JP2018098938A - Drive system and power conversion device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To surely reduce a turn-off speed of a semiconductor switching element without generating a malfunction when overcurrent is detected.SOLUTION: When a drive control signal GLu for turning off a semiconductor switching element 20 is changed to an L level, a drive circuit 52 forms a discharge path between a gate electrode 23 of the semiconductor switching element 20 and a reference potential point 8 by turning on a transistor 74p. A discharge speed control circuit 100a includes: a resistance element 105a which is connected to the discharge path of the gate electrode 23; and a bypass switch 110a that is connected in parallel with the resistance element 105a. In accordance with a protection control signal SPu, the bypass switch 105a is controlled in such a manner that the bypass switch is turned on at a normal time in which overcurrent is not detected, and turned off when overcurrent is detected.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

この発明は、駆動システムおよび電力変換装置に関し、より特定的には、半導体スイッチング素子の駆動システムおよび、半導体スイッチング素子を含む電力変換装置に関する。   The present invention relates to a drive system and a power conversion device, and more particularly to a drive system for a semiconductor switching element and a power conversion device including the semiconductor switching element.

MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)およびIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)に代表される電力用の半導体スイッチング素子のオンオフ制御によって電力変換が行われることが一般的である。この際に、電圧駆動型の半導体スイッチング素子に対しては、オンオフ制御のための信号に応じて、ゲートを充放電する駆動回路が適用される。   Generally, power conversion is performed by on / off control of power semiconductor switching elements represented by MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) and IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). At this time, a drive circuit that charges and discharges the gate according to a signal for on / off control is applied to the voltage-driven semiconductor switching element.

たとえば、特開2002−27657号公報(特許文献1)および特開2001−197724号公報(特許文献2)には、電力用半導体素子のゲート駆動回路として、通常時と過電流時との間でゲート放電経路を切換えることによって、過電流時にゲート抵抗値を上昇させて、IGBTを緩やかにターンオフするための回路構成が記載されている。   For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-27657 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-197724 (Patent Document 2), a gate drive circuit for a power semiconductor element is used between a normal time and an overcurrent time. A circuit configuration for gradually turning off the IGBT by switching the gate discharge path to increase the gate resistance value at the time of overcurrent is described.

特開2002−27657号公報JP 2002-27657 A 特開2001−197724号公報JP 2001-197724 A

特許文献1および2に記載されるように、過電流発生時には、ターンオフ速度を低下させることによって、サージ電圧を低減することが好ましい。しかしながら、特許文献1および2では、通常時(すなわち、過電流の非検出時)のターンオフ動作時に用いられる低抵抗値のゲート放電経路と、過電流検出時に用いられる高抵抗のゲート放電経路とが並列に接続されており、各放電経路は、直列接続されたスイッチおよび抵抗素子によって構成されている。   As described in Patent Documents 1 and 2, when an overcurrent occurs, it is preferable to reduce the surge voltage by reducing the turn-off speed. However, in Patent Documents 1 and 2, there are a low-resistance gate discharge path used during a turn-off operation during normal time (that is, when no overcurrent is detected) and a high-resistance gate discharge path used during overcurrent detection. The discharge paths are connected in parallel, and each discharge path includes a switch and a resistance element connected in series.

したがって、過電流検出時には、低抵抗値のゲート放電経路を形成するためのスイッチのオフと、高抵抗値のゲート放電経路を形成するためのスイッチのオンとのタイミングがずれることによる不具合の発生が懸念される。具体的には、誤って両方のゲート放電経路が形成されてしまうと、過電流検出時にターンオフ速度が却って高くなることが懸念される。反対に、両方のゲート放電経路が非形成とされてしまうと、ゲート電位が不定となることによって、半導体スイッチング素子が誤動作することが懸念される。   Therefore, when an overcurrent is detected, there is a problem that the timing of turning off the switch for forming the low-resistance gate discharge path is different from the timing of turning on the switch for forming the high-resistance gate discharge path. Concerned. Specifically, if both gate discharge paths are formed by mistake, there is a concern that the turn-off speed may be increased when an overcurrent is detected. On the contrary, if both gate discharge paths are not formed, there is a concern that the semiconductor switching element malfunctions due to the gate potential becoming unstable.

また、通常時には、ゲート放電経路およびゲート充電経路が相補的に形成されてゲートが駆動されるところ、特許文献1および2の構成では、過電流検出時には、ゲート充電経路を確実に遮断する必要がある。この結果、通常時でのゲート放電経路およびゲート充電経路の形成および非形成を制御するためのスイッチの制御に、過電流の検出有無を反映する必要が生じるので、スイッチの制御構成が複雑化することが懸念される。これにより、部品点数の増加のみならず、上述したスイッチのオンオフタイミングのずれによる問題点も発生し易くなる虞がある。   Further, in the normal state, the gate discharge path and the gate charge path are complementarily formed and the gate is driven. However, in the configurations of Patent Documents 1 and 2, it is necessary to reliably cut off the gate charge path when overcurrent is detected. is there. As a result, it is necessary to reflect the presence / absence of overcurrent detection in the control of the switch for controlling the formation and non-formation of the gate discharge path and the gate charge path in the normal state, so that the control configuration of the switch is complicated. There is concern. As a result, there is a risk that not only the number of parts increases, but also problems due to the above-described shift in the on / off timing of the switch may easily occur.

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、過電流検出時に、誤動作を発生させることなく、半導体スイッチング素子のターンオフ速度を確実に低下させることである。   The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to reliably reduce the turn-off speed of a semiconductor switching element without causing a malfunction when an overcurrent is detected. That is.

本発明のある局面では、駆動制御信号に応じてオンオフされる半導体スイッチング素子の駆動システムは、駆動回路と、抵抗素子と、バイパススイッチングとを備える。駆動回路は、駆動制御信号に応じて、半導体スイッチング素子のゲートを第1の電圧へ向けて充電する動作およびゲートを第2の電圧へ向けて放電する動作を選択的に実行するように構成される。抵抗素子は、駆動回路による放電動作によって形成される放電経路に接続される。バイパススイッチは、上記放電経路において抵抗素子と並列に接続される。バイパススイッチは、半導体スイッチング素子の過電流検出に応答してオン状態からオフ状態に変化する。   In one aspect of the present invention, a semiconductor switching element driving system that is turned on / off in response to a driving control signal includes a driving circuit, a resistance element, and bypass switching. The drive circuit is configured to selectively execute an operation of charging the gate of the semiconductor switching element toward the first voltage and an operation of discharging the gate toward the second voltage in accordance with the drive control signal. The The resistance element is connected to a discharge path formed by a discharge operation by the drive circuit. The bypass switch is connected in parallel with the resistance element in the discharge path. The bypass switch changes from an on state to an off state in response to detection of an overcurrent of the semiconductor switching element.

本発明の他のある局面では、電力変換装置は、半導体スイッチング素子と、駆動回路と、抵抗素子と、バイパススイッチングとを備える。半導体スイッチング素子は、駆動制御信号に応じてオンオフされる。駆動回路は、駆動制御信号に応じて、半導体スイッチング素子のゲートを第1の電圧へ向けて充電する充電動作およびゲートを第2の電圧へ向けて放電する放電動作を選択的に実行するように構成される、過電流検出器は、半導体スイッチング素子の過電流を検出するように構成される。抵抗素子は、駆動回路による放電動作によって形成される放電経路に接続される。バイパススイッチは、放電経路において抵抗素子と並列に接続される。バイパススイッチは、過電流検出器による過電流検出に応答してオン状態からオフ状態に変化する。   In another aspect of the present invention, a power conversion device includes a semiconductor switching element, a drive circuit, a resistance element, and bypass switching. The semiconductor switching element is turned on / off according to the drive control signal. The drive circuit selectively performs a charge operation for charging the gate of the semiconductor switching element toward the first voltage and a discharge operation for discharging the gate toward the second voltage in accordance with the drive control signal. The overcurrent detector configured is configured to detect an overcurrent of the semiconductor switching element. The resistance element is connected to a discharge path formed by a discharge operation by the drive circuit. The bypass switch is connected in parallel with the resistance element in the discharge path. The bypass switch changes from an on state to an off state in response to overcurrent detection by the overcurrent detector.

本発明によれば、過電流検出時に、誤動作を発生させることなく、半導体スイッチング素子のターンオフ速度を確実に低下させることができる。   According to the present invention, it is possible to reliably reduce the turn-off speed of the semiconductor switching element without causing malfunction when an overcurrent is detected.

本発明の実施の形態1に従う電力変換装置の構成を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining the structure of the power converter device according to Embodiment 1 of the present invention. 実施の形態1に従う電力変換装置の下アームの半導体スイッチング素子の駆動システムの構成を説明する回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration of a drive system for a semiconductor switching element of a lower arm of the power conversion device according to the first embodiment. 実施の形態1の変形例に従う電力変換装置1bの構成を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining the structure of the power converter device 1b according to the modification of Embodiment 1. FIG. 実施の形態2に従う電力変換装置の構成を説明する回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a configuration of a power conversion device according to a second embodiment. 実施の形態2に従う電力変換装置における下アームの半導体スイッチング素子の駆動システムの構成を説明する回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram illustrating a configuration of a drive system for a lower arm semiconductor switching element in a power conversion device according to a second embodiment. 実施の形態3に従う電力変換装置の回路構成を説明する回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a circuit configuration of a power conversion device according to a third embodiment. 実施の形態3に従う電力変換装置における下アームの半導体スイッチング素子の駆動システムの構成を説明する回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a configuration of a drive system for a semiconductor switching element of a lower arm in a power conversion device according to a third embodiment.

