground potential), a negative-side gate drive voltage source 5 that outputs a negative-side power supply voltage using the emitter potential of the IGBT 3 as a reference potential (ground potential); A pulse generation circuit 6 for generating a pulse under a specified condition using the positive power supply voltage output from the positive gate drive voltage source 4 and the negative power supply voltage output from the negative gate drive voltage source 5; A gate resistor 7 for guiding a pulse output from the generation circuit 6 to the gate of the IGBT 3, and a predetermined voltage in which a voltage between the collector and emitter (shared voltage) of the IGBT 3 is set in advance. Overvoltage detection circuit 8 that detects this and outputs a saturation current increase instruction signal having a magnitude proportional to the difference between the shared voltage of IGBT 3 and a predetermined voltage value, and the collector-emitter voltage of IGBT 3 When the voltage applied to the IGBT 3 does not drop to a predetermined level while the pulse is output from the pulse generation circuit 6, it is determined that a short-circuit accident has occurred and a gate voltage clamp instruction signal is output. When the saturation current increase instruction signal is output from the short circuit detection circuit 9 and the overvoltage detection circuit 8, the gate voltage of the IGBT 3 is raised to increase the saturation current value of the IGBT 3, and the gate voltage clamp from the short circuit detection circuit 9 When the instruction signal is output, the gate voltage of the IGBT 3 is set to a specified clamp voltage value, for example, the rated voltage of the IGBT 3. And a gate voltage clamping circuit 10 which holds within required voltage value for suppressing the same current value as the motor current value or a current value of about two times.

上記構成のゲート駆動装置1aでは、パルス発生回路6から出力されるパルスに基づき、IGBT3のゲート電圧が上昇、下降させられて、これがオン/オフ制御される。これにより、IGBT3と、このIGBT3と直列に接続された他のIGBTとによって構成されるアーム、このアームと対になっているアーム(図示は省略する)によって、高い電圧の周波数変換、電圧変換などが行われる。   In the gate drive device 1a having the above-described configuration, the gate voltage of the IGBT 3 is increased or decreased based on the pulse output from the pulse generation circuit 6, and this is turned on / off. As a result, high voltage frequency conversion, voltage conversion, etc. are achieved by an arm constituted by the IGBT 3 and another IGBT connected in series with the IGBT 3 and an arm (not shown) paired with the arm. Is done.

また、IGBT3の飽和電流特性と、IGBT3と直列に接続された他のIGBTの飽和電流特性とがバラついて、他のIGBTの飽和電流値よりIGBT3の飽和電流値が小さいとすると、IGBT3の電圧が上昇し、IGBT3の分担電圧が所定電圧値を超えると、過電圧検出回路8によって、これが検知されて、所定電圧値とIGBT3の分担電圧との差分に比例した大きさの飽和電流増加指示信号が出力される。   Further, if the saturation current characteristics of the IGBT 3 and the saturation current characteristics of other IGBTs connected in series with the IGBT 3 vary, and the saturation current value of the IGBT 3 is smaller than the saturation current value of the other IGBT, the voltage of the IGBT 3 is When the voltage shared by the IGBT 3 exceeds the predetermined voltage value, the overvoltage detection circuit 8 detects this and outputs a saturation current increase instruction signal having a magnitude proportional to the difference between the predetermined voltage value and the voltage shared by the IGBT 3. Is done.

これにより、ゲート電圧クランプ回路10によって、IGBT3のゲート電圧が増加されて、IGBT3の飽和電流値が増加され、他の各IGBTの分担電圧と同じ電圧値までIGBT3の分担電圧が低下させられる。   As a result, the gate voltage of the IGBT 3 is increased by the gate voltage clamp circuit 10, the saturation current value of the IGBT 3 is increased, and the shared voltage of the IGBT 3 is lowered to the same voltage value as the shared voltage of each other IGBT.

また、IGBT3、他の各IGBTによって構成されるアーム、あるいはこのアームと対になっているアームなどにおいて、短絡事故などが発生し、パルス発生回路6からパルスが出力されても、IGBT3に印加されている電圧が所定レベルまで低下しないとき、IGBT3の電圧を監視している短絡検出回路9によって、短絡事故が発生したと判定されて、ゲート電圧クランプ指示信号が出力される。   In addition, even if a short circuit accident occurs in the arm constituted by the IGBT 3 or other IGBTs, or in an arm paired with this arm, etc., even if a pulse is output from the pulse generating circuit 6, it is applied to the IGBT 3. When the detected voltage does not drop to a predetermined level, the short circuit detection circuit 9 monitoring the voltage of the IGBT 3 determines that a short circuit accident has occurred and outputs a gate voltage clamp instruction signal.

これにより、ゲート電圧クランプ回路10によって、IGBT3のゲート電圧が予め設定されたクランプ電圧値以内にクランプされて、IGBT3のコレクタ電流値が定格コレクタ電流値と同じ電流値、または2倍程度の電流値まで下げられ、IGBT3の破壊が防止される。   As a result, the gate voltage clamp circuit 10 clamps the gate voltage of the IGBT 3 within a preset clamp voltage value, and the collector current value of the IGBT 3 is the same current value as the rated collector current value or a current value that is about twice as high. And the destruction of the IGBT 3 is prevented.

