JP2013215039A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パワー半導体素子を過電流から効果的に保護することのできる電力変換装置を提供する。
【解決手段】供給される電力を変換するためのスイッチング動作を行うパワー半導体素子１２と、パワー半導体素子１２のスイッチング動作を制御する駆動信号を出力する駆動回路２と、パワー半導体素子１２に流れる被制御電流の大きさが所定の閾値を超えたときにオン状態とオフ状態とが切り替わるように構成したスイッチ５０を含むとともに、スイッチ５０の切り替わりによってパワー半導体素子１２への駆動信号の供給を停止し、パワー半導体素子１２に流れる被制御電流を遮断するように構成した保護回路５とを備えていることを特徴とする電力変換装置１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、パワー半導体素子を過電流から保護するための保護回路を備えた電力変換装置に関する。

電力変換装置に組み込まれたパワー半導体素子は、駆動回路から出力される駆動信号によりそのスイッチング動作を制御され、供給される電力の電力変換を行うことができるよう構成されている。パワー半導体素子は、過負荷や短絡等により通常動作時に比べて大きな電流（以下、これを「過電流」という。）が流れると素子が損傷を受けるおそれがある。そのため、電力変換装置には、過電流がパワー半導体素子に流れ続けることを防止するための保護回路を備えたものがある。

例えば、特許文献１には、センス電圧の値に基づいて過電流を検知する過電流検知部を備えた半導体素子制御装置の例が開示されている。過電流検知部は、ＩＧＢＴより出力されるセンス電流をセンス抵抗に流し、該センス抵抗にかかるセンス電圧を計測する。そして、ＩＧＢＴに過電流が流れたとき、すなわちセンス電圧が所定の値を超えたときに異常時遮断信号を出力し、ＩＧＢＴに流れる電流を遮断するよう構成されている。

特開２０１１−２９８１８号公報

しかしながら、閾値に対するセンス電圧の大きさの大小に基づいて過電流を検知する方式の保護回路において過電流の検出精度を向上させようとすると、以下のような問題がある。つまり、センス電流の変化に対するセンス電圧の変化は小さい。そのため、センス電圧によってセンス電流、ひいてはパワー半導体に流れる電流を正確に把握することは困難である。

また、センス電圧は、センス電流が一定値であってもセンス抵抗の抵抗値のばらつきや動作時の温度変化等によって大きく変動することがある。それゆえ、過電流と判定するためのセンス電圧の閾値を低くして過電流を精度よく検出させようとすると、通常動作中であってもセンス電圧の値が閾値を超えることがある。これにより、通常動作中にもかかわらず誤って過電流と判定されやすくなり、パワー半導体素子のスイッチング動作が阻害されるおそれがある。

このような過電流の誤検知を回避するため、センス電圧の閾値は、通常動作時におけるセンス電圧の大きさに対して、上述の変動要因に応じて大きめの値に設定されている。これにより、通常動作時に誤って過電流と判定される可能性は低くなるが、一方で過電流の検出精度が低下する。つまり、過電流が流れている状態にもかかわらず通常動作と判定され、パワー半導体素子の損傷を招くおそれがある。

本発明は、上記の背景に鑑みてなされたもので、パワー半導体素子を過電流から効果的に保護することのできる電力変換装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、供給される電力を変換するためのスイッチング動作を行うパワー半導体素子と、
該パワー半導体素子のスイッチング動作を制御する駆動信号を出力する駆動回路と、
上記パワー半導体素子に流れる被制御電流の大きさが所定の閾値を超えたときにオン状態とオフ状態とが切り替わるように構成したスイッチを含むとともに、該スイッチの切り替わりによって上記パワー半導体素子への上記駆動信号の供給を停止し、上記パワー半導体素子に流れる上記被制御電流を遮断するように構成した保護回路とを備えていることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。

上記電力変換装置は、上記パワー半導体素子に流れる被制御電流の大きさが所定の閾値を超えたときにオン状態とオフ状態とが切り替わるように構成したスイッチを含む保護回路を備えている。そして、上記保護回路は、上記スイッチの切り替わりによって上記パワー半導体素子への駆動信号の供給を停止し、上記パワー半導体素子に流れる被制御電流を遮断するよう構成されている。つまり、上記パワー半導体素子への駆動信号の供給、停止は、上記被制御電流の大きさと閾値との大小関係に応じて切り替わるように構成されている。それゆえ、上記被制御電流が閾値を超えたことを精度よく検出することができる。