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated in principle.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に従う電力変換装置の構成を説明する回路図である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating the configuration of the power conversion device according to the first embodiment of the present invention.

図1を参照して、実施の形態1に従う電力変換装置1aは、単相インバータで構成されており、入力端に接続された直流電源17からの直流電圧を交流電圧に変換して負荷5に出力する。すなわち、負荷5は、電力変換装置1aによって制御された周波数を有する交流電圧(単相)の供給を受けて動作する。   Referring to FIG. 1, power conversion device 1 a according to the first embodiment is configured by a single-phase inverter, converts a DC voltage from DC power supply 17 connected to an input end into an AC voltage, and supplies load 5. Output. That is, the load 5 operates by receiving an AC voltage (single phase) having a frequency controlled by the power converter 1a.

直流電源17は、たとえば、太陽電池やバッテリなどの直流電源からの出力電圧を昇圧あるいは降圧するDC/DCコンバータによって構成することができる。あるいは、系統電源などの交流電源の電圧を直流電圧に変換して出力するAC/DCコンバータによって、直流電源17を構成することも可能である。直流電源17は、電力変換装置1aと同一の筐体内に設けられていてもよく、さらには、電力変換装置1aと同一の回路基板上に配設されてもよい。   The DC power supply 17 can be configured by, for example, a DC / DC converter that boosts or steps down an output voltage from a DC power supply such as a solar battery or a battery. Alternatively, the DC power supply 17 can be configured by an AC / DC converter that converts the voltage of an AC power supply such as a system power supply into a DC voltage and outputs the DC voltage. The DC power supply 17 may be provided in the same housing as the power conversion device 1a, and may be provided on the same circuit board as the power conversion device 1a.

負荷5は、たとえば、50Hzや60Hzの系統電源からの交流電圧が供給されて動作する、家庭用電気機器あるいは産業電気機器で構成することができる。または、負荷5は、数十kHz〜数百kHzといった高周波の交流電圧が入力されて動作する、誘導加熱装置の加熱コイル、ワイヤレス給電装置の給電コイル等の装置内に設けられた部品であってもよい。さらには、負荷5は、鉄道車両や自動車などの移動体の電動機、エレベータやエスカレータあるいは産業機器に設けられる電動機、あるいは空気調和機や冷凍機などの冷凍サイクル装置の圧縮機であってもよい。   The load 5 can be configured by, for example, a household electric appliance or an industrial electric appliance that operates by being supplied with an AC voltage from a system power supply of 50 Hz or 60 Hz. Alternatively, the load 5 is a component provided in a device such as a heating coil of an induction heating device or a power feeding coil of a wireless power feeding device that operates by receiving a high-frequency AC voltage of several tens kHz to several hundreds kHz. Also good. Furthermore, the load 5 may be an electric motor of a moving body such as a railway vehicle or an automobile, an electric motor provided in an elevator, an escalator or an industrial device, or a compressor of a refrigeration cycle apparatus such as an air conditioner or a refrigerator.

本実施の形態に従う電力変換装置1aの出力周波数は特に制限されるものではなく、負荷5についても、交流電圧の供給を受けて動作するものであれば、任意の機器あるいは装置を適用することができる。   The output frequency of power conversion device 1a according to the present embodiment is not particularly limited, and any device or apparatus can be applied to load 5 as long as it operates by receiving an AC voltage supply. it can.

電力変換装置1aは、直流電源17の正極端子と接続された電源配線18と、直流電源17の負極端子と接続された電源配線19と、半導体スイッチング素子10,20,30,40で構成されたフルブリッジ回路と、フルブリッジ回路の出力端に接続されたフィルタ回路2と、フルブリッジ回路の動作を制御する制御部7とを備える。   The power conversion device 1a includes a power supply wiring 18 connected to the positive terminal of the DC power supply 17, a power supply wiring 19 connected to the negative terminal of the DC power supply 17, and semiconductor switching elements 10, 20, 30, and 40. A full bridge circuit, a filter circuit 2 connected to the output terminal of the full bridge circuit, and a control unit 7 for controlling the operation of the full bridge circuit are provided.

フルブリッジ回路は、U相アーム回路と、W相アーム回路とが並列接続されており、U相アーム回路は、電源配線18およびノードNuの間に接続された半導体スイッチング素子10と、ノードNuと電源配線19との間に電気的に接続された半導体スイッチング素子20とを含む。同様に、W相アーム回路は、電源配線18およびノードNwの間に接続された半導体スイッチング素子30と、ノードNwと電源配線19との間に電気的に接続された半導体スイッチング素子40とを含む。   In the full bridge circuit, a U-phase arm circuit and a W-phase arm circuit are connected in parallel. The U-phase arm circuit includes a semiconductor switching element 10 connected between the power supply line 18 and the node Nu, a node Nu, and the like. And a semiconductor switching element 20 electrically connected to the power supply wiring 19. Similarly, the W-phase arm circuit includes a semiconductor switching element 30 connected between power supply line 18 and node Nw, and a semiconductor switching element 40 electrically connected between node Nw and power supply line 19. .

なお、本実施の形態においては、各相アーム回路を構成する半導体スイッチング素子のうち、電源配線18(直流電源17の正極側)に接続される半導体スイッチング素子10,30を「上アーム素子」とも称し、電源配線18(直流電源17の負極側)に接続される半導体スイッチング素子20,40を「下アーム素子」とも称する。すなわち、電力変換装置1aのような単相インバータでは、U相およびW相の各々で、上アーム素子および下アーム素子によって「対向アーム」が構成される。したがって、上アーム素子である半導体スイッチング素子10,30は「第1の半導体スイッチング素子」に対応し、下アーム素子である半導体スイッチング素子20,40は、「第2の半導体スイッチング素子」に対応する。   In the present embodiment, among the semiconductor switching elements constituting each phase arm circuit, the semiconductor switching elements 10 and 30 connected to the power supply wiring 18 (positive side of the DC power supply 17) are also referred to as “upper arm elements”. The semiconductor switching elements 20 and 40 connected to the power supply wiring 18 (the negative electrode side of the DC power supply 17) are also referred to as “lower arm elements”. That is, in the single-phase inverter like the power conversion device 1a, the “opposing arm” is configured by the upper arm element and the lower arm element in each of the U phase and the W phase. Therefore, the semiconductor switching elements 10 and 30 that are upper arm elements correspond to “first semiconductor switching elements”, and the semiconductor switching elements 20 and 40 that are lower arm elements correspond to “second semiconductor switching elements”. .

図1では、半導体スイッチング素子がMOSFETで構成されている場合を例示しているが、半導体スイッチング素子はIGBTによって構成されてもよい。半導体スイッチング素子10〜40がMOSFETで構成される場合には、構造上、ダイオード15,25,35,45は、ボディダイオードとして形成される。半導体スイッチング素子10〜40が、IGBTである場合には、IGBTの導通方向と逆向きに導通するように、ダイオード素子を接続することによって、ダイオード15,25,35,45を設けることができる。   Although FIG. 1 illustrates the case where the semiconductor switching element is configured by a MOSFET, the semiconductor switching element may be configured by an IGBT. When the semiconductor switching elements 10 to 40 are constituted by MOSFETs, the diodes 15, 25, 35, and 45 are structurally formed as body diodes. When the semiconductor switching elements 10 to 40 are IGBTs, the diodes 15, 25, 35, and 45 can be provided by connecting the diode elements so that the semiconductor switching elements 10 to 40 are conducted in the direction opposite to the conduction direction of the IGBT.

半導体スイッチング素子は、ケイ素(Si)や炭化ケイ素(SiC)あるいは窒化ガリウム(GaN)などの半導体材料によって作製することができる。特に、炭化ケイ素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、または、ダイヤモンド等のワイドバンドギャップ半導体によって形成された半導体スイッチング素子では、スイッチング速度が高いため、損失が小さくなることが知られている。   The semiconductor switching element can be made of a semiconductor material such as silicon (Si), silicon carbide (SiC), or gallium nitride (GaN). In particular, it is known that a semiconductor switching element formed of a wide band gap semiconductor such as silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), or diamond has a high switching speed and thus has a small loss.

なお、半導体材料にSiCを用いたMOSFETでは、構造上ボディダイオードが形成されるが、ボディダイオードに電流が流れたときの電圧降下が大きいため損失の増加が懸念される。このため、ボディダイオードよりも電圧降下が小さいダイオード素子(たとえば、ショットキーバリアダイオード)を、MOSFETと逆並列に接続することも可能である。   In the MOSFET using SiC as the semiconductor material, a body diode is structurally formed. However, there is a concern about an increase in loss due to a large voltage drop when a current flows through the body diode. For this reason, it is also possible to connect a diode element (for example, a Schottky barrier diode) whose voltage drop is smaller than that of the body diode in antiparallel with the MOSFET.