このように、この第1の実施形態では、パルス発生回路6からパルスが出力されているにもかかわらず、IGBT3に印加されている電圧が低下しないとき、IGBT3の電圧を監視している短絡検出回路9によって、短絡事故が発生したと判定させて、ゲート電圧クランプ回路10にIGBT3のゲート電圧をクランプさせ、またアームを構成する各IGBTの飽和電流特性のバラツキなどに起因して、他のIGBTの飽和電流値よりIGBT3の飽和電流値が小さいとすると、IGBT3の電圧が上昇し、IGBT3の分担電圧が増大し、所定電圧値を超えたとき、過電圧検出回路8によって、これを検知させて、ゲート電圧クランプ回路10にIGBT3のゲート電圧を増加させるようにしているので、IGBT3とともに、電力変換装置のアームを構成する各IGBTの印加電圧に応じて、IGBT3の飽和電流値を制御させて、IGBT3に過大な電圧が印加されるのを防止しつつ、短絡事故などが発生したとき、IGBT3のゲート電圧をクランプ電圧値以内に保持させて、IGBT3に過大な電流が流れないようにし、IGBT3が破壊されるのを防止することができる。   As described above, in the first embodiment, even when a pulse is output from the pulse generation circuit 6, when the voltage applied to the IGBT 3 does not decrease, the short-circuit detection that monitors the voltage of the IGBT 3 is performed. The circuit 9 determines that a short-circuit accident has occurred, causes the gate voltage clamp circuit 10 to clamp the gate voltage of the IGBT 3, and causes other IGBTs due to variations in saturation current characteristics of the IGBTs constituting the arm. If the saturation current value of the IGBT 3 is smaller than the saturation current value of the IGBT 3, the voltage of the IGBT 3 rises, the shared voltage of the IGBT 3 increases, and when it exceeds a predetermined voltage value, this is detected by the overvoltage detection circuit 8, Since the gate voltage of the IGBT 3 is increased in the gate voltage clamp circuit 10, the power conversion is performed together with the IGBT 3. When a short circuit accident or the like occurs while controlling the saturation current value of the IGBT 3 in accordance with the applied voltage of each IGBT that constitutes the stationary arm and preventing an excessive voltage from being applied to the IGBT 3, the IGBT 3 By keeping the gate voltage within the clamp voltage value, it is possible to prevent an excessive current from flowing through the IGBT 3 and to prevent the IGBT 3 from being destroyed.

また、この第1の実施形態では、パルス発生回路6からパルスが出力されているにもかかわらず、IGBT3に印加されている電圧が低下しないとき、IGBT3の電圧を監視している短絡検出回路9によって、短絡事故が発生したと判定させて、ゲート電圧クランプ回路10にIGBT3のゲート電圧をクランプさせ、IGBT3のコレクタ電流を定格コレクタ電流値の1倍乃至2倍の範囲以内に保持するようにしているので、短絡事故などが発生して、IGBT3のコレクタ電流が増加したとき、IGBT3のコレクタ電流を規定範囲内に保持させて、短絡事故に起因するIGBT3の破壊を未然に防止することができる。   In the first embodiment, the short-circuit detection circuit 9 that monitors the voltage of the IGBT 3 when the voltage applied to the IGBT 3 does not decrease even though the pulse is output from the pulse generation circuit 6. Therefore, it is determined that a short circuit accident has occurred, and the gate voltage clamp circuit 10 clamps the gate voltage of the IGBT 3 so that the collector current of the IGBT 3 is kept within a range of 1 to 2 times the rated collector current value. Therefore, when a short-circuit accident or the like occurs and the collector current of the IGBT 3 increases, the collector current of the IGBT 3 can be held within a specified range, thereby preventing the IGBT 3 from being destroyed due to the short-circuit accident.

〈第2の実施形態〉
図2は本発明によるゲート駆動装置の第2の実施形態を示すブロック図である。なお、この図において、図1の各部と対応する部分には、同じ符号が付してある。
<Second Embodiment>
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the gate driving apparatus according to the present invention. In this figure, parts corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

この図に示すゲート駆動装置1bが図1に示すゲート駆動装置1aと異なる点は、過電圧検出回路8から飽和電流増加指示信号が出力されているとき、IGBT3のゲートに電流を注入して、等価抵抗を減少させる可変電流源11を設け、IGBT3にサージ電圧などが印加されて、過電圧検出回路8から大きな値の飽和電流増加指示信号が出力されたとき、可変電流源11からIGBT3のゲートに電流を注入させて、IGBT3の等価抵抗を減少させ、サージ電圧などに起因するIGBT3の破壊を防止するようにしたことである。   The gate drive device 1b shown in this figure is different from the gate drive device 1a shown in FIG. 1 in that when the saturation voltage increase instruction signal is output from the overvoltage detection circuit 8, an equivalent current is injected into the gate of the IGBT 3 A variable current source 11 for reducing resistance is provided, and when a surge voltage or the like is applied to the IGBT 3 and a large value saturation current increase instruction signal is output from the overvoltage detection circuit 8, a current is supplied from the variable current source 11 to the gate of the IGBT 3 In order to reduce the equivalent resistance of the IGBT 3 and prevent the destruction of the IGBT 3 due to a surge voltage or the like.

このように、この第2の実施形態では、IGBT3にサージ電圧などが印加されて、過電圧検出回路8から大きな値の飽和電流増加指示信号が出力されたとき、可変電流源11からIGBT3のゲートに電流を注入させて、IGBT3の等価抵抗を減少させ、IGBT3の印加電圧を低減するようにしているので、IGBT3にサージ電圧などが印加されたとき、IGBT3のゲートに電流を注入させて、飽和電流値を上昇させ、IGBT3に耐電圧以上の電圧がかからないようにすることができるとともに、短絡事故などが発生したとき、短絡検出回路9によって、IGBT3のゲート電圧をクランプ電圧値以内にクランプさせて、IGBT3に過大な電流が流れないようにし、IGBT3が破壊されるのを防止することができる。   As described above, in the second embodiment, when a surge voltage or the like is applied to the IGBT 3 and a large value saturation instruction signal is output from the overvoltage detection circuit 8, the variable current source 11 supplies the gate of the IGBT 3. The current is injected to reduce the equivalent resistance of the IGBT 3 and the applied voltage of the IGBT 3 is reduced. Therefore, when a surge voltage or the like is applied to the IGBT 3, a current is injected into the gate of the IGBT 3 to obtain a saturation current. It is possible to increase the value so that the IGBT 3 is not applied with a voltage higher than the withstand voltage, and when a short circuit accident occurs, the short circuit detection circuit 9 clamps the gate voltage of the IGBT 3 within the clamp voltage value, It is possible to prevent an excessive current from flowing through the IGBT 3 and prevent the IGBT 3 from being destroyed.