また、上記保護回路内の各点における電位及び電流は、上記スイッチの切り替わりによって急峻に変化し、上記パワー半導体素子への駆動信号の供給、停止は急峻に切り替わる。その結果、過電流が流れた場合において、迅速に上記パワー半導体素子への駆動信号の供給を停止し、被制御電流を遮断することができる。

以上のごとく、上記態様によれば、パワー半導体素子を過電流から効果的に保護することのできる電力変換装置を提供することができる。

実施例１における、下アームに接続される制御回路の構成を示す回路図。 実施例１における、上アームに接続される制御回路の構成を示す回路図。 実施例１における、オフ状態のＭＥＭＳスイッチの平面図。 図３のIV−IV線矢視断面図。 実施例１における、オン状態のＭＥＭＳスイッチの断面図（図４に相当する断面図）。 実施例１の電力変換装置における、電力変換回路を示す回路図。 実施例２における、遮断トランジスタを有する保護回路を適用した回路図。 実施例２における、保護回路の動作を示す説明図。 実施例３における、チャタリング防止用フィルタを備えた保護回路を適用する場合の回路図。 実施例４における、保護回路を信号増幅回路の前段に接続する場合の回路図。

上記電力変換装置において、上記スイッチは、上記被制御電流により上記パワー半導体素子に発生するジュール熱を検知するとともにその大きさに応じてオン状態とオフ状態とが切り替わる接点部を有していてもよい（請求項２）。
この場合には、上記被制御電流の大きさを電子回路により検出する必要がなくなるため、上記保護回路を簡素な構成にすることができる。また、上記接点部を上記被制御電流が流れる経路から分離することができるため、上記接点部に過大な電流が流れること等を防止し、上記スイッチの焼損を防ぐと共に長寿命化することができる。

また、上記スイッチはＭＥＭＳスイッチであり、該ＭＥＭＳスイッチの上記接点部は、その少なくとも一部をバイメタルにより構成していてもよい（請求項３）。
この場合には、上記スイッチにおける消費電力を低減することができる。また、上記スイッチを小型化することが容易であるため、上記保護回路を容易に小型化することができる。

また、上記保護回路は、上記スイッチの切り替わりに応じて導通状態と非導通状態とが切り替わるように構成された遮断トランジスタを有しており、該遮断トランジスタの状態の切り替わりによって上記パワー半導体素子への上記駆動信号の供給を停止するように構成されていてもよい（請求項４）。
この場合には、上記スイッチに流れる電流を上記パワー半導体素子へ供給される駆動信号の電流よりも充分に小さくすることができる。そのため、上記スイッチの小型化を容易に実現することができる。

また、上記駆動回路と上記パワー半導体素子との間に上記駆動信号を増幅する信号増幅回路を備えていてもよい（請求項５）。
この場合には、上記信号増幅回路により上記駆動信号を増幅することができる。その結果、上記パワー半導体素子を駆動させるために充分な大きさの上記駆動信号を供給することにより、上記パワー半導体素子の動作をより確実なものとすることができる。

また、上記スイッチと上記遮断トランジスタとの間にチャタリング防止用フィルタが接続されていてもよい（請求項６）。
この場合には、上記スイッチがチャタリングを起こした場合においても上記遮断トランジスタの動作を確実に行うことができる。これにより、上記保護回路の誤作動をより確実に防止することができる。

（実施例１）
上記電力変換装置の実施例を、図１〜図６を用いて説明する。電力変換装置１は、図１に示すごとく、供給される電力を変換するためのスイッチング動作を行うパワー半導体素子としてのＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子１２と、ＩＧＢＴ素子１２のスイッチング動作を制御する駆動信号を出力する駆動回路２を有する。また、ＩＧＢＴ素子１２に流れる被制御電流の大きさが所定の閾値を超えたときにオン状態とオフ状態とが切り替わるように構成したスイッチとしてのＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）スイッチ５０を有する。そして、ＭＥＭＳスイッチ５０の切り替わりによってＩＧＢＴ素子１２への駆動信号の供給を停止し、ＩＧＢＴ素子１２に流れる被制御電流を遮断するように構成した保護回路５を備えている。

