JP2013027307A

JP2013027307A - Ｉｇｂｔ駆動方法

Info

Publication number: JP2013027307A
Application number: JP2012161511A
Authority: JP
Inventors: Gyeong Ho Lee; ギョンホリ; Hae Yong Park; ヘヨンパク; Seung Hyun Bang; スンヒュンバン; Jung Wook Sim; ジュウクシム; Won-Joon Choe; ウォンジュンチェ; Min Jee Kim; ミンジキム
Original assignee: LSIS Co Ltd; LS Industrial Systems Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2011-07-22
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2013-02-04
Also published as: EP2549650A1; KR20130011812A; US20130021067A1; US8723591B2; CN102891669A

Abstract

【課題】本発明は、ＩＧＢＴの制御信号のゲート−エミッタ電圧の傾きを制御するＩＧＢＴ駆動方法を提供する。
【解決手段】本発明によるＩＧＢＴ駆動方法によって、ＩＧＢＴのゲート−エミッタ間電圧の傾きを低減して、ＩＧＢＴの両端に印加される過度電圧を低減できる。
【選択図】図４Ａ

Description

本発明は絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＩＧＢＴ）に関し、より詳細には限流器用電力素子として使われるＩＧＢＴを駆動するための方法に関する。

一般に、ＩＧＢＴはゲート−エミッタ端子を介した電圧駆動素子で、バイポーラ接合トランジスタ（Ｂｉｐｏｌａｒｊｕｎｃｔｉｏｎｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＢＪＴ）と金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＭＯＳＦＥＴ）の長所を組み合わせた素子である。

ＩＧＢＴは、ＭＯＳＦＥＴと同様に高入力インピーダンスを有し、ＢＪＴと同様に低いオン状態導通損失特性を有する。

図１Ａは、ＩＧＢＴの記号を示したものである。図１Ａにおいて、Ｄはダイオードを、Ｃはコレクタを、Ｅはエミッタを、Ｇはゲートをそれぞれ示す。

図１Ｂは、ＩＧＢＴの電流遮断（ｔｕｒｎ−ｏｆｆ）特性を説明するためのグラフである。ゲート静電容量により、ゲート電圧が閾値電圧を超えると、ＩＧＢＴは導通（ｔｕｒｎ−ｏｎ）し、閾値電圧以下に落ちるとターンオフする。

ＩＧＢＴのスイッチング時に発生するコレクタ−エミッタ電圧（Ｖ_ＣＥ）は、通電線路の浮遊インダクタンスによる過度電圧と入力電圧だけ発生するようになる。このような過度電圧の大きさを制限するＩＧＢＴ駆動技術が求められる。

図２は、従来のＩＧＢＴ駆動方法を説明するための構成図である。

図面に示したように、従来のＩＧＢＴ１００と受動素子（Ｒ、Ｌ、Ｃ）２００が並列に構成された並列回路において、ＩＧＢＴ１００側に流れる電流の遮断動作時にＩＧＢＴの両端に過度電圧（Ｖｃｅ）が生じる。このような過度電圧は、ＩＧＢＴ１００の破損に絶対的な影響を及ぼすこととなる。

従来のＩＧＢＴ回路において、過度電圧を防止するために、スナーバ回路３００を並列に連結して使っている。スナーバとは、半導体デバイスの過度電圧を緩和するために使われる補助回路素子あるいは素子の組み合せをいう。主にＲＣ(抵抗−キャパシター)またはＲＣＤ(抵抗−キャパシター−ダイオード)で構成される。

しかし、このようなスナーバ回路３００は、高電圧設計時にさらに多くの受動電力素子を要し、このような受動素子は、ＩＧＢＴの動作時に追加的な損失を招く恐れがある。

本発明が解決しようとする技術的課題は、ＩＧＢＴの制御信号のゲート−エミッタ電圧の傾きを制御するＩＧＢＴ駆動方法を提供することにある。

上記のような技術的課題を解決するために、絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ(ＩＧＢＴ)のドライバー集積回路(ＩＣ)において、ＩＧＢＴのターンオフ時にＩＧＢＴの両端に印加される過度電圧を低減するための、本発明のＩＧＢＴ駆動方法は、ＩＧＢＴのゲート−エミッタ間電圧の傾きを低減して、ＩＧＢＴの両端に印加される過度電圧を低減することが好ましい。