半導体スイッチング素子10は、正電極11と、負電極12と、制御電極13とを有し、半導体スイッチング素子20は、正電極21と、負電極22と、制御電極23とを有する。同様に、半導体スイッチング素子30は、正電極31と、負電極32と、制御電極33とを有し、半導体スイッチング素子40は、正電極41と、負電極42と、制御電極43とを有する。   The semiconductor switching element 10 has a positive electrode 11, a negative electrode 12, and a control electrode 13, and the semiconductor switching element 20 has a positive electrode 21, a negative electrode 22, and a control electrode 23. Similarly, the semiconductor switching element 30 has a positive electrode 31, a negative electrode 32, and a control electrode 33, and the semiconductor switching element 40 has a positive electrode 41, a negative electrode 42, and a control electrode 43.

本実施の形態では、半導体スイッチング素子の正電極、負電極、および制御電極を次のように定義する。半導体スイッチング素子がMOSFETである場合には、ドレイン電極を正電極、ソース電極を負電極、ゲート電極を制御電極と定義し、半導体スイッチング素子がIGBTである場合には、コレクタ電極を正電極、エミッタ電極を負電極、ゲート電極を制御電極と定義する。   In the present embodiment, the positive electrode, the negative electrode, and the control electrode of the semiconductor switching element are defined as follows. When the semiconductor switching element is a MOSFET, the drain electrode is defined as a positive electrode, the source electrode is defined as a negative electrode, and the gate electrode is defined as a control electrode. When the semiconductor switching element is an IGBT, the collector electrode is defined as a positive electrode and an emitter. The electrode is defined as a negative electrode, and the gate electrode is defined as a control electrode.

フィルタ回路2は、リアクトル3a,3bおよびキャパシタ4を含む。リアクトル3bは、U相アームのノードNuと負荷5との間に接続される。リアクトル3aは、W相アームのノードNwと負荷5との間に接続される。キャパシタ4は、リアクトル3a,3bおよび負荷5の接続側において、負荷5と並列に接続される。   Filter circuit 2 includes reactors 3 a and 3 b and a capacitor 4. Reactor 3b is connected between node Nu of U-phase arm and load 5. Reactor 3a is connected between node Nw of the W-phase arm and load 5. Capacitor 4 is connected in parallel with load 5 on the connection side of reactors 3 a and 3 b and load 5.

制御部7は、半導体スイッチング素子10,20,30,40のオンオフを制御することによって、電力変換装置1aの動作を制御する。制御部7は、マイクロコンピュータ等の演算処理器およびロジック回路を用いて構成することができる。   The control part 7 controls operation | movement of the power converter device 1a by controlling ON / OFF of the semiconductor switching element 10,20,30,40. The control unit 7 can be configured using an arithmetic processor such as a microcomputer and a logic circuit.

たとえば、制御部7は、電力変換装置1aの各部の電圧および電流などを測定する各種センサ(図示せず)の出力に基づいて、電力変換装置1aの出力が目標値と一致するように、半導体スイッチング素子10,20,30,40のオンオフを制御するための信号を生成する。   For example, the control unit 7 is configured so that the output of the power conversion device 1a matches the target value based on the output of various sensors (not shown) that measure the voltage and current of each unit of the power conversion device 1a. A signal for controlling on / off of the switching elements 10, 20, 30, 40 is generated.

具体的には、制御部7は、半導体スイッチング素子10(U相上アーム)のオンオフを制御するための駆動制御信号GHuと、半導体スイッチング素子20(U相下アーム)のオンオフを制御する駆動制御信号GLuと、半導体スイッチング素子30(W相上アーム)のオンオフを制御する駆動制御信号GHwと、半導体スイッチング素子40(W相下アーム)のオンオフを制御する駆動制御信号GLwとを出力する。駆動制御信号GLuおよびGHuは、制御信号線151および154にそれぞれ出力される。同様に、駆動制御信号GHwおよびGLwは、制御信号線251および254へそれぞれ出力される。各制御信号は、対応の半導体スイッチング素子をオフすべき期間では論理ローレベル(以下、単に「Lレベル」とも称する)に設定され、一方で、対応の半導体スイッチング素子をオンすべき期間では論理ハイレベル(以下、単に「Hレベル」とも称する)に設定される。   Specifically, the control unit 7 controls the on / off of the semiconductor switching element 10 (U-phase upper arm) and the driving control signal GHu for controlling on / off of the semiconductor switching element 10 (U-phase upper arm). A signal GLu, a drive control signal GHw for controlling on / off of the semiconductor switching element 30 (W-phase upper arm), and a drive control signal GLw for controlling on / off of the semiconductor switching element 40 (W-phase lower arm) are output. Drive control signals GLu and GHu are output to control signal lines 151 and 154, respectively. Similarly, drive control signals GHw and GLw are output to control signal lines 251 and 254, respectively. Each control signal is set to a logic low level (hereinafter, also simply referred to as “L level”) during a period in which the corresponding semiconductor switching element is to be turned off, while being set to a logic high level in a period in which the corresponding semiconductor switching element is to be turned on. Level (hereinafter, also simply referred to as “H level”).

さらに、制御部7は、異常を検知した場合に電力変換装置1aの動作を停止するための保護機能を備えている。たとえば、過電流検出器6によって、半導体スイッチング素子の過電流が検出されると、制御部7は、保護制御信号SPuおよびSPwを発生する。保護制御信号SPuおよびSPwは、制御信号線157および257にそれぞれ出力される。   Furthermore, the control part 7 is provided with the protection function for stopping operation | movement of the power converter device 1a, when abnormality is detected. For example, when the overcurrent detector 6 detects an overcurrent of the semiconductor switching element, the control unit 7 generates the protection control signals SPu and SPw. Protection control signals SPu and SPw are output to control signal lines 157 and 257, respectively.

過電流検出器6は、たとえば、各半導体スイッチング素子10,20,30,40に設けられたシャント抵抗の出力電圧に基づいて、各半導体スイッチング素子の通過電流が所定のしきい値を超えたことを検出するように構成することができる。あるいは、過電流検出器6は、負荷5の短絡等によって過大な電流がインバータから出力されたときに過電流を検出するように構成されてもよい。この際には、電力変換装置1aから負荷5に供給される電流を検出するための電流センサによって、過電流検出器6を構成することができる。   The overcurrent detector 6 indicates that, for example, the passing current of each semiconductor switching element has exceeded a predetermined threshold based on the output voltage of a shunt resistor provided in each semiconductor switching element 10, 20, 30, 40. Can be configured to detect. Alternatively, the overcurrent detector 6 may be configured to detect an overcurrent when an excessive current is output from the inverter due to a short circuit of the load 5 or the like. In this case, the overcurrent detector 6 can be configured by a current sensor for detecting a current supplied from the power conversion device 1a to the load 5.

過電流検出器6は、これらの電流センサやシャント抵抗によって所定の基準値を超える電流が流れたことを検出すると、異常検出信号Sflの出力によって、過電流の検出を制御部7に対して通知する。   When the overcurrent detector 6 detects that a current exceeding a predetermined reference value has flowed by these current sensors and shunt resistors, the overcurrent detector 6 notifies the control unit 7 of the detection of the overcurrent by the output of the abnormality detection signal Sfl. To do.

制御部7は、過電流の非検出時(すなわち、通常時)には、保護制御信号SPuおよびSPwをデフォルトであるLレベルに維持する。一方で、制御部7は、過電流検出器6が異常検出信号Sflを出力すると、すなわち、過電流の検出時には、保護制御信号SPuおよびSPwをHレベルに設定する。   The control unit 7 maintains the protection control signals SPu and SPw at the default L level when no overcurrent is detected (that is, during normal operation). On the other hand, the control unit 7 sets the protection control signals SPu and SPw to the H level when the overcurrent detector 6 outputs the abnormality detection signal Sfl, that is, when overcurrent is detected.

MOSFETやIGBTなどの絶縁ゲート型の半導体スイッチング素子では、制御電極(ゲート)および負電極(ソースまたはエミッタ)の間に寄生容量が存在する。半導体スイッチング素子は、寄生容量が充電されて制御電極および負電極の間の電圧(ゲート・ソース間電圧)が閾値電圧よりも高いときにオンする。一方、半導体スイッチング素子は、寄生容量が放電されて制御電極および負電極の間の電圧(ゲート・ソース間電圧)が閾値電圧よりも低いときにはオフする。   In an insulated gate semiconductor switching element such as a MOSFET or IGBT, a parasitic capacitance exists between a control electrode (gate) and a negative electrode (source or emitter). The semiconductor switching element is turned on when the parasitic capacitance is charged and the voltage between the control electrode and the negative electrode (gate-source voltage) is higher than the threshold voltage. On the other hand, the semiconductor switching element is turned off when the parasitic capacitance is discharged and the voltage (gate-source voltage) between the control electrode and the negative electrode is lower than the threshold voltage.

したがって、電力変換装置1aには、駆動制御信号GHu,GLu,GHw,GLwに応じて、半導体スイッチング素子10,20,30,40の制御電極であるゲート電極を充放電するための駆動システムとして、駆動回路51,52,53,54と、制御電源101,102と、ブートストラップ回路111u,111wと、平滑コンデンサ16,26,36,46がさらに配置される。   Therefore, the power conversion device 1a has a drive system for charging / discharging the gate electrodes, which are control electrodes of the semiconductor switching elements 10, 20, 30, 40, according to the drive control signals GHu, GLu, GHw, GLw. Drive circuits 51, 52, 53, 54, control power supplies 101, 102, bootstrap circuits 111u, 111w, and smoothing capacitors 16, 26, 36, 46 are further arranged.