電力変換装置１には、図６に示すごとく、ＩＧＢＴ素子１２と、ＦＷＤ（Free Wheeling Diode）素子１３とが各々６枚ずつ含まれている。そして、これらの素子が互いに電気的に接続され、インバータ回路を形成している。すなわち、１枚ずつのＩＧＢＴ素子１２とＦＷＤ素子１３とが互いに並列に接続されてアーム１１（１１ａ、１１ｂ）を形成している。また、一対のアーム１１が互いに直列に接続されることにより、直列体１０を形成している。そして、３対の直列体１０が互いに並列に接続されてインバータ回路を構成している。以下において、各々の直列体１０を構成するアーム１１のうち、一方のアーム１１を上アーム１１ａといい、他方のアーム１１を下アーム１１ｂという。なお、本例では、それぞれの直列体１０における上アーム１１ａと下アーム１１ｂの中点と回転電機１５とが接続されている。また、各々の直列体１０の両端と直流電源１８とが接続され、上アーム１１ａが直流電源１８の正極側、下アーム１１ｂが負極側にそれぞれ配される。

また、各々のＩＧＢＴ素子１２に対して、駆動回路２と、保護回路５と、ＭＥＭＳスイッチ５０とを含む制御回路１４が図６に示すごとく接続されている。制御回路１４においては、図１及び図２に示すごとく、駆動回路２と、信号増幅回路３と、ローパスフィルタ４とが互いに直列に接続されている。駆動回路２は、パルス状の駆動信号を発生させる機能を有する。また、信号増幅回路３は、駆動回路２から出力される駆動信号をＩＧＢＴ素子１２の駆動に必要な電圧まで増幅する機能を有する。そして、ローパスフィルタ４は、信号増幅回路３から出力される駆動信号における高周波成分を遮断する機能を有する。このようにしてローパスフィルタ４から出力される駆動信号をＩＧＢＴ素子１２のゲート電極１２０に入力することにより、ＩＧＢＴ素子１２のスイッチング動作を制御可能に構成されている。

駆動回路２は、図１に示すごとく、駆動信号を発生させるパルス発生器２０を有する。パルス発生器２０は、信号増幅回路３における後述する一対のトランジスタ３０のベース電極と接続されており、パルス発生器２０が発生する駆動信号により信号増幅回路３の動作が制御されるよう構成されている。なお、下アーム１１ｂに接続される駆動回路２においては、図１に示すごとく、パルス発生器２０と信号増幅回路３とは抵抗２３を介して接続されている。一方、上アーム１１ａに接続される駆動回路２においては、図２に示すごとく、パルス発生器２０と信号増幅回路３との間に、フォトカプラ２１及びアンプ２２を配しており、これらが互いに直列に接続されている。これにより、駆動回路２とＩＧＢＴ素子１２とを電気的に絶縁し、駆動回路２にスイッチング動作に伴うサージ電圧等の高電圧が印加されないように構成されている。

信号増幅回路３は、図１に示すごとく、駆動回路２とローパスフィルタ４との間に配されており、一対のトランジスタ３０（３０ａ、３０ｂ）を有する。一対のトランジスタ３０は駆動信号の電位に応じていずれか一方を導通状態とし、他方を非導通状態とするように接続されている。また、信号増幅回路３には、駆動信号より高い電圧を出力可能な駆動電源３２が接続されている。これにより、駆動信号の電位に応じて駆動電源３２とＩＧＢＴ素子１２のゲート電極１２０との間を導通させ、駆動信号を増幅可能に構成されている。

ＮＰＮトランジスタ３０ａ及びＰＮＰトランジスタ３０ｂは、エミッタ電極同士が接続されるように互いに直列に接続されており、その中点とローパスフィルタ４とが抵抗４２を介して接続されている。また、各々のトランジスタ３０ａ、３０ｂのベース電極は駆動回路２と接続され、駆動信号がベース電流として一対のトランジスタ３０へ入力されるよう構成されている。

また、ＮＰＮトランジスタ３０ａのコレクタ電極と駆動電源３２とが抵抗３１を介して接続され、ＰＮＰトランジスタ３０ｂのコレクタ電極と接地線１６とが接続されている。これにより、駆動信号の電位が正電位となる際にＮＰＮトランジスタ３０ａが導通状態になり、駆動電源３２とＩＧＢＴ素子１２のゲート電極１２０とが導通するよう構成されている。なお、上アーム１１ａに接続される制御回路１４においては、図２に示すごとく、接地線１６は上アーム１１ａと下アーム１１ｂとの中点に接続される。また、下アーム１１ｂに接続される制御回路１４においては、図１に示すごとく、接地線１６はグラウンドに接続される。