また、この第2の実施形態においても、第1の実施形態と同様に、パルス発生回路6からパルスが出力されているにもかかわらず、IGBT3に印加されている電圧が低下しないとき、IGBT3の電圧を監視している短絡検出回路9によって、短絡事故が発生したと判定させ、ゲート電圧クランプ回路10にIGBT3のゲート電圧をクランプさせて、IGBT3のコレクタ電流を定格コレクタ電流値の1倍乃至2倍の範囲内に保持するようにしているので、短絡事故などが発生して、IGBT3のコレクタ電流が増加したとき、IGBT3のコレクタ電流値を規定範囲内に保持させて、短絡事故に起因するIGBT3の破壊を未然に防止することができる。   Also in the second embodiment, as in the first embodiment, when the pulse applied from the pulse generation circuit 6 does not decrease, the voltage applied to the IGBT 3 does not decrease. The short-circuit detection circuit 9 that monitors the voltage determines that a short-circuit accident has occurred, causes the gate voltage clamp circuit 10 to clamp the gate voltage of the IGBT 3, and causes the collector current of the IGBT 3 to be 1 to 2 times the rated collector current value. When the collector current of the IGBT 3 increases due to the occurrence of a short-circuit accident or the like, the IGBT 3 collector current value is held within the specified range and the IGBT 3 resulting from the short-circuit accident is generated. Can be prevented in advance.

〈第3の実施形態〉
図3は本発明によるゲート駆動装置の第3の実施形態を示すブロック図である。なお、この図において、図1の各部と対応する部分には、同じ符号が付してある。
<Third Embodiment>
FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment of a gate driving apparatus according to the present invention. In this figure, parts corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

この図に示すゲート駆動装置1cが図1に示すゲート駆動装置1aと異なる点は、過電圧検出回路8から飽和電流増加指示信号が出力されているとき、IGBT3のゲートに電流を注入して、等価抵抗を減少させるとともに、ゲート電圧クランプ回路10に電流を供給して、クランプ電圧を上昇させる可変電流源12を設け、IGBT3にサージ電圧などが印加されて、過電圧検出回路8から飽和電流増加指示信号が出力されているとき、可変電流源12からゲート電圧クランプ回路10に電流を供給させて、IGBT3のゲート電圧(クランプ電圧)を上昇させつつ、可変電流源12からIGBT3のゲートに電流を注入させて、IGBT3の等価抵抗を減少させ、サージ電圧などに起因するIGBT3の破壊を防止するようにしたこことである。   The gate drive device 1c shown in this figure is different from the gate drive device 1a shown in FIG. 1 in that when the saturation voltage increase instruction signal is output from the overvoltage detection circuit 8, an equivalent current is injected into the gate of the IGBT 3 A variable current source 12 for reducing the resistance and supplying a current to the gate voltage clamp circuit 10 to increase the clamp voltage is provided, and a surge voltage or the like is applied to the IGBT 3 so that a saturation current increase instruction signal is output from the overvoltage detection circuit 8. Is output from the variable current source 12 to the gate voltage clamp circuit 10 to increase the gate voltage (clamp voltage) of the IGBT 3 and to inject current from the variable current source 12 to the gate of the IGBT 3. In this case, the equivalent resistance of the IGBT 3 is reduced and the destruction of the IGBT 3 due to a surge voltage or the like is prevented. A.

ゲート電圧クランプ回路10は、図4の回路図に示す如くソースが接地ライン13に接続され、ゲートが短絡検出回路9の出力端子に接続されるクランプオン/オフ用の電界効果トランジスタ14と、アノードが電界効果トランジスタ14のドレインに接続されるクランプ電圧生成用のツェナーダイオード15と、一端がツェナーダイオード15のカソードに接続され、他端が可変電流源12の出力端子に接続されるクランプ電圧上昇用の抵抗16と、ベースが抵抗16の他端に接続され、コレクタが接地ライン13に接続され、エミッタがIGBT3のゲートに接続されるクランプ用のトランジスタ17とを備えている。   As shown in the circuit diagram of FIG. 4, the gate voltage clamp circuit 10 includes a field effect transistor 14 for clamping on / off, the source of which is connected to the ground line 13 and the gate of which is connected to the output terminal of the short circuit detection circuit 9, and the anode. Is connected to the drain of the field effect transistor 14 for generating a clamp voltage, and one end is connected to the cathode of the Zener diode 15 and the other end is connected to the output terminal of the variable current source 12 for increasing the clamp voltage. A resistor 16, a base connected to the other end of the resistor 16, a collector connected to the ground line 13, and an emitter connected to the gate of the IGBT 3.

そして、IGBT3、他の各IGBTによって構成されるアーム、あるいはこのアームと対になっているアームなどにおいて、短絡事故などが発生し、パルス発生回路7からパルスが出力されても、IGBT3に印加されている電圧が所定レベルまで低下しなくなり、IGBT3の電圧を監視している短絡検出回路9によって、短絡事故が発生したと判定され、ゲート電圧クランプ指示信号が出力される。   Even if a short circuit accident or the like occurs in the IGBT 3, an arm constituted by other IGBTs, or an arm paired with this IGBT, even if a pulse is output from the pulse generation circuit 7, it is applied to the IGBT 3. Therefore, the short-circuit detection circuit 9 that monitors the voltage of the IGBT 3 determines that a short-circuit accident has occurred and outputs a gate voltage clamp instruction signal.