まず、U相アーム回路における、半導体スイッチング素子10および20の駆動システムの構成について説明する。   First, the configuration of the drive system for the semiconductor switching elements 10 and 20 in the U-phase arm circuit will be described.

U相アーム回路には、制御電源101と、ブートストラップ回路111uと、平滑コンデンサ16,26が配置されている。平滑コンデンサ26は、制御電源101と並列に接続されている。平滑コンデンサ16は、ブートストラップ回路111uを経由して、制御電源101の正極に接続されている。ブートストラップ回路111uは、ダイオード112および電流制限抵抗113を有する。   In the U-phase arm circuit, a control power supply 101, a bootstrap circuit 111u, and smoothing capacitors 16 and 26 are arranged. The smoothing capacitor 26 is connected in parallel with the control power supply 101. The smoothing capacitor 16 is connected to the positive electrode of the control power supply 101 via the bootstrap circuit 111u. The bootstrap circuit 111u includes a diode 112 and a current limiting resistor 113.

平滑コンデンサ16は、ブートストラップ回路111uによって、制御電源101と同等の電圧に充電される。平滑コンデンサ16の負極と、半導体スイッチング素子10の負電極(ソース)とは、駆動回路51の内部で電気的に接続されている。あるいは、平滑コンデンサ16の負極と、半導体スイッチング素子10の負電極とは、駆動回路51の外部で電気的に接続することも可能である。   The smoothing capacitor 16 is charged to a voltage equivalent to that of the control power supply 101 by the bootstrap circuit 111u. The negative electrode of the smoothing capacitor 16 and the negative electrode (source) of the semiconductor switching element 10 are electrically connected inside the drive circuit 51. Alternatively, the negative electrode of the smoothing capacitor 16 and the negative electrode of the semiconductor switching element 10 can be electrically connected outside the drive circuit 51.

下アームの半導体スイッチング素子20に対応して、駆動回路52が配置される。駆動回路52には、制御信号線151により駆動制御信号GLuが入力される。駆動回路52は、駆動制御信号GLuに応じて半導体スイッチング素子20のゲート電極23を充放電することによって、半導体スイッチング素子20をオンオフする。さらに、駆動回路52と、基準電位点8との間に、放電速度制御回路100aが配置される。基準電位点8は、平滑コンデンサ26および制御電源101の負極、ならびに、半導体スイッチング素子20の負電極(ソース電極)22と電気的に接続されている。   A drive circuit 52 is arranged corresponding to the semiconductor switching element 20 of the lower arm. A drive control signal GLu is input to the drive circuit 52 through a control signal line 151. The drive circuit 52 turns on and off the semiconductor switching element 20 by charging and discharging the gate electrode 23 of the semiconductor switching element 20 in accordance with the drive control signal GLu. Further, a discharge rate control circuit 100 a is disposed between the drive circuit 52 and the reference potential point 8. The reference potential point 8 is electrically connected to the smoothing capacitor 26, the negative electrode of the control power source 101, and the negative electrode (source electrode) 22 of the semiconductor switching element 20.

放電速度制御回路100aは、抵抗素子105aおよびバイパススイッチ110aを有する。抵抗素子105aは、半導体スイッチング素子20のゲート電極23と、基準電位点8との間の放電経路に後述するゲート抵抗と直列に接続される。バイパススイッチ110aは、当該放電経路において、抵抗素子105aと並列に接続される。   The discharge speed control circuit 100a includes a resistance element 105a and a bypass switch 110a. The resistance element 105 a is connected in series with a gate resistance described later in a discharge path between the gate electrode 23 of the semiconductor switching element 20 and the reference potential point 8. The bypass switch 110a is connected in parallel with the resistance element 105a in the discharge path.

バイパススイッチ110aは、制御部7から制御信号線157(図1)によって伝達される保護制御信号SPuに応じてオンオフされる。具体的には、バイパススイッチ110aは、保護制御信号SPuのLレベル期間(通常時)にはオンする一方で、保護制御信号SPuのHレベル期間(過電流検出時)にはオフされる。   The bypass switch 110a is turned on / off according to the protection control signal SPu transmitted from the control unit 7 through the control signal line 157 (FIG. 1). Specifically, the bypass switch 110a is turned on during the L level period (normal time) of the protection control signal SPu, and is turned off during the H level period (when overcurrent is detected) of the protection control signal SPu.

図2を用いて、下アームの半導体スイッチング素子20の駆動システムの構成についてさらに説明する。   The configuration of the drive system of the lower arm semiconductor switching element 20 will be further described with reference to FIG.

図2を参照して、半導体スイッチング素子20の駆動回路52は、npnトランジスタで構成されたトランジスタ74nと、pnpトランジスタで構成されたトランジスタ74pと、ゲート抵抗84とを有する。   Referring to FIG. 2, drive circuit 52 of semiconductor switching element 20 includes a transistor 74 n configured by an npn transistor, a transistor 74 p configured by a pnp transistor, and a gate resistor 84.

トランジスタ74nは、電源ライン71およびノードN1との間に接続される。トランジスタ74pは、ノードN1および電源ライン72の間に接続される。ゲート抵抗84は、ノードN1と半導体スイッチング素子20のゲート電極23との間に接続される。   Transistor 74n is connected between power supply line 71 and node N1. Transistor 74p is connected between node N1 and power supply line 72. The gate resistor 84 is connected between the node N1 and the gate electrode 23 of the semiconductor switching element 20.

電源ライン71は、平滑コンデンサ26および制御電源101の正極と電気的に接続される。電源ライン72は、放電速度制御回路100aを経由して、基準電位点8と電気的に接続される。   The power supply line 71 is electrically connected to the smoothing capacitor 26 and the positive electrode of the control power supply 101. The power supply line 72 is electrically connected to the reference potential point 8 via the discharge rate control circuit 100a.

トランジスタ74nおよび74pの制御電極(ベース)は、制御信号線151と接続される。したがって、駆動制御信号GLuのHレベル期間では、トランジスタ74nがオンする。このとき、トランジスタ74nによって、ゲート電極23を充電するための駆動電流が、電源ライン71からゲート電極23へ供給される。これにより、ゲート電極23は、ゲート抵抗84を経由した充電経路によって、高電圧側に駆動される。これに伴い半導体スイッチング素子20は、ゲート・ソース間電圧が閾値電圧よりも高くなるのに応じてオンする。   Control electrodes (bases) of the transistors 74n and 74p are connected to the control signal line 151. Therefore, the transistor 74n is turned on during the H level period of the drive control signal GLu. At this time, a driving current for charging the gate electrode 23 is supplied from the power supply line 71 to the gate electrode 23 by the transistor 74n. As a result, the gate electrode 23 is driven to the high voltage side by the charging path via the gate resistor 84. Accordingly, the semiconductor switching element 20 is turned on as the gate-source voltage becomes higher than the threshold voltage.

これに対して駆動制御信号GLuのLレベル期間では、トランジスタ74nがオフする一方で、トランジスタ74pがオンする。これにより、ゲート電極23からゲート抵抗84を経由して基準電位点8に至る放電経路が形成されることによってゲート・ソース間電圧が閾値電圧よりも低くなると、半導体スイッチング素子20はオフされる。   On the other hand, in the L level period of the drive control signal GLu, the transistor 74n is turned off while the transistor 74p is turned on. As a result, when the discharge path from the gate electrode 23 to the reference potential point 8 via the gate resistor 84 is formed and the gate-source voltage becomes lower than the threshold voltage, the semiconductor switching element 20 is turned off.

半導体スイッチング素子20のゲート電極23から基準電位点8への放電経路は、バイパススイッチ110aのオン時には、抵抗素子105aを排除して形成される。このとき、ゲート電極23の放電速度はゲート抵抗84の抵抗値によって規定される。   The discharge path from the gate electrode 23 of the semiconductor switching element 20 to the reference potential point 8 is formed by eliminating the resistance element 105a when the bypass switch 110a is turned on. At this time, the discharge rate of the gate electrode 23 is defined by the resistance value of the gate resistor 84.

これに対して、バイパススイッチ110aのオフ時には、ゲート電極23から基準電位点8への放電経路において、ゲート抵抗84および抵抗素子105aが直列に接続されることになる。このときの放電速度は、ゲート抵抗84および抵抗素子105aの電気抵抗の和によって規定される。したがって、バイパススイッチ110aのオフ時には、バイパススイッチ110aのオン時と比較して放電経路の電気抵抗値が高くなるので、ゲート電極23の放電電流が低下する。この結果、ゲート電極23の放電速度が低くなり、半導体スイッチング素子20のターンオフが緩やかになることが理解される。   On the other hand, when the bypass switch 110a is turned off, the gate resistor 84 and the resistance element 105a are connected in series in the discharge path from the gate electrode 23 to the reference potential point 8. The discharge rate at this time is defined by the sum of the electrical resistances of the gate resistor 84 and the resistance element 105a. Therefore, when the bypass switch 110a is turned off, the electrical resistance value of the discharge path is higher than when the bypass switch 110a is turned on, so that the discharge current of the gate electrode 23 is lowered. As a result, it is understood that the discharge rate of the gate electrode 23 is lowered and the turn-off of the semiconductor switching element 20 is moderated.