ローパスフィルタ４は、図１に示すごとく、インダクタ４０と抵抗４１とから構成されている。インダクタ４０は、信号増幅回路３とＩＧＢＴ素子１２のゲート電極１２０との間に直列に接続されている。また、抵抗４１は、インダクタ４０とゲート電極１２０との間と、接地線１６とを接続するように配されている。

保護回路５は、駆動信号の伝達経路と接地線１６とを短絡することにより、ＩＧＢＴ素子１２のゲート電極１２０への駆動信号の伝達を遮断することができるよう構成されている。具体的には、本例の保護回路５は、図１に示すごとく、信号増幅回路３とローパスフィルタ４との間と、接地線１６とがＭＥＭＳスイッチ５０を介して接続されることにより構成されている。これにより、ＭＥＭＳスイッチ５０がオフ状態にあるときには駆動信号がＩＧＢＴ素子１２のゲート電極１２０へ入力され、ＭＥＭＳスイッチ５０がオン状態に切り替わると、信号増幅回路３と接地線１６とが短絡されてＩＧＢＴ素子１２のゲート電極１２０へ向かう駆動信号を遮断できるよう構成されている。

ＭＥＭＳスイッチ５０は、図４に示すごとく、被制御電流によりＩＧＢＴ素子１２に発生するジュール熱を検知するとともにその大きさに応じてオン状態とオフ状態とが切り替わる接点部５１を有している。また、ＭＥＭＳ技術を用いてＩＧＢＴ素子１２と同一のシリコンチップ５２上に作製されており、接点部５１の少なくとも一部をバイメタルにより構成している。

ＭＥＭＳスイッチ５０の接点部５１は、図３及び図４に示すごとく、シリコンチップ５２上に形成された固定電極５１０と、可動電極５１１とから構成されている。固定電極５１０は、図３に示すごとく、シリコンチップ５２上に金により形成された長方形状の電極である。また、固定電極５１０は、その長手方向（以下、この方向を「長手方向Ｘ」という。）の一端において、図４に示すごとく、ＩＧＢＴ素子１２のゲート電極１２０と導通しているゲート側パッド５３に接続されている。これにより、固定電極５１０とゲート電極１２０とが電気的に接続されている。

可動電極５１１は、図３に示すごとく、ゲート側パッド５３に対して長手方向Ｘにおける固定電極５１０の他端側に形成されており、シリコンチップ５２の厚み方向（以下、この方向を「厚み方向Ｚ」という。）から見て長方形状を呈している。可動電極５１１の基端部５１５は、図４に示すごとく、ＩＧＢＴ素子１２のエミッタ電極１２１と導通しているエミッタ側パッド５４に接続されており、固定電極５１０の方向（長手方向Ｘ）へ向けて延伸されている。そして、可動電極５１１は、図４に示すごとく、エミッタ側パッド５４と固定電極５１０の他端との間において厚み方向Ｚへ屈曲されており、その先端部が再び固定電極５１０側（長手方向Ｘ）へ向けて延伸されている。このように形成された可動電極５１１の先端部５１６と固定電極５１０とは、図４に示すごとく、厚み方向Ｚにおいて互いの間に空隙を設けた状態で対向配置されている。

また、可動電極５１１は、図４に示すごとく、金とアルミニウムとのバイメタルにより構成されており、受熱の大きさに応じて屈曲可能に構成されている。本例の可動電極５１１では、金が固定電極５１０に近い側の内側層５１２に、アルミニウムが固定電極５１０から遠い側の外側層５１３に配されるようにして積層されている。これにより、ＩＧＢＴ素子１２の内部において生じたジュール熱がシリコンチップ５２やエミッタ端子等の図１に示す伝熱経路５１４を伝導して可動電極５１１に加わると、金とアルミニウムとの熱膨張率の差により、図５に示すごとく固定電極５１０側へ屈曲するように構成されている。

上述のごとく構成されたＭＥＭＳスイッチ５０の動作は、以下のようになる。つまり、被制御電流が所定の閾値以下であるときには、ＩＧＢＴ素子１２に発生するジュール熱の大きさが比較的小さいため、可動電極５１１の屈曲量が小さくなる。そのため、図４に示すごとく、固定電極５１０と可動電極５１１との間に空隙が形成され、ＭＥＭＳスイッチ５０がオフ状態となる。