これにより、電界効果トランジスタ14がオン状態になり、IGBT3のゲート→トランジスタ17→抵抗16→ツェナーダイオード15→電界効果トランジスタ14→接地ライン13なる経路で、IGBT3のベースから接地ラインに電流が流されて、IGBT3のベース電圧がクランプ電圧値まで下げられるとともに、IGBT3のコレクタ電流が定格コレクタ電流値と同じ電流値、または2倍程度の電流値まで、下げられて、IGBT3の破壊が防止される。   As a result, the field effect transistor 14 is turned on, and a current flows from the base of the IGBT 3 to the ground line through the path of the gate of the IGBT 3 → the transistor 17 → the resistor 16 → the Zener diode 15 → the field effect transistor 14 → the ground line 13. As a result, the base voltage of the IGBT 3 is lowered to the clamp voltage value, and the collector current of the IGBT 3 is lowered to the same current value as the rated collector current value or a current value that is about twice that of the rated collector current value, thereby preventing the IGBT 3 from being destroyed.

この状態で、サージ電圧などによって、IGBT3が過電圧状態になり、過電圧検出回路8から飽和電流増加指示信号が出力されると、可変電流源12によって、これが検知され、可変電流源12→抵抗16→ツェナーダイオード15→電界効果トランジスタ14→接地ライン13なる経路で、抵抗16に電流が供給されて、抵抗16の両端間電圧が高められ、トランジスタ17のベース電圧、エミッタ電圧が上昇させられるとともに、可変電流源12→IGBT3のゲートなる経路で、IGBT3のゲートに供給されて、ゲート電圧が高められる。   In this state, when the IGBT 3 enters an overvoltage state due to a surge voltage or the like and a saturation current increase instruction signal is output from the overvoltage detection circuit 8, this is detected by the variable current source 12, and the variable current source 12 → resistor 16 → A current is supplied to the resistor 16 through the path of the Zener diode 15 → the field effect transistor 14 → the ground line 13, the voltage across the resistor 16 is increased, the base voltage and the emitter voltage of the transistor 17 are increased, and variable. The current source 12 → the gate of the IGBT3 is supplied to the gate of the IGBT3 to increase the gate voltage.

これにより、IGBT3のコレクタ電流が一時的に増加させられて、コレクタ電圧が下げられ、サージ電圧などに起因するIGBT3の破壊が防止される。   As a result, the collector current of the IGBT 3 is temporarily increased, the collector voltage is lowered, and the destruction of the IGBT 3 due to a surge voltage or the like is prevented.

このように、この第3の実施形態では、短絡検出回路9によって、短絡事故の発生が検知されて、ゲート電圧クランプ回路10がIGBT3のゲートをクランプ電圧値以下に保持させている状態で、IGBT3にサージ電圧などが印加されて、過電圧検出回路8から飽和電流増加指示信号が出力されたとき、可変電流源12からIGBT3のゲートに電流を注入させて、IGBT3の等価抵抗を減少させつつ、可変電流源12からゲート電圧クランプ回路10に電流を供給させて、IGBT3のゲート電圧を上昇させるようにしているので、短絡事故などが発生したとき、IGBT3のゲート電圧をクランプ電圧値以下にクランプさせて、IGBT3に過大な電流が流れないようにし、IGBT3が破壊されるのを防止しつつ、IGBT3にサージ電圧が印加されたとき、IGBT3のゲートに電流を注入させつつ、ゲート電圧クランプ回路10のクランプ電圧を上昇させて、IGBT3のゲート電圧を上昇させ、IGBT3が破壊されるのを防止することができる。   Thus, in the third embodiment, the occurrence of a short-circuit accident is detected by the short-circuit detection circuit 9, and the IGBT 3 is in a state where the gate voltage clamp circuit 10 keeps the gate of the IGBT 3 below the clamp voltage value. When a surge voltage or the like is applied to the overvoltage detection circuit 8 and a saturation current increase instruction signal is output from the overvoltage detection circuit 8, a current is injected from the variable current source 12 to the gate of the IGBT 3 to reduce the equivalent resistance of the IGBT 3 and Since the current is supplied from the current source 12 to the gate voltage clamp circuit 10 to increase the gate voltage of the IGBT 3, the gate voltage of the IGBT 3 is clamped to a clamp voltage value or less when a short circuit accident occurs. , Prevent excessive current from flowing through the IGBT 3 and prevent the IGBT 3 from being destroyed. When a charge voltage is applied, the clamp voltage of the gate voltage clamp circuit 10 is increased while injecting a current into the gate of the IGBT 3, thereby increasing the gate voltage of the IGBT 3 and preventing the IGBT 3 from being destroyed. Can do.

