JP2006074937A - Gate drive - Google Patents
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Abstract
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
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
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
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
〈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
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
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
〈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
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
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
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
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
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
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-
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
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
〈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
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
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
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
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
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.
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
Claims (8)
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:
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.
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.
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.
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.
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.
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:
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.
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