他方、被制御電流が所定の閾値を超えたときには、ＩＧＢＴ素子１２に発生するジュール熱が大きくなり、可動電極５１１が大きく屈曲する。そして、可動電極５１１の先端部５１６と固定電極５１０とが接触し、ＭＥＭＳスイッチ５０がオン状態となる。ここで、可動電極５１１の先端部５１６と固定電極５１０とがごく近接すると、両者の間に作用するファンデルワールス力や可動電極５１１と固定電極５１０との電位差による静電気力等の引力により、可動電極５１１の先端部５１６は固定電極５１０側に引き寄せられる。そして、可動電極５１１の先端部５１６と固定電極５１０とが接触した後は、両者の間に電流が流れることで部分的に発熱が生じるため、より可動電極５１１が変形する。これにより、可動電極５１１の先端部５１６は、図５に示すごとく、固定電極５１０に沿うように、固定電極５１０側に凸の状態で湾曲する。

このようにして、ＩＧＢＴ素子１２に過電流が流れた時、ＭＥＭＳスイッチ５０がオン状態となり、ＩＧＢＴ素子１２のゲート電極１２０への駆動信号の入力が遮断され、ＩＧＢＴ素子１２に流れる被制御電流が遮断される。

次に、本例の作用効果について説明する。電力変換装置１は、図１及び図２に示すごとく、ＩＧＢＴ素子１２に流れる被制御電流の大きさが所定の閾値を超えたときにオン状態とオフ状態とが切り替わるように構成したＭＥＭＳスイッチ５０を含む保護回路５を備えている。そして、保護回路５は、ＭＥＭＳスイッチ５０の切り替わりによってＩＧＢＴ素子１２への駆動信号の供給を停止し、ＩＧＢＴ素子１２に流れる被制御電流を遮断するよう構成されている。つまり、ＩＧＢＴ素子１２への駆動信号の供給、停止は、被制御電流の大きさと閾値との大小関係に応じて切り替わるように構成されている。それゆえ、被制御電流が閾値を超えたことを精度よく検出することができる。

また、保護回路５内の各点における電位及び電流は、ＭＥＭＳスイッチ５０の切り替わりによって急峻に変化し、ＩＧＢＴ素子１２への駆動信号の供給、停止は急峻に切り替わる。その結果、過電流が流れた場合において、迅速にＩＧＢＴ素子１２への駆動信号の供給を停止し、被制御電流を遮断することができる。

また、ＭＥＭＳスイッチ５０は、図４及び図５に示すごとく、被制御電流によりＩＧＢＴ素子１２に発生するジュール熱を検知するとともにその大きさに応じてオン状態とオフ状態とが切り替わる接点部５１を有している。そのため、被制御電流の大きさを電子回路により検出する必要がなくなり、保護回路５を簡素な構成にすることができる。また、接点部５１を被制御電流が流れる経路から分離することができるため、接点部５１に過大な電流が流れること等を防止し、ＭＥＭＳスイッチ５０の焼損を防ぐと共に長寿命化することができる。

また、ＭＥＭＳスイッチ５０の接点部５１が、図４に示すごとく、バイメタルにより構成されている。そのため、ＭＥＭＳスイッチ５０における消費電力を低減することができる。また、スイッチを小型化することが容易であるため、保護回路５を容易に小型化することができる。

また、図１及び図２に示すごとく、駆動回路２とＩＧＢＴ素子１２との間に駆動信号を増幅する信号増幅回路３を備えている。そのため、信号増幅回路３により駆動信号を増幅することができる。その結果、ＩＧＢＴ素子１２を駆動させるために充分な大きさの駆動信号を供給することにより、ＩＧＢＴ素子１２の動作をより確実なものとすることができる。

以上のごとく、上記態様によれば、パワー半導体素子を過電流から効果的に保護することのできる電力変換装置を提供することができる。

（実施例２）
本例は、実施例１における保護回路５に遮断トランジスタ６を適用した例である。本例の保護回路５は、図７に示すごとく、ＭＥＭＳスイッチ５０の切り替わりに応じて導通状態と非導通状態とが切り替わるように構成された遮断トランジスタ６を有しており、該遮断トランジスタ６の状態の切り替わりによってＩＧＢＴ素子１２への駆動信号の供給を停止するように構成されている。