また、この第3の実施形態では、IGBT3にサージ電圧が印加されたとき、可変電流源12から電流を出力させて、可変電流源12→抵抗16→ツェナーダイオード15→電界効果トランジスタ14→接地ライン13なる経路で、抵抗16に電流を流して、抵抗16の両端間に生じる電圧を増大させ、トランジスタ17のベース電圧を上昇させるようにしているので、抵抗16など、安価なデバイス、簡単な回路を使用させて、製造コストを低く抑えつつ、短絡事故などが発生し、IGBT3のゲート電圧がクランプされている状態で、IGBT3にサージ電圧が印加されたとき、クランプ電圧を一時的に上昇させて、IGBT3のコレクタ電流を一時的に上昇させ、IGBT3の破壊を防止することができる。   In the third embodiment, when a surge voltage is applied to the IGBT 3, a current is output from the variable current source 12, and the variable current source 12 → the resistor 16 → the Zener diode 15 → the field effect transistor 14 → the ground line. Since a current is passed through the resistor 16 through a path 13 to increase the voltage generated across the resistor 16 and the base voltage of the transistor 17 is increased, an inexpensive device such as the resistor 16 or a simple circuit is provided. When the surge voltage is applied to the IGBT 3 while the gate voltage of the IGBT 3 is clamped while the manufacturing cost is kept low and the gate voltage of the IGBT 3 is clamped, the clamp voltage is temporarily increased. The collector current of the IGBT 3 can be temporarily increased to prevent the IGBT 3 from being destroyed.

また、この第3の実施形態においても、第1、第2の実施形態と同様に、パルス発生回路6からパルスが出力されているにもかかわらず、IGBT3に印加されている電圧が低下しないとき、IGBT3の電圧を監視している短絡検出回路9によって、短絡事故が発生したと判定させ、ゲート電圧クランプ回路10にIGBT3のゲート電圧をクランプさせて、IGBT3のコレクタ電流値を定格コレクタ電流値の1倍乃至2倍の範囲内に保持するようにしているので、短絡事故などが発生して、IGBT3のコレクタ電流が増加したとき、IGBT3のコレクタ電流値を規定範囲内に保持させて、短絡事故に起因するIGBT3の破壊を未然に防止することができる。   Also in the third embodiment, similarly to the first and second embodiments, the voltage applied to the IGBT 3 does not decrease even though the pulse is output from the pulse generation circuit 6. The short-circuit detection circuit 9 monitoring the voltage of the IGBT 3 determines that a short-circuit accident has occurred, causes the gate voltage clamp circuit 10 to clamp the gate voltage of the IGBT 3, and sets the collector current value of the IGBT 3 to the rated collector current value. Since it is held within the range of 1 to 2 times, when a short circuit accident occurs and the collector current of the IGBT 3 increases, the collector current value of the IGBT 3 is held within the specified range, and a short circuit accident occurs. It is possible to prevent the IGBT 3 from being destroyed due to the above.

〈他の実施形態〉
上述した第1〜第3の実施形態では、短絡検出回路9からゲート電圧クランプ指示信号が出力されているとき、ゲート電圧クランプ回路10によって、IGBT3のゲート電圧をクランプさせて、IGBT6に過大な短絡電流が流れないようにし、IGBT3が破壊されるのを防止するようにしているが、短絡検出回路9からゲート電圧クランプ指示信号が出力されているとき、パルス発生回路6のパルス発生動作を停止させて、IGBT3のゲートに対するパルス供給を遮断するようにしても良い。
<Other embodiments>
In the first to third embodiments described above, when the gate voltage clamp instruction signal is output from the short circuit detection circuit 9, the gate voltage clamp circuit 10 causes the gate voltage of the IGBT 3 to be clamped to cause an excessive short circuit to the IGBT 6. The current is prevented from flowing and the IGBT 3 is prevented from being destroyed, but when the gate voltage clamp instruction signal is output from the short circuit detection circuit 9, the pulse generation operation of the pulse generation circuit 6 is stopped. Thus, the pulse supply to the gate of the IGBT 3 may be cut off.

これにより、短絡事故などが発生したとき、IGBT3をオフ状態に保持させて、IGBT3にコレクタ電流が流れるのを防止し、短絡事故に起因するIGBT3の破壊を未然に防止することができる。   Thereby, when a short circuit accident etc. generate | occur | produces, IGBT3 is hold | maintained in an OFF state, it can prevent that collector current flows into IGBT3, and destruction of IGBT3 resulting from a short circuit accident can be prevented beforehand.

また、上述した第1〜第3の実施形態では、短絡検出回路9からゲート電圧クランプ指示信号が出力されているとき、ゲート電圧クランプ回路10によって、IGBT3のゲート電圧をクランプさせて、IGBT3に過大な短絡電流が流れないようにして、IGBT3が破壊されるのを防止するようにしているが、短絡検出回路9からゲート電圧クランプ指示信号が出力されているとき、短絡検知信号を生成する信号伝送回路を設け、この信号伝送回路から出力される短絡検知信号を電力変換装置の主制御回路などに伝送させて、主制御回路の制御の下に、パルス発生回路6の動作を停止するようにしても良い。   In the first to third embodiments described above, when the gate voltage clamp instruction signal is output from the short circuit detection circuit 9, the gate voltage clamp circuit 10 clamps the gate voltage of the IGBT 3 to overload the IGBT 3. In order to prevent the IGBT 3 from being destroyed by preventing a short-circuit current from flowing, signal transmission for generating a short-circuit detection signal when a gate voltage clamp instruction signal is output from the short-circuit detection circuit 9 A circuit is provided, and a short-circuit detection signal output from the signal transmission circuit is transmitted to the main control circuit of the power converter, and the operation of the pulse generation circuit 6 is stopped under the control of the main control circuit. Also good.

これにより、短絡事故などが発生したとき、電力変換装置の主制御回路に短絡事故の発生を知らせて、電力変換装置を構成する各IGBTに対するパルス供給などを同時に停止させて、各IGBTのいずれかに負荷が集中するのを防止し、各IGBTの破壊を防止することができる。   As a result, when a short-circuit accident or the like occurs, the main control circuit of the power conversion apparatus is notified of the occurrence of the short-circuit accident, and the pulse supply to each IGBT constituting the power conversion apparatus is stopped at the same time. It is possible to prevent the load from concentrating on each other and to prevent the destruction of each IGBT.