このように、保護制御信号SPuがLレベルである通常時(過電流の非検出時)においては、バイパススイッチ110aがオンされることにより、ゲート電極23の放電速度は高く設定されて、半導体スイッチング素子20は速やかにターンオフされる。これにより、スイッチング損失を抑制することができる。   In this way, during the normal time when the protection control signal SPu is at the L level (when no overcurrent is detected), the bypass switch 110a is turned on, so that the discharge rate of the gate electrode 23 is set high, and the semiconductor switching Element 20 is immediately turned off. Thereby, switching loss can be suppressed.

これに対して、保護制御信号SPuがHレベルである過電流検出時には、バイパススイッチ110aがオフされることにより、ゲート電極23をターンオフするための放電速度が低くなる。この結果、過電流発生時には、ターンオフ速度を緩やかにして、サージ電圧を抑制することが可能となる。   On the other hand, when an overcurrent is detected in which the protection control signal SPu is at the H level, the bypass switch 110a is turned off, so that the discharge rate for turning off the gate electrode 23 is lowered. As a result, when an overcurrent occurs, the turn-off speed can be moderated to suppress the surge voltage.

なお、図2に示された駆動回路52の構成は例示に過ぎず、ゲートドライブ集積回路等によって構成されたゲート回路によって駆動回路52を構成することもできる。すなわち駆動回路52は、ゲート電極23を制御信号に応じて充放電する機能を有するものであれば、任意の構成を適用することができる。   The configuration of the drive circuit 52 shown in FIG. 2 is merely an example, and the drive circuit 52 can also be configured by a gate circuit configured by a gate drive integrated circuit or the like. In other words, the drive circuit 52 can adopt any configuration as long as it has a function of charging and discharging the gate electrode 23 in accordance with a control signal.

再び図1を参照して、上アームの駆動回路51は、図2に示した駆動回路52と同様に構成することができる。この場合には、トランジスタ74nおよびトランジスタ74pを、図2の構成と同様にゲート電極13(半導体スイッチング素子10)に対して接続するとともに、トランジスタ74nおよびトランジスタ74pの制御電極(ベース)を、駆動制御信号GHuを伝送する制御信号線154と接続することができる。   Referring to FIG. 1 again, the upper arm drive circuit 51 can be configured similarly to the drive circuit 52 shown in FIG. In this case, the transistor 74n and the transistor 74p are connected to the gate electrode 13 (semiconductor switching element 10) similarly to the configuration of FIG. 2, and the control electrode (base) of the transistor 74n and the transistor 74p is driven and controlled. It can be connected to a control signal line 154 that transmits the signal GHu.

W相上アームの半導体スイッチング素子30に対しても、半導体スイッチング素子10と同様に、駆動回路53、平滑コンデンサ36、および、ダイオード122および電流制限抵抗123によるブートストラップ回路111wが設けられる。平滑コンデンサ36は、ブートストラップ回路111wを経由して制御電源102により充電される。また、駆動回路53は、駆動回路51と同様の機能を有するように構成される。具体的には、駆動回路53は、制御信号線251(図1)によって伝達される駆動制御信号GHwに応じて、半導体スイッチング素子30のゲート電極33を充電または放電するように構成される。   Similarly to the semiconductor switching element 10, the boot switching circuit 111 w including the drive circuit 53, the smoothing capacitor 36, the diode 122, and the current limiting resistor 123 is provided for the semiconductor switching element 30 of the W-phase upper arm. The smoothing capacitor 36 is charged by the control power supply 102 via the bootstrap circuit 111w. The drive circuit 53 is configured to have the same function as the drive circuit 51. Specifically, the drive circuit 53 is configured to charge or discharge the gate electrode 33 of the semiconductor switching element 30 in accordance with the drive control signal GHw transmitted by the control signal line 251 (FIG. 1).

W相下アームの半導体スイッチング素子40に対しては、駆動回路54と、抵抗素子105bおよびバイパススイッチ110bを有する放電速度制御回路100bと、制御電源102および平滑コンデンサ46が配置される。半導体スイッチング素子40の駆動システムについても、図2で説明した半導体スイッチング素子20の駆動システムと同様に構成することができる。   A drive circuit 54, a discharge speed control circuit 100b having a resistance element 105b and a bypass switch 110b, a control power source 102 and a smoothing capacitor 46 are arranged for the semiconductor switching element 40 of the W-phase lower arm. The drive system for the semiconductor switching element 40 can also be configured in the same manner as the drive system for the semiconductor switching element 20 described with reference to FIG.

すなわち、放電速度制御回路100bは、駆動回路54と基準電位点9との間に配置される。基準電位点9は、平滑コンデンサ46および制御電源102の負極、ならびに、半導体スイッチング素子40の負電極(ソース電極)42と電気的に接続されている。駆動回路54には、制御信号線254により駆動制御信号GLuが入力される。駆動回路54は、駆動制御信号GLuに応じて半導体スイッチング素子40のゲート電極43を充放電することによって、半導体スイッチング素子40をオンオフする。   In other words, the discharge rate control circuit 100 b is disposed between the drive circuit 54 and the reference potential point 9. The reference potential point 9 is electrically connected to the smoothing capacitor 46, the negative electrode of the control power source 102, and the negative electrode (source electrode) 42 of the semiconductor switching element 40. The drive control signal GLu is input to the drive circuit 54 through the control signal line 254. The drive circuit 54 turns on and off the semiconductor switching element 40 by charging and discharging the gate electrode 43 of the semiconductor switching element 40 in accordance with the drive control signal GLu.

具体的には、図2の構成において、制御電源101、平滑コンデンサ26、抵抗素子105aおよびバイパススイッチ110aを、制御電源102、平滑コンデンサ46、抵抗素子105bおよびバイパススイッチ110bに置換することで、半導体スイッチング素子40の駆動システムを構成することができる。   Specifically, in the configuration of FIG. 2, the control power supply 101, the smoothing capacitor 26, the resistance element 105a, and the bypass switch 110a are replaced with the control power supply 102, the smoothing capacitor 46, the resistance element 105b, and the bypass switch 110b. A drive system of the switching element 40 can be configured.

また、駆動回路54は、図2に示した駆動回路52と同様のnpnトランジスタおよびpnpトランジスタの制御電極(ベース)を制御信号線254と接続することにより、保護制御信号SPuに応じて、半導体スイッチング素子40のゲート電極43を充放電するように構成することができる。   Further, the drive circuit 54 connects the npn transistor and the control electrode (base) of the pnp transistor similar to the drive circuit 52 shown in FIG. 2 to the control signal line 254, so that the semiconductor switching is performed according to the protection control signal SPu. The gate electrode 43 of the element 40 can be configured to be charged / discharged.

また、放電速度制御回路100bにおいて、バイパススイッチ110bは、制御信号線257によって伝達される保護制御信号SPwがLレベルのときにはオンする一方で、SPwがHレベルのときにはオフするように制御される。したがって、半導体スイッチング素子40においても、保護制御信号SPwがLレベルである通常時(過電流の非検出時)においては、ゲート電極43の放電速度は高く設定されて、半導体スイッチング素子20は速やかにターンオフされる。これにより、スイッチング損失を抑制することができる。一方で、保護制御信号SPwがHレベルである過電流検出時には、半導体スイッチング素子40は緩やかにターンオフされるので、サージ電圧を抑制することが可能となる。   In the discharge speed control circuit 100b, the bypass switch 110b is controlled to turn on when the protection control signal SPw transmitted through the control signal line 257 is at L level, and to be turned off when SPw is at H level. Therefore, also in the semiconductor switching element 40, during the normal time when the protection control signal SPw is at the L level (when no overcurrent is detected), the discharge rate of the gate electrode 43 is set high, and the semiconductor switching element 20 quickly Turned off. Thereby, switching loss can be suppressed. On the other hand, at the time of overcurrent detection in which the protection control signal SPw is at the H level, the semiconductor switching element 40 is gently turned off, so that the surge voltage can be suppressed.

次に、電力変換装置1aの動作について説明する。
通常時には、制御部7が保護制御信号SPu,SPwをLレベルに維持するため、バイパススイッチ110aおよび110bはオン状態に維持される。この状態で、制御部7は、電力変換装置1aの出力(交流電圧)が目標値(振幅、周波数、位相等)と一致するような電力変換が実行されるように、半導体スイッチング素子10,20,30,40の駆動制御信号GHu,GLu,GHw,GLwを生成する。
Next, operation | movement of the power converter device 1a is demonstrated.
Normally, the control unit 7 maintains the protection control signals SPu and SPw at the L level, so that the bypass switches 110a and 110b are maintained in the on state. In this state, the control unit 7 performs the semiconductor switching elements 10 and 20 so that the power conversion is performed so that the output (AC voltage) of the power conversion device 1a matches the target value (amplitude, frequency, phase, etc.). , 30, 40 drive control signals GHu, GLu, GHw, GLw are generated.