以下、保護回路５について詳説する。保護回路５は、図７に示すごとく、ＩＧＢＴ素子１２のゲート電極１２０への駆動信号の伝達経路と接地線１６とを短絡させる手段として、遮断トランジスタ６を用いたものである。つまり、遮断トランジスタ６のドレイン電極が信号増幅回路３とローパスフィルタ４との間に接続され、ソース電極が接地線１６に接続されている。

また、遮断トランジスタ６のゲート電極は、ＭＥＭＳスイッチ５０からの出力が接続されている。これにより、遮断トランジスタ６は、ＭＥＭＳスイッチ５０の切り替わりに応じて導通状態と非導通状態とが切り替わるように構成されている。なお、本例において、遮断トランジスタ６は、エンハンスメント型のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ素子である。

また、ＭＥＭＳスイッチ５０は、図７に示すごとく、駆動電源３２と接地線１６との間に接続されている。つまり、ＭＥＭＳスイッチ５０の固定電極５１０と駆動電源３２とが分流抵抗５５を介して接続され、可動電極５１１と接地線１６とが分圧抵抗５６を介して接続されている。そして、ＭＥＭＳスイッチ５０と分圧抵抗５６との間と遮断トランジスタ６のゲート電極とが接続され、ＭＥＭＳスイッチ５０がオン状態となった時に、駆動電源３２からの出力が遮断トランジスタ６のゲート電極へ入力されるように構成されている。なお、本例では、ＭＥＭＳスイッチ５０の固定電極５１０は、ＩＧＢＴ素子１２のゲート電極１２０とは電気的に絶縁されている。

次に、図８を用いて本例の制御回路１４の動作を説明する。本例の制御回路１４は、図８（ａ）に示すＩＧＢＴ素子１２の被制御電流が閾値以下であるときは、ＭＥＭＳスイッチ５０がオフ状態であり、遮断トランジスタ６のゲート電極が接地線１６と同電位になっている。そのため、ＭＥＭＳスイッチ５０がオフ状態にあるときには、遮断トランジスタ６は非導通状態となり、駆動信号はＩＧＢＴ素子１２のゲート電極１２０へ入力される。これにより、図８（ｃ）及び図８（ｄ）に示すごとく、駆動信号に伴ってゲート電極１２０に電圧が印加され、ＩＧＢＴ素子１２はスイッチング動作を行う。

ここで、ＩＧＢＴ素子１２の被制御電流が閾値を超えると、図８（ｂ）に示すごとく、ＭＥＭＳスイッチ５０の受熱量が大きくなり、可動電極５１１が固定電極５１０側へ屈曲する。そして、上述したごとくＭＥＭＳスイッチ５０の可動電極５１１が固定電極５１０と接触し、オン状態に切り替わる。これにより、遮断トランジスタ６のゲート電極に駆動電源３２からの正電位が印加され、遮断トランジスタ６が導通状態となる。その結果、信号増幅回路３と接地線１６とが短絡され、図８（ｄ）に示すごとく、駆動信号の接地線に対する電位が０Ｖとなる。これにより、ＩＧＢＴ素子１２のゲート電極１２０へ駆動信号が入力されなくなるため、図８（ｃ）に示すごとく、ＩＧＢＴ素子のスイッチング動作が停止される。なお、図８の各グラフにおいて、横軸は時間を表すが、その一目盛（Δｔ）は、例えば０．１〜１μ秒程度である。

その他は、実施例１と同様である。なお、図７、図８において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り実施例１と同様の構成要素等を表すものとする。

このように、本例の保護回路５は、図７、図８に示すごとく、遮断トランジスタ６の状態の切り替わりによってＩＧＢＴ素子１２への駆動信号の供給を停止するように構成されている。これにより、ＭＥＭＳスイッチ５０に流れる電流をＩＧＢＴ素子１２へ供給される駆動信号の電流よりも充分に小さくすることができる。そのため、ＭＥＭＳスイッチ５０の小型化を容易に実現することができる。その他、実施例１と同様の効果を奏することができる。