また、上述した第1〜第3の実施形態では、ゲート駆動装置1a〜1cによって、IGBT3を制御するようにしているが、MOSFETなど、他のノンラッチ型電力スイッチング素子を制御するようにしても良い。   In the first to third embodiments described above, the IGBT 3 is controlled by the gate driving devices 1a to 1c. However, other non-latch type power switching elements such as MOSFETs may be controlled. .

また、上述した第1〜第3の実施形態では、パルス発生回路6からパルスが出力されているにもかかわらず、IGBT3に印加されている電圧が所定レベルまで低下しないとき、IGBT3の電圧を監視している短絡検出回路9によって、短絡事故が発生したと判定させ、ゲート電圧クランプ回路10にIGBT3のゲート電圧をクランプさせて、IGBT3のコレクタ電流を定格コレクタ電流値の1倍乃至2倍の範囲(メーカ側の遮断動作保証範囲で、電力変換装置の出力電流値より大きな電流値)内に収めるようにしている。   In the first to third embodiments described above, the voltage of the IGBT 3 is monitored when the voltage applied to the IGBT 3 does not decrease to a predetermined level even though the pulse is output from the pulse generation circuit 6. The short-circuit detection circuit 9 determines that a short-circuit accident has occurred, causes the gate voltage clamp circuit 10 to clamp the gate voltage of the IGBT 3, and causes the collector current of the IGBT 3 to range from 1 to 2 times the rated collector current value. (The current value is larger than the output current value of the power conversion device within the guaranteed operation range of the manufacturer).

このようにしても、実際のIGBT3では、通常運転時に、定格コレクタ電流値を下回るコレクタ電流となることが多く、またIGBT3が短絡状態になったときにも、負荷となっている電動機や、電力系統が持つ大きなインダクタンス成分のために、電力変換装置の出力電流がほぼ一定の電流値になることから、短絡事故が発生したとき、IGBT3のコレクタ電流を定格コレクタ電流値の1倍乃至2倍の範囲内にしておけば、電力変換装置の最大出力電流値より、IGBT3に流れる電流を大きくすることができる。   Even in this case, the actual IGBT 3 often has a collector current that is lower than the rated collector current value during normal operation, and when the IGBT 3 is in a short circuit state, Due to the large inductance component of the system, the output current of the power converter becomes a substantially constant current value. Therefore, when a short circuit accident occurs, the collector current of the IGBT 3 is 1 to 2 times the rated collector current value. If it is within the range, the current flowing through the IGBT 3 can be made larger than the maximum output current value of the power converter.

しかしながら、IGBT3に取りつけられた放熱器などの性能が高いときには、放熱性能に余裕がある分だけ、メーカ側の遮断動作保証範囲を超えるようにして、短絡事故時の電流容量を増大させ、短絡事故に対する耐性を高めるようにしても良い。   However, when the performance of a heatsink attached to the IGBT3 is high, the current capacity at the time of a short-circuit accident is increased by exceeding the manufacturer's cut-off operation guarantee range by the amount of margin for the heat dissipation performance, and the short-circuit accident You may make it raise the tolerance with respect to.

本発明によるゲート駆動装置の第1の実施形態を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a first embodiment of a gate driving device according to the present invention. FIG. 本発明によるゲート駆動装置の第2の実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 2nd Embodiment of the gate drive device by this invention. 本発明によるゲート駆動装置の第3の実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 3rd Embodiment of the gate drive device by this invention. 図3に示すゲート電圧クランプ回路の具体的な構成例を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a specific configuration example of a gate voltage clamp circuit shown in FIG. 3. 従来から知られているゲート駆動装置の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the gate drive device known conventionally.

符号の説明Explanation of symbols

1a,1b,1c:ゲート駆動装置
2:還流ダイオード
3:IGBT
4:正側ゲート駆動電圧源
5:負側ゲート駆動電圧源
6:パルス発生回路
7:ゲート抵抗
8:過電圧検出回路
9:短絡検出回路
10:ゲート電圧クランプ回路
11,12:可変電流源
13:接地ライン
14:電界効果トランジスタ
15:ツェナーダイオード
16:抵抗
17:トランジスタ
1a, 1b, 1c: Gate drive device 2: Freewheeling diode 3: IGBT
4: Positive side gate drive voltage source 5: Negative side gate drive voltage source 6: Pulse generation circuit 7: Gate resistance 8: Overvoltage detection circuit 9: Short circuit detection circuit 10: Gate voltage clamp circuit 11, 12: Variable current source 13: Ground line 14: Field effect transistor 15: Zener diode 16: Resistor 17: Transistor

Claims (8)