このとき、下アームの半導体スイッチング素子20,40が、駆動制御信号GLu,GLwに応じてターンオフされる際に、ゲート電極23,43の放電経路に抵抗素子105a,105bは含まれないことになる。したがって、半導体スイッチング素子10,20,30,40は、電力変換のためのターンオフ時には、放電経路の電気抵抗値が低いため放電速度が高くなり、高速にターンオフされることによって、スイッチング損失が抑制される。   At this time, when the semiconductor switching elements 20 and 40 of the lower arm are turned off according to the drive control signals GLu and GLw, the resistance elements 105a and 105b are not included in the discharge path of the gate electrodes 23 and 43. . Accordingly, when the semiconductor switching elements 10, 20, 30, and 40 are turned off for power conversion, the electrical resistance value of the discharge path is low, so that the discharge speed is high, and the switching loss is suppressed by being turned off at high speed. The

これに対して、過電流検出器6によって過電流が検出されると、制御部7は、異常検出信号Sflに応じて、保護制御信号SPu,SPwをLレベルからHレベルに変化させる。これにより、バイパススイッチ110bおよび110bの各々は、オン状態からオフ状態に変化する。これにより、ゲート電極23,43の放電経路において、ゲート抵抗84(図2)と直列に抵抗素子105a,105bが接続される。これにより、放電経路の電気抵抗値は、通常時(過電流の非検出時)よりも高くなる。   On the other hand, when an overcurrent is detected by the overcurrent detector 6, the control unit 7 changes the protection control signals SPu and SPw from the L level to the H level according to the abnormality detection signal Sfl. Thereby, each of bypass switches 110b and 110b changes from the on state to the off state. Thus, the resistance elements 105a and 105b are connected in series with the gate resistor 84 (FIG. 2) in the discharge path of the gate electrodes 23 and 43. As a result, the electrical resistance value of the discharge path becomes higher than normal (when no overcurrent is detected).

この状態で、制御部7は、半導体スイッチング素子の保護のために、駆動制御信号GHu,GLu,GHw,GLwをLレベルに設定して、半導体スイッチング素子10,20,30,40を強制的にターンオフする。   In this state, the control unit 7 sets the drive control signals GHu, GLu, GHw, and GLw to the L level to forcibly activate the semiconductor switching elements 10, 20, 30, and 40 in order to protect the semiconductor switching elements. Turn off.

この際に、放電速度制御回路100a,100bが配置された、下アームの半導体スイッチング素子20,40は、放電経路の電気抵抗値が通常時よりも高いため、放電速度が低くなり、緩やかにターンオフされる。   At this time, the semiconductor switching elements 20 and 40 in the lower arm, in which the discharge rate control circuits 100a and 100b are arranged, have a higher electrical resistance value in the discharge path than usual, so that the discharge rate is lowered and the semiconductor switching devices 20 and 40 are gradually turned off. Is done.

したがって、実施の形態1に従う駆動システムを有する電力変換装置によれば、負荷5の急激な動作変動、直流電源17の急激な出力変動、あるいは、アーム短絡等によって過電流が発生した際における、半導体スイッチング素子の強制的なターンオフ時におけるサージ電圧の発生を抑制することが可能となる。   Therefore, according to the power conversion device having the drive system according to the first embodiment, the semiconductor in the event of an overcurrent due to a sudden operation fluctuation of the load 5, a sudden output fluctuation of the DC power supply 17, or an arm short circuit or the like. It is possible to suppress the generation of a surge voltage when the switching element is forcibly turned off.

特に、炭化ケイ素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、または、ダイヤモンド等のワイドバンドギャップ半導体によって形成された電圧駆動型の半導体スイッチング素子(MOSFETやIGBT等)では、通常時のスイッチング速度が高いため、そのままのスイッチング速度で過電流発生にターンオフするとサージ電圧が過大になることが懸念されるが、本実施の形態に従う駆動システムを適用することにより、サージ電圧の抑制を図ることができる。   In particular, voltage-driven semiconductor switching elements (such as MOSFETs and IGBTs) formed of wide band gap semiconductors such as silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), or diamond have a high switching speed during normal operation. Although there is a concern that the surge voltage will become excessive if it is turned off to generate overcurrent at the same switching speed, the surge voltage can be suppressed by applying the drive system according to the present embodiment.

また、実施の形態1に従う構成では、図2で説明したように、バイパススイッチ110aのみのオンオフによって、ゲート電極の放電経路の電気抵抗値を切換えることができる。このため、特許文献1,2のように、2個のスイッチによって並列接続された2個の放電経路を切換える構成とは異なり、2個スイッチのオンオフタイミングのずれに起因する、放電経路の電気抵抗値が過電流検出時に通常時よりも低くなってしまったり、ゲート電極の放電経路が消失してしまうような不具合の発生を、確実に回避することができる。   In the configuration according to the first embodiment, as described with reference to FIG. 2, the electrical resistance value of the discharge path of the gate electrode can be switched by turning on / off only the bypass switch 110a. For this reason, unlike the configurations of switching between two discharge paths connected in parallel by two switches as in Patent Documents 1 and 2, the electrical resistance of the discharge path caused by the deviation of the on / off timing of the two switches It is possible to reliably avoid the occurrence of a problem that the value becomes lower than normal at the time of overcurrent detection or the discharge path of the gate electrode disappears.

さらに、実施の形態1に従う構成では、ゲート電極を充電するためのトランジスタ74nのオン中に、バイパススイッチ110aのオンオフが切換わっても、ゲート電極の放電経路が形成されることはない。このため、特許文献1,2の構成とは異なり、トランジスタ74n,74pのオンオフと、バイパススイッチ110aのオンオフとのタイミングがずれても、半導体スイッチング素子20が誤動作を起こすことがない。また、バイパススイッチ110aのオンオフによらず、ゲート電極23の放電経路は形成されているので、駆動制御信号GLu,GLwをLレベルに設定することにより、半導体スイッチング素子20,40を確実にターンオフすることができる。   Furthermore, in the configuration according to the first embodiment, the discharge path of the gate electrode is not formed even if the bypass switch 110a is switched on and off while the transistor 74n for charging the gate electrode is on. For this reason, unlike the configurations of Patent Documents 1 and 2, the semiconductor switching element 20 does not malfunction even if the timings of turning on and off the transistors 74n and 74p and on and off of the bypass switch 110a are shifted. Since the discharge path of the gate electrode 23 is formed regardless of whether the bypass switch 110a is turned on or off, the semiconductor switching elements 20 and 40 are reliably turned off by setting the drive control signals GLu and GLw to the L level. be able to.

なお、確実に、バイパススイッチ110a,110bがオフされた状態で、半導体スイッチング素子20,40をターンオフするために、制御部7は、過電流検出器6からの異常検出信号Sflを受けたときに、保護制御信号SPu,SPwをHレベルに変化させるタイミングから、駆動制御信号GHu,GLu,GHw,GLwをLレベルに設定するタイミングまでの間に一定の時間遅れを設定してもよい。また、バイパススイッチ110a,110bについては、高速にオンオフするために、半導体スイッチによって構成することが好ましい。   When the control unit 7 receives the abnormality detection signal Sfl from the overcurrent detector 6 in order to reliably turn off the semiconductor switching elements 20 and 40 with the bypass switches 110a and 110b turned off, A certain time delay may be set between the timing when the protection control signals SPu and SPw are changed to the H level and the timing when the drive control signals GHu, GLu, GHw and GLw are set to the L level. The bypass switches 110a and 110b are preferably constituted by semiconductor switches in order to turn on and off at high speed.

また、図2の構成の変形例として、保護制御信号SPu,SPwを駆動回路52に入力して、保護制御信号SPu,SPwがHレベルであるときには、トランジスタ74nを強制的にオフするように構成することも可能である。たとえば、トランジスタ74nの制御電極(ベース)に対して、駆動制御信号GHuまたはGLuと、保護制御信号SPu,SPwの反転信号(過電流検出時にLレベル)との論理積(AND)を出力する論理ゲートを配置することができる。   Further, as a modification of the configuration of FIG. 2, the protection control signals SPu and SPw are input to the drive circuit 52, and the transistor 74n is forcibly turned off when the protection control signals SPu and SPw are at the H level. It is also possible to do. For example, a logic that outputs a logical product (AND) of the drive control signal GHu or GLu and the inverted signals of the protection control signals SPu and SPw (L level when overcurrent is detected) to the control electrode (base) of the transistor 74n. A gate can be placed.

なお、図1に示した電力変換装置1aでは、下アームの半導体スイッチング素子20,40の駆動システムにのみ、放電速度制御回路100a,100bを配置する構成を例示した。このため、過電流のため最終的に半導体スイッチング素子10,20,30,40をオフ状態としたい場合においても、まず下アームの半導体スイッチング素子20,40をオフしてから上アームの半導体スイッチング素子をオフする必要がある。   1 exemplifies a configuration in which the discharge rate control circuits 100a and 100b are arranged only in the drive system of the semiconductor switching elements 20 and 40 of the lower arm. Therefore, even when it is desired to finally turn off the semiconductor switching elements 10, 20, 30, 40 due to overcurrent, the lower arm semiconductor switching elements 20, 40 are first turned off and then the upper arm semiconductor switching element. Need to turn off.

もし、上アームの半導体スイッチング素子10,30を先にターンオフする場合には、放電速度制御回路が配置されていない半導体スイッチング素子10,30については、過電流発生時においても通常時と同様に高速にターンオフされるため、過電流の遮断時に、過大なサージ電圧が発生したり駆動回路を誤動作させたりする虞があるためである。   If the semiconductor switching elements 10 and 30 of the upper arm are turned off first, the semiconductor switching elements 10 and 30 in which the discharge speed control circuit is not arranged are high-speed even when an overcurrent occurs as in the normal case. This is because when the overcurrent is cut off, an excessive surge voltage may be generated or the drive circuit may malfunction.