（実施例３）
本例は、実施例２におけるＭＥＭＳスイッチ５０と遮断トランジスタ６との間に、チャタリング防止用フィルタ７を接続した例である。本例のチャタリング防止用フィルタ７は、図９に示すごとく、抵抗７１とコンデンサ７２とからなるローパスフィルタと、シュミットトリガゲート７３とから構成されている。つまり、ＭＥＭＳスイッチ５０と遮断トランジスタ６のゲート端子との間に、抵抗７１とシュミットトリガゲート７３とが直列接続されている。そして、抵抗７１とシュミットトリガゲート７３との中点と接地線１６とがコンデンサ７２を介して接続されている。その他は実施例２と同様である。なお、図９において用いた符号のうち、実施例２において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り実施例２と同様の構成要素等を表すものとする。

このように、スイッチと遮断トランジスタ６との間にチャタリング防止用フィルタ７を接続することにより、スイッチがチャタリングを起こした場合においても遮断トランジスタ６の動作を確実に行うことができる。これにより、保護回路５の誤作動をより確実に防止することができる。その他、実施例２と同様の作用効果を奏することができる。

（実施例４）
本例は、実施例１における保護回路５の接続位置を変更した例である。本例の保護回路５は、図１０に示すごとく、駆動回路２と信号増幅回路３との間と、接地線１６とをＭＥＭＳスイッチ５０を介して接続するように構成されている。その他は実施例１と同様である。なお、図１０において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り実施例１と同様の構成要素等を表すものとする。

このように、保護回路５は、駆動信号の供給を遮断することができる位置であれば、接続する位置を特に限定されることはなく、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

なお、実施例１〜４には、電力変換装置１のインバータ回路に対してスイッチを適用した保護回路５を接続した例を示したが、コンバータ回路等の、インバータ回路以外の電力変換回路を備えた電力変換装置１に適用することも可能である。また、パワー半導体素子としてはＩＧＢＴ素子１２以外に、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal−Oxide Semiconductor Field−Effect Transistor）素子等の半導体素子を適用することも可能である。

また、実施例１〜４は、ＭＥＭＳスイッチ５０がオン動作となる時に駆動信号を遮断する構成を示しているが、この逆の構成にすることも可能である。例えば、実施例２において、可動電極５１１における内側層５１２をアルミニウムから形成し、外側層５１３を金から形成すると共に、遮断トランジスタ６にデプレッション型のＰチャネルＭＯＳＦＥＴを適用する構成が考えられる。この場合には、被制御電流が閾値を超えたときにＭＥＭＳスイッチ５０がオフ状態となり、遮断トランジスタ６が導通状態となるため、被制御電流が閾値を超えたときに駆動信号を遮断することが可能となる。

１ 電力変換装置
１２ ＩＧＢＴ素子
２ 駆動回路
５ 保護回路
５０ ＭＥＭＳスイッチ

Claims (6)

1. 供給される電力を変換するためのスイッチング動作を行うパワー半導体素子（１２）と、
   該パワー半導体素子のスイッチング動作を制御する駆動信号を出力する駆動回路（２）と、
   上記パワー半導体素子に流れる被制御電流の大きさが所定の閾値を超えたときにオン状態とオフ状態とが切り替わるように構成したスイッチ（５０）を含むとともに、該スイッチの切り替わりによって上記パワー半導体素子への上記駆動信号の供給を停止し、上記パワー半導体素子に流れる上記被制御電流を遮断するように構成した保護回路（５）とを備えていることを特徴とする電力変換装置（１）。
2. 請求項１に記載の電力変換装置において、上記スイッチは、上記被制御電流により上記パワー半導体素子に発生するジュール熱を検知するとともにその大きさに応じてオン状態とオフ状態とが切り替わる接点部（５１）を有することを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項２に記載の電力変換装置において、上記スイッチはＭＥＭＳスイッチ（５０）であり、該ＭＥＭＳスイッチの上記接点部は、その少なくとも一部をバイメタルにより構成してあることを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置において、上記保護回路は、上記スイッチの切り替わりに応じて導通状態と非導通状態とが切り替わるように構成された遮断トランジスタ（６）を有しており、該遮断トランジスタの状態の切り替わりによって上記パワー半導体素子への上記駆動信号の供給を停止するように構成されていることを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置において、上記駆動回路と上記パワー半導体素子との間に上記駆動信号を増幅する信号増幅回路（３）を備えていることを特徴とする電力変換装置。
6. 請求項４または５に記載の電力変換装置において、上記スイッチと上記遮断トランジスタとの間にチャタリング防止用フィルタ（７）が接続されていることを特徴とする電力変換装置。

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