本発明の一実施形態において、ＩＧＢＴのゲート−エミッタ電圧の傾きの低減は、ＩＧＢＴのドライバーＩＣの内部抵抗を大きく変化させて行うことが好ましい。

本発明の一実施形態において、ＩＧＢＴのドライバーの内部抵抗を、実質的に２５ｋΩまで大きく変化させることが好ましい。

本発明の一実施形態において、ＩＧＢＴのゲート−エミッタ電圧の傾きの低減は、ＩＧＢＴの閾値電圧の維持時間を長くして行うことが好ましい。

このような本発明は、ＩＧＢＴの制御信号のゲート−エミッタ電圧の傾きを制御して、ＩＧＢＴの電流遮断動作時の電流の傾きを低減して、電流遮断動作時のＩＧＢＴの両端に印加される電圧を効率的に低減することができる。

ＩＧＢＴの記号を示している。ＩＧＢＴの電流遮断特性を説明するためのグラフである。従来のＩＧＢＴ駆動方法を説明するための構成図である。本発明に係るＩＧＢＴ駆動方法を説明するための構成図である。本発明によりＶ_GEの傾きを変化させた一例を示したグラフである。図４Ａの場合のＩＧＢＴの両端にかかる電圧を示した一実施形態のグラフである。

本発明は、多様な変更を加えることができ、多様な実施形態を有し、特定の実施形態を図面に例示して詳細に説明する。

しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解しなければならない。

第１、第２等の序数を含む用語は、多様な構成要素を説明するために使われるが、構成要素は用語によって限定されない。

用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみに使われる。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しない限り、第２構成要素は第１構成要素と命名でき、同様に第１構成要素も第２構成要素と命名できる。

ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いる、「接続されて」いると記述する時には、その他の構成要素に直接的に連結されていたり、または接続されていたりしていてもよいが、その中間に他の構成要素が存在してもよいことを理解しなければならない。一方、ある構成要素が、他の構成要素に「直接連結されて」いる、「直接接続されて」いると記述する時には、その中間に他の構成要素が存在しないことを理解しなければならない。

本願に使われた用語は、単に特定の実施形態を説明するために使われたものであって、本発明を限定する意図はない。単数の表現は文脈上、明らかに異なることを意味しない限り、複数の表現を含む。

本願において、「含む」または「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたもの等の存在または付加可能性を予め排除しないものと理解しなければならない。

また、本願に添付された図面は、説明の便宜のために、拡大または縮小して示されたものと理解しなければならない。

本発明は、図２でスナーバ回路３００を取り除き、ＩＧＢＴの電流遮断動作時のＩＧＢＴの両端にかかる過度電圧を低くするために、ＩＧＢＴの電流を制御するためのＶ_GEの特性を変化させる方法を提案する。即ち、本発明は、スナーバ回路を構成する代わりに、ＩＧＢＴスイッチング技術を利用して、過度電圧によるＩＧＢＴの破損を防止するものである。

本発明について図面を参照して詳細に説明し、図面符号に関係なく同一または対応する構成要素は同じ参照番号を付してこれについての重複説明は省略する。

図３は、本発明に係るＩＧＢＴ駆動方法を説明するための構成図であり、本発明のＩＧＢＴの駆動は図示していないＩＧＢＴドライバー集積回路(ＩＣ)を介して行われる。即ち、図示されてはいないが、本発明によるＩＧＢＴの駆動は、ＩＧＢＴと連結されたＩＣを介して行われる。

図面に示したように、本発明のＩＧＢＴ駆動回路は、ＩＧＢＴ１０に抵抗（Ｒ）、インダクター（Ｌ）及びキャパシター（Ｃ）で構成される受動素子２０が並列連結されて構成され、ＩＧＢＴ駆動ＩＣ(図示せず)は、本発明のＩＣＢＴ１０に制御信号を伝送するように構成される。