あるいは、図3に示される変形例のように電力変換装置を構成することも可能である。
図3を参照して、実施の形態1の変形例に従う電力変換装置1bは、電力変換装置1a(図1)と比較して、上アームの半導体スイッチング素子10,30にそれぞれ対応して、放電速度制御回路100c,100dがさらに配置される。電力変換装置1bのその他の部分の構成および動作は図1と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
Or it is also possible to comprise a power converter device like the modification shown by FIG.
Referring to FIG. 3, power conversion device 1 b according to the modification of the first embodiment discharges corresponding to semiconductor switching elements 10 and 30 of the upper arm as compared with power conversion device 1 a (FIG. 1). Speed control circuits 100c and 100d are further arranged. Since the configuration and operation of other parts of power conversion device 1b are the same as in FIG. 1, detailed description will not be repeated.

放電速度制御回路100cは、抵抗素子105cと、抵抗素子105cと並列に接続されたバイパススイッチ110cとを有する。同様に、放電速度制御回路100dは、抵抗素子105dと、抵抗素子105dと並列に接続されたバイパススイッチ110dとを有する。   The discharge speed control circuit 100c includes a resistance element 105c and a bypass switch 110c connected in parallel with the resistance element 105c. Similarly, the discharge speed control circuit 100d includes a resistance element 105d and a bypass switch 110d connected in parallel with the resistance element 105d.

制御部7は、保護制御信号SPu,SPwに加えて、保護制御信号SPuh,SPwhをさらに出力する。保護制御信号SPuhは、制御信号線158によってバイパススイッチ115cへ伝達され、保護制御信号SPwhは、制御信号線258によってバイパススイッチ115dへ伝達される。   The control unit 7 further outputs protection control signals SPuh and SPwh in addition to the protection control signals SPu and SPw. The protection control signal SPuh is transmitted to the bypass switch 115c via the control signal line 158, and the protection control signal SPwh is transmitted to the bypass switch 115d via the control signal line 258.

制御部7は、保護制御信号SPu,SPwと同様に、通常時には保護制御信号SPuh,SPwhをLレベルに維持する一方で、過電流検出器6からの異常検出信号Sflの出力に応じて、保護制御信号SPuh,SPwhをLレベルからHレベルへ変化する。   Similarly to the protection control signals SPu and SPw, the control unit 7 maintains the protection control signals SPuh and SPwh at the L level during normal operation, while protecting according to the output of the abnormality detection signal Sfl from the overcurrent detector 6. The control signals SPuh and SPwh are changed from the L level to the H level.

バイパススイッチ110c,110dは、バイパススイッチ110a,110bと同様に構成されて、保護制御信号SPuh,SPwhのLレベル期間ではオフする一方で、Hレベル期間にはオンするように制御される。   The bypass switches 110c and 110d are configured in the same manner as the bypass switches 110a and 110b, and are controlled so as to be turned off during the L level period of the protection control signals SPuh and SPwh while being turned on during the H level period.

これにより、半導体スイッチング素子10,30を駆動制御信号GHu,GHwに応じてターンオフする際に、通常時には、抵抗素子105c,105dをバイパスしてゲート電極13,33の放電経路を形成する一方で、過電流検出時には、図2のゲート抵抗84相当の抵抗素子と、抵抗素子105c,105dとが直列接続された放電経路を形成することができる。   Thus, when the semiconductor switching elements 10 and 30 are turned off in accordance with the drive control signals GHu and GHw, the resistance elements 105c and 105d are bypassed to form the discharge paths of the gate electrodes 13 and 33 in the normal state. When detecting an overcurrent, a discharge path in which a resistance element corresponding to the gate resistor 84 of FIG. 2 and the resistance elements 105c and 105d are connected in series can be formed.

したがって、電力変換装置1bでは、上アームの半導体スイッチング素子10および30に対しても、図1の半導体スイッチング素子20,40と同様に、過電流検出時にターンオフ速度を低下して、サージ電圧を抑制することができる、この結果、すべての半導体スイッチング素子を同時にオフする必要がある電力変換装置の構成においても、過電流検出に応じて、半導体スイッチング素子を保護のために強制的にターンオフする際におけるサージ電圧を抑制することができる。   Therefore, in the power conversion device 1b, similarly to the semiconductor switching elements 20 and 40 of FIG. 1, the turn-off speed is reduced for the upper arm semiconductor switching elements 10 and 30, and the surge voltage is suppressed. As a result, even in the configuration of the power conversion device in which all the semiconductor switching elements need to be turned off at the same time, the semiconductor switching elements are forcibly turned off for protection in response to the overcurrent detection. Surge voltage can be suppressed.

あるいは、図1および図3とは異なり、上アームの半導体スイッチング素子に対してのみ、放電制御回路を配置することも可能である。このように、本実施の形態に従う電力変換装置において、図1および図2に示された放電制御回路は、任意の半導体スイッチング素子に対して配置することが可能である。   Or unlike FIG. 1 and FIG. 3, it is also possible to arrange | position a discharge control circuit only with respect to the semiconductor switching element of an upper arm. As described above, in the power conversion device according to the present embodiment, the discharge control circuit shown in FIGS. 1 and 2 can be arranged for any semiconductor switching element.

実施の形態2.
図4は実施の形態2に従う電力変換装置1cの構成を説明する回路図である。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a configuration of power conversion device 1c according to the second embodiment.

図4を参照して、実施の形態2に従う電力変換装置1cは、実施の形態1に従う電力変換装置1a(図1)と比較して、下アームの半導体スイッチング素子20,40の間で、駆動システムが共有されている点で異なる。   Referring to FIG. 4, power conversion device 1 c according to the second embodiment is driven between lower arm semiconductor switching elements 20 and 40 as compared with power conversion device 1 a (FIG. 1) according to the first embodiment. The difference is that the system is shared.

図4の構成例では、半導体スイッチング素子20および40に対して、図1の駆動回路52,54に代えて、1個の駆動回路55が配置される。一方で、上アームの半導体スイッチング素子10および30に対しては、図1と同様の駆動回路51および53が配置される。さらに、図4の構成では、半導体スイッチング素子10,20,30,40と、駆動回路51,53および55とが、同一のパワーモジュール200内に格納されてもよい。   In the configuration example of FIG. 4, one drive circuit 55 is arranged for the semiconductor switching elements 20 and 40 instead of the drive circuits 52 and 54 of FIG. 1. On the other hand, drive circuits 51 and 53 similar to those in FIG. 1 are arranged for the upper arm semiconductor switching elements 10 and 30. Furthermore, in the configuration of FIG. 4, the semiconductor switching elements 10, 20, 30, and 40 and the drive circuits 51, 53, and 55 may be stored in the same power module 200.

上アームの半導体スイッチング素子10,30に対しては、パワーモジュール200に設けられた、駆動回路51への接続端子に対して、制御電源101、ブートストラップ回路111u、平滑コンデンサ16を、図1の回路構成と同様に接続することができる。また、駆動回路53への接続端子に対して、駆動回路51と共有される制御電源101、ブートストラップ回路111w、平滑コンデンサ36を接続することができる。これにより、電力変換装置1aと同様に、半導体スイッチング素子10,30の駆動システムを構成することができる。   For the semiconductor switching elements 10 and 30 of the upper arm, the control power supply 101, the bootstrap circuit 111u, and the smoothing capacitor 16 are connected to the connection terminal to the drive circuit 51 provided in the power module 200, as shown in FIG. Connections can be made in the same manner as the circuit configuration. Further, the control power supply 101, the bootstrap circuit 111w, and the smoothing capacitor 36 shared with the drive circuit 51 can be connected to the connection terminal to the drive circuit 53. Thereby, the drive system of the semiconductor switching elements 10 and 30 can be comprised similarly to the power converter device 1a.

一方で、下アームの半導体スイッチング素子20,40に対しては、放電速度制御回路100が共通に配置されている。放電速度制御回路100は、抵抗素子105、および、抵抗素子105と並列に接続されたバイパススイッチ110を含む。さらに、基準電位点8は、図4に示されるように、半導体スイッチング素子40の負電極(ソース電極)42とも接続されている。   On the other hand, a discharge rate control circuit 100 is commonly arranged for the semiconductor switching elements 20 and 40 of the lower arm. Discharge rate control circuit 100 includes a resistance element 105 and a bypass switch 110 connected in parallel with resistance element 105. Furthermore, the reference potential point 8 is also connected to the negative electrode (source electrode) 42 of the semiconductor switching element 40 as shown in FIG.

バイパススイッチ110に対しては、実施の形態1に従う電力変換装置1aと同様の保護制御信号SPuが、制御信号線157によって制御部7から伝達される。バイパススイッチ110は、バイパススイッチ110aと同様に、保護制御信号SPuのLレベル期間(通常時)にはオンする一方で、Hレベル期間(過電流検出時)にはオフするように制御される。   Protection control signal SPu similar to that of power conversion device 1a according to the first embodiment is transmitted from control unit 7 to bypass switch 110 through control signal line 157. Similarly to the bypass switch 110a, the bypass switch 110 is controlled to be turned on during the L level period (normal time) of the protection control signal SPu while being turned off during the H level period (when overcurrent is detected).