電力用スイッチング素子のゲート電圧を制御することにより当該電力用スイッチング素子を駆動制御するゲート駆動装置において、
前記電力用スイッチング素子のゲートにパルスが印加された際に前記電力用スイッチング素子の印加電圧が低下しないとき、短絡事故が発生したと判定して、ゲート電圧クランプ指示信号を生成する短絡検出回路と、
前記電力用スイッチング素子に予め設定されている電圧値を超える電圧が印加されているとき、前記電力用スイッチング素子が過電圧状態であると判定して、飽和電流増加指示信号を生成する過電圧検出回路と、
前記短絡検出回路から前記ゲート電圧クランプ指示信号が出力されているとき、前記電力用スイッチング素子のゲート電圧をクランプ電圧値以内に保持させて、前記電力用スイッチング素子のコレクタ電流を規定電流値以内に保持させ、また前記過電圧検出回路から飽和電流増加指示信号が出力されているとき、前記電力用スイッチング素子のゲート電圧を上昇させて、前記電力用スイッチング素子の印加電圧を低下させるゲート電圧クランプ回路と、
を備えたことを特徴とするゲート駆動装置。
In a gate drive device that drives and controls the power switching element by controlling the gate voltage of the power switching element,
A short-circuit detection circuit that determines that a short-circuit accident has occurred and generates a gate voltage clamp instruction signal when a voltage applied to the power switching element does not decrease when a pulse is applied to the gate of the power switching element; ,
An overvoltage detection circuit that determines that the power switching element is in an overvoltage state when a voltage exceeding a preset voltage value is applied to the power switching element, and generates a saturation current increase instruction signal; ,
When the gate voltage clamp instruction signal is output from the short circuit detection circuit, the gate voltage of the power switching element is kept within a clamp voltage value, and the collector current of the power switching element is within a specified current value. And a gate voltage clamp circuit that raises a gate voltage of the power switching element and lowers an applied voltage of the power switching element when a saturation current increase instruction signal is output from the overvoltage detection circuit. ,
A gate driving device comprising:
請求項1に記載のゲート駆動装置において、
前記過電圧検出回路から前記ゲート電圧クランプ指示信号が出力されているとき、前記電力用スイッチング素子のゲートに電流を注入して等価抵抗を減少させる可変電流源を設けた、
ことを特徴とするゲート駆動装置。
The gate driving device according to claim 1,
When the gate voltage clamp instruction signal is output from the overvoltage detection circuit, a variable current source is provided that injects a current into the gate of the power switching element to reduce an equivalent resistance.
A gate driving device characterized by that.
請求項1に記載のゲート駆動装置において、
前記過電圧検出回路から前記ゲート電圧クランプ指示信号が出力されているとき、前記電力用スイッチング素子のゲートに電流を注入して、等価抵抗を減少させるとともに、前記ゲート電圧クランプ回路に電流を供給して、前記クランプ電圧を上昇させる可変電流源を設けた、
ことを特徴とするゲート駆動装置。
The gate driving device according to claim 1,
When the gate voltage clamp instruction signal is output from the overvoltage detection circuit, current is injected into the gate of the power switching element to reduce the equivalent resistance and supply current to the gate voltage clamp circuit. A variable current source for increasing the clamp voltage is provided;
A gate driving device characterized by that.
請求項3に記載のゲート駆動装置において、
前記ゲート電圧クランプ回路は、前記短絡検出回路から前記ゲート電圧クランプ指示信号が出力されている状態で、前記可変電流源から電流が出力されているとき、クランプ電圧を一時的に上昇させ、前記電力用スイッチング素子のコレクタ電流を一時的に増加させる、
ことを特徴とするゲート駆動装置。
The gate driving apparatus according to claim 3, wherein
The gate voltage clamp circuit temporarily increases a clamp voltage when the current is output from the variable current source in a state where the gate voltage clamp instruction signal is output from the short circuit detection circuit, and the power Temporarily increase the collector current of the switching element for
A gate driving device characterized by that.
請求項1乃至4のいずれか1項に記載のゲート駆動装置において、
前記ゲート電圧クランプ回路は、前記短絡検出回路から前記ゲート電圧クランプ指示信号が出力されているとき、前記電力用スイッチング素子のゲート電圧をクランプ電圧値以内に保持させて、前記電力用スイッチング素子のコレクタ電流値を定格コレクタ電流値の1倍乃至2倍の範囲内に保持する、
ことを特徴とするゲート駆動装置。
The gate drive device according to any one of claims 1 to 4,
The gate voltage clamp circuit holds the gate voltage of the power switching element within a clamp voltage value when the gate voltage clamp instruction signal is output from the short circuit detection circuit, and the collector of the power switching element Keep the current value within the range of 1 to 2 times the rated collector current value,
A gate driving device characterized by that.
請求項1乃至5のいずれか1項に記載のゲート駆動装置において、
前記ゲート電圧クランプ回路は、前記短絡検出回路から前記ゲート電圧クランプ指示信号が出力されているとき、前記電力用スイッチング素子のゲートに対するパルス入力を遮断する、
ことを特徴とするゲート駆動装置。
The gate drive device according to any one of claims 1 to 5,
The gate voltage clamp circuit shuts off a pulse input to the gate of the power switching element when the gate voltage clamp instruction signal is output from the short circuit detection circuit.
A gate driving device characterized by that.
請求項1乃至6のいずれか1項に記載のゲート駆動装置において、
前記短絡検出回路によって、短絡事故が発生したと判定されたとき、短絡検知信号を生成して、外部機器に伝送する信号伝送回路、
を備えたことを特徴とするゲート駆動装置。
The gate drive device according to any one of claims 1 to 6,
When it is determined by the short-circuit detection circuit that a short-circuit accident has occurred, a signal transmission circuit that generates a short-circuit detection signal and transmits it to an external device,
A gate driving device comprising:
請求項1乃至7のいずれか1項に記載のゲート駆動装置において、
前記電力スイッチング素子は、他の電力スイッチング素子と直列接続されて、電力変換装置のアームを構成する、
ことを特徴とするゲート駆動装置。
In the gate drive device according to any one of claims 1 to 7,
The power switching element is connected in series with another power switching element to constitute an arm of a power converter.
A gate driving device characterized by that.
JP2004257043A 2004-09-03 2004-09-03 Gate drive device Active JP4901083B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004257043A JP4901083B2 (en) 2004-09-03 2004-09-03 Gate drive device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004257043A JP4901083B2 (en) 2004-09-03 2004-09-03 Gate drive device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006074937A true JP2006074937A (en) 2006-03-16
JP4901083B2 JP4901083B2 (en) 2012-03-21