ＩＧＢＴ１０のターンオフ動作時に、ＩＧＢＴ１０の両端にかかる過度電圧（Ｖｃｅ）またはピーク電圧は、Ｌ・ｄＩ／ｄｔによって決められる。ここで、Ｌは、並列連結された受動素子２０に含まれるインダクターのインダクタンスを意味し、ｄＩ／ｄｔはターンオフ動作時の電流の傾きを意味する。

即ち、過度電圧を低くするためには、インダクタンスＬを低減するか、ターンオフされる電流の傾きを低減すれば良い。しかし、インダクタンスＬを低減することは、回路構成上限界があるため、ターンオフされる電流の傾きを低減した方がより効果的である。

従って、本発明は、ターンオフされる電流の傾きを低減するためにＩＧＢＴ制御信号のＶ_GEの傾きを変化させる方法を提案する。

即ち、ＩＧＢＴに通電される電流の量は、ＩＧＢＴ制御信号のＶ_GEの値に応じて変化するが、このようなＶ_GEを制御することによってＩＧＢＴのターンオフ動作時の電流の傾きを低減することができる。

図４Ａは、本発明によりＶ_GEの傾きを変化させた例を示したグラフで、図４Ｂは図４Ａの場合のＩＧＢＴの両端にかかる電圧を示した一実施形態のグラフである。

図面に示したように、本発明のＩＧＢＴ駆動方法は、図示されないＩＧＢＴのドライバーＩＣの内部抵抗を変化させる方法でＶ_GEの傾きを変化させる。

即ち、図４Ａを参照すると、ＩＧＢＴのドライバーＩＣの内部抵抗が５ｋΩの場合より２５ｋΩの場合にＶ_GEの傾きが低減されることが分かり、この時のＩＧＢＴの両端にかかる電圧(Ｖ_IGBT)も低減されることが分かる。

このように、本発明の駆動方法は、ＩＧＢＴのドライバーＩＣの内部抵抗をより大きくすることによって、Ｖ_GEの傾きを低減し、ＩＧＢＴの両端にかかる電圧を低減する。

但し、本発明のＶ_GEの傾きを低減する方法は、ＩＧＢＴのドライバーＩＣの内部抵抗をより大きくすることには限定されず、例えば、閾値電圧の維持時間を長くしてＶ_GEの傾きを低減してもよい。

本発明のＩＧＢＴ駆動方法は、ターンオフされる電流の傾きを低減するために、ＩＧＢＴのドライバーＩＣから入力されるＩＧＢＴのゲート−エミッタ制御信号のＶ_GEの傾きを低減する方法を提示する。ＩＧＢＴに通電される電流の量は、ＩＧＢＴ制御信号のＶ_GEの値によって変化するが、このようなＶ_GEを制御することによって、ＩＧＢＴのターンオフ動作時における電流の傾きを低減することができる。

以上、代表的な実施形態により本発明について詳細に説明したが、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者は、上述した実施形態に対して本発明の範疇から逸脱しない限度内で、多様な変形が可能であることを理解できる。従って、本発明の権利範囲は、説明した実施形態に限定されず、後述する特許請求の範囲だけでなく、特許請求範囲とその均等物等によって定められるべきである。

１０、１００ＩＧＢＴ
２０、２００受動素子
３００スナーバ回路

Claims

絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ(ＩＧＢＴ)のドライバー集積回路(ＩＣ)で、前記ＩＧＢＴのターンオフ時に前記ＩＧＢＴの両端に印加される過度電圧を低減するための、ＩＧＢＴ駆動方法において、
前記ＩＧＢＴのゲート−エミッタ間電圧の傾きを低減して、前記ＩＧＢＴの両端に印加される過度電圧を低減する、
ことを特徴とするＩＧＢＴ駆動方法。
前記ＩＧＢＴのゲート−エミッタ電圧の傾きの低減は、前記ＩＧＢＴのドライバーＩＣの内部抵抗を大きく変化させて行う、請求項１に記載のＩＧＢＴ駆動方法。
前記ＩＧＢＴのドライバーの内部抵抗を、実質的に２５ｋΩまで大きく変化させる、請求項１または２に記載のＩＧＢＴ駆動方法。
前記ＩＧＢＴのゲート−エミッタ電圧の傾きの低減は、前記ＩＧＢＴの閾値電圧の維持時間を長くして行う、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載のＩＧＢＴ駆動方法。