Family

ID=36154927

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004257043A Active JP4901083B2 (en) 2004-09-03 2004-09-03 Gate drive device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4901083B2 (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006094654A (en) * 2004-09-24 2006-04-06 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp Power conversion apparatus using gate control method of self arc-method for controlling gate of self arc-extinguishing type device connected in multiple series, and power conversion device using this method
JP2008017558A (en) * 2006-07-03 2008-01-24 Toshiba Corp Switching element drive circuit
GB2458704A (en) * 2008-03-28 2009-09-30 Bombardier Transp Gmbh An improved overcurrent protection circuit for an IGBT in an inverter
JP2012217087A (en) * 2011-04-01 2012-11-08 Denso Corp Load drive device
US8729929B2 (en) 2012-02-16 2014-05-20 Denso Corporation Gate driving circuit
US8884660B2 (en) 2012-10-18 2014-11-11 Denso Corporation Driver for switching element and control system for machine using the same
CN109494970A (en) * 2018-12-27 2019-03-19 北京金风科创风电设备有限公司 IGBT (insulated Gate Bipolar transistor) driving circuit, control method thereof and converter
US10554037B2 (en) 2016-01-15 2020-02-04 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor apparatus
CN112134256A (en) * 2019-06-25 2020-12-25 株式会社东芝 Power conversion device
JP2022023919A (en) * 2016-06-15 2022-02-08 テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド Overvoltage protection and short-circuit withstanding for gallium nitride devices

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07297358A (en) * 1994-04-28 1995-11-10 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor power module and power converter
JPH1117508A (en) * 1997-06-20 1999-01-22 Toshiba Corp Power module and power converter
JPH11262242A (en) * 1998-03-12 1999-09-24 Toshiba Corp Semiconductor element drive circuit and power conversion device using the same
JP2002142445A (en) * 2000-11-07 2002-05-17 Toshiba Corp Power-converting device
JP2003079129A (en) * 2001-09-04 2003-03-14 Hitachi Ltd Gate drive circuit and power converter using the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07297358A (en) * 1994-04-28 1995-11-10 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor power module and power converter
JPH1117508A (en) * 1997-06-20 1999-01-22 Toshiba Corp Power module and power converter
JPH11262242A (en) * 1998-03-12 1999-09-24 Toshiba Corp Semiconductor element drive circuit and power conversion device using the same
JP2002142445A (en) * 2000-11-07 2002-05-17 Toshiba Corp Power-converting device
JP2003079129A (en) * 2001-09-04 2003-03-14 Hitachi Ltd Gate drive circuit and power converter using the same

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006094654A (en) * 2004-09-24 2006-04-06 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp Power conversion apparatus using gate control method of self arc-method for controlling gate of self arc-extinguishing type device connected in multiple series, and power conversion device using this method
JP2008017558A (en) * 2006-07-03 2008-01-24 Toshiba Corp Switching element drive circuit
GB2458704A (en) * 2008-03-28 2009-09-30 Bombardier Transp Gmbh An improved overcurrent protection circuit for an IGBT in an inverter
JP2012217087A (en) * 2011-04-01 2012-11-08 Denso Corp Load drive device
US8729929B2 (en) 2012-02-16 2014-05-20 Denso Corporation Gate driving circuit
US8884660B2 (en) 2012-10-18 2014-11-11 Denso Corporation Driver for switching element and control system for machine using the same
US10554037B2 (en) 2016-01-15 2020-02-04 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor apparatus
JP2022023919A (en) * 2016-06-15 2022-02-08 テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド Overvoltage protection and short-circuit withstanding for gallium nitride devices
JP7172005B2 (en) 2016-06-15 2022-11-16 テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド Overvoltage protection and short-circuit immunity for gallium nitride devices
CN109494970A (en) * 2018-12-27 2019-03-19 北京金风科创风电设备有限公司 IGBT (insulated Gate Bipolar transistor) driving circuit, control method thereof and converter
CN112134256A (en) * 2019-06-25 2020-12-25 株式会社东芝 Power conversion device
CN112134256B (en) * 2019-06-25 2024-04-16 株式会社东芝 Power conversion device

Also Published As

Publication number Publication date
JP4901083B2 (en) 2012-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11139808B2 (en) Semiconductor device and power conversion system
US7368972B2 (en) Power transistor control device
JP6402591B2 (en) Semiconductor device
US6597590B2 (en) 3-Level inverter apparatus
JP5057713B2 (en) Switching element drive circuit
JP3932841B2 (en) Semiconductor power converter
JP2005109162A (en) Overvoltage protective circuit of output mos transistor
JP2008079475A (en) Semiconductor device
JP2009253484A (en) Power conversion device
JP2017112823A (en) System and method for overcurrent protection for field controlled switch
JP4901083B2 (en) Gate drive device
JP2009213305A (en) Power converter
JP2018011467A (en) Gate drive circuit for semiconductor switching element
US5737200A (en) Semiconductor device protection method
CN212413046U (en) Soft-off active clamping protection circuit and power supply system
WO2019171509A1 (en) Switching device and method for controlling switching device
JPH11262242A (en) Semiconductor element drive circuit and power conversion device using the same
JP2003199325A (en) Device for protecting power component against surge voltage
WO2023135885A1 (en) Driving device of semiconductor switching element and power conversion device
JP2006352931A (en) Switching element protection circuit
CN208143086U (en) Active clamp circuit and switching circuit
JP2007189828A (en) Drive circuit of semiconductor device
JP3199910B2 (en) Overcurrent protection circuit for voltage-driven self-extinguishing element
US20140184308A1 (en) Systems and methods for control of power semiconductor devices
JP2017034770A (en) Gate drive circuit and power conversion device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070403

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100216

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100218

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100419

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100629

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100928

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20101001

A912 Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20101210

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111114

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20111227

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4901083

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150113

Year of fee payment: 3