図5には、実施の形態2に従う電力変換装置1cにおける下アームの半導体スイッチング素子の駆動システムの構成が示される。   FIG. 5 shows a configuration of a drive system for the semiconductor switching element of the lower arm in power conversion device 1c according to the second embodiment.

図5を参照して、駆動回路55は、半導体スイッチング素子20に接続されるトランジスタ74n,74pおよびゲート抵抗84に加えて、半導体スイッチング素子20に接続されるトランジスタ75n,75pおよびゲート抵抗85をさらに含む。   Referring to FIG. 5, drive circuit 55 further includes transistors 75 n, 75 p and gate resistor 85 connected to semiconductor switching element 20 in addition to transistors 74 n and 74 p and gate resistor 84 connected to semiconductor switching element 20. Including.

トランジスタ74n,74pおよびゲート抵抗84は、図2に示した駆動回路52と同様に、半導体スイッチング素子20のゲート電極23に対して接続されるので、詳細な説明は繰り返さない。   Transistors 74n, 74p and gate resistor 84 are connected to gate electrode 23 of semiconductor switching element 20 similarly to drive circuit 52 shown in FIG. 2, and therefore detailed description will not be repeated.

トランジスタ75nは、トランジスタ74nと同様にnpnトランジスタで構成されて、電源ライン71およびノードN2の間に接続される。トランジスタ75pは、トランジスタ74pと同様にpnpトランジスタで構成されて、ノードN2および電源ライン72の間に接続される。ゲート抵抗85は、ノードN2と、半導体スイッチング素子40のゲート電極43との間に接続される。トランジスタ75nおよび75pの制御電極(ベース)は、制御部7からの駆動制御信号GLwを伝達する制御信号線254と接続される。したがって、駆動制御信号GLwに応じてトランジスタ75nまたは75nがオンすることによって、ゲート電極43は充電(ターンオン)または放電(ターンオフ)される。   Transistor 75n is formed of an npn transistor similarly to transistor 74n, and is connected between power supply line 71 and node N2. The transistor 75p is formed of a pnp transistor similarly to the transistor 74p, and is connected between the node N2 and the power supply line 72. The gate resistor 85 is connected between the node N <b> 2 and the gate electrode 43 of the semiconductor switching element 40. Control electrodes (bases) of the transistors 75n and 75p are connected to a control signal line 254 that transmits a drive control signal GLw from the control unit 7. Therefore, when the transistor 75n or 75n is turned on in accordance with the drive control signal GLw, the gate electrode 43 is charged (turned on) or discharged (turned off).

図5から理解されるとおり、半導体スイッチング素子20のゲート電極23および半導体スイッチング素子40のゲート電極43の間で、基準電位点8に至る放電経路の一部が共有される。   As understood from FIG. 5, a part of the discharge path to the reference potential point 8 is shared between the gate electrode 23 of the semiconductor switching element 20 and the gate electrode 43 of the semiconductor switching element 40.

そして、放電速度制御回路100は、抵抗素子105およびバイパススイッチ110が、放電経路の当該共通部分に接続されるように配置される。これにより、バイパススイッチ110のオフ時には、ゲート電極23の放電経路には、ゲート抵抗84および抵抗素子105が直列接続される一方で、ゲート電極43の放電経路には、ゲート抵抗85および抵抗素子105が直列接続される。これに対して、バイパススイッチ110のオフ時には、ゲート電極23および43の各々の放電経路は、抵抗素子105をバイパスして形成される。   Discharge rate control circuit 100 is arranged such that resistance element 105 and bypass switch 110 are connected to the common portion of the discharge path. Thus, when the bypass switch 110 is off, the gate resistor 84 and the resistor element 105 are connected in series to the discharge path of the gate electrode 23, while the gate resistor 85 and the resistor element 105 are connected to the discharge path of the gate electrode 43. Are connected in series. On the other hand, when the bypass switch 110 is turned off, the discharge paths of the gate electrodes 23 and 43 are formed by bypassing the resistance element 105.

したがって、通常時(過電流の非検出時)には、抵抗素子105を放電経路に接続することなく、駆動制御信号GLu,GWuに応じて、スイッチング損失を抑制するために半導体スイッチング素子20,40を高速にターンオフすることができる。一方で、過電流検出時には、ゲート電極23およびゲート電極43の放電経路の両方に、抵抗素子105をゲート抵抗84,85と直列に接続することができる。   Therefore, in the normal state (when no overcurrent is detected), the semiconductor switching elements 20 and 40 are connected to suppress the switching loss in accordance with the drive control signals GLu and GWu without connecting the resistance element 105 to the discharge path. Can be turned off at high speed. On the other hand, at the time of overcurrent detection, the resistive element 105 can be connected in series with the gate resistors 84 and 85 to both the discharge paths of the gate electrode 23 and the gate electrode 43.

このように、実施の形態2に従う電力変換装置においても、下アームの半導体スイッチング素子20および40によって共有された放電速度制御回路100によって、実施の形態1と同様の効果を奏することができるので、部品点数を削減することができる。   Thus, even in the power conversion device according to the second embodiment, the discharge speed control circuit 100 shared by the lower arm semiconductor switching elements 20 and 40 can provide the same effects as in the first embodiment. The number of parts can be reduced.

また、駆動回路51,53,55が内蔵されたパワーモジュール200に対して、単一の放電速度制御回路100を外部接続する構成によって、下アームの半導体スイッチング素子20および40の両方のターンオフを、通常時および過電流検出時のそれぞれで適切に制御することができる。なお、抵抗素子105については、半導体スイッチング素子のサージ電圧許容値や通過電流量、駆動回路内のゲート抵抗の電気抵抗値等に依存して適正な電気抵抗値が異なってくるが、一般的には、数Ωから数十Ω程度の抵抗素子を用いて構成することが可能である。   Further, the power module 200 incorporating the drive circuits 51, 53, and 55 is configured to externally connect a single discharge speed control circuit 100 to turn off both the lower arm semiconductor switching elements 20 and 40. Appropriate control can be performed in each of normal time and overcurrent detection. The resistance element 105 has an appropriate electrical resistance value that depends on the allowable surge voltage value of the semiconductor switching element, the amount of passing current, the electrical resistance value of the gate resistance in the drive circuit, etc. Can be configured using resistance elements of several Ω to several tens Ω.

また、図4の構成を図3と組合せて、各半導体スイッチング素子に対して放電速度制御回路が配置される構成において、下アームの半導体スイッチング素子20,40の間でのみ放電速度制御回路100を共有することも可能である。この場合には、上アームの半導体スイッチング素子10,30に対しては、図1と同様の放電速度制御回路100cおよび100dがそれぞれ配置される。上アームの半導体スイッチング素子10,30の間では、負電極(ソースまたはエミッタ電極)の電位が常に共通とは限らないため、図4に示された下アームの半導体スイッチング素子のように、放電制御回路を共有することは困難である。   4 is combined with FIG. 3, and the discharge rate control circuit 100 is arranged only between the semiconductor switching devices 20 and 40 of the lower arm in the configuration in which the discharge rate control circuit is arranged for each semiconductor switching device. It is also possible to share. In this case, discharge speed control circuits 100c and 100d similar to those in FIG. 1 are arranged for the upper arm semiconductor switching elements 10 and 30, respectively. Since the potential of the negative electrode (source or emitter electrode) is not always common between the semiconductor switching elements 10 and 30 in the upper arm, the discharge control is performed like the semiconductor switching element in the lower arm shown in FIG. It is difficult to share the circuit.

実施の形態3.
図6は、実施の形態3に従う電力変換装置1dの回路構成を説明する回路図である。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a circuit configuration of power conversion device 1d according to the third embodiment.

図6を参照して、実施の形態3に従う電力変換装置1dでは、単相インバータのU相アーム回路およびW相アーム回路が、パワーモジュール210,230を用いてそれぞれ構成されている点で、実施の形態1の構成と異なる。   Referring to FIG. 6, power converter 1 d according to the third embodiment is implemented in that the U-phase arm circuit and the W-phase arm circuit of the single-phase inverter are configured using power modules 210 and 230, respectively. This is different from the configuration of the first embodiment.

パワーモジュール210は、半導体スイッチング素子10aおよび20aからなるアーム回路と、半導体スイッチング素子10bおよび20bからなるアーム回路と、半導体スイッチング素子10cおよび20cからなるアーム回路とによる3組のアーム回路、ならびに、駆動回路51および52を内蔵している。   The power module 210 includes three sets of arm circuits including an arm circuit including the semiconductor switching elements 10a and 20a, an arm circuit including the semiconductor switching elements 10b and 20b, and an arm circuit including the semiconductor switching elements 10c and 20c. Circuits 51 and 52 are incorporated.

パワーモジュール210では、並列に接続された半導体スイッチング素子10a,10b,10cによって、U相の上アームが構成されている。すなわち、半導体スイッチング素子10a,10b,10cの正電極(ドレイン電極またはコレクタ電極)は、端子221を経由して、電源配線18と電気的に接続される。また、半導体スイッチング素子10a,10b,10cの負電極(ソース電極またはエミッタ電極)は、端子222〜224を経由して共通にノードNuと電気的に接続されるとともに、駆動回路51の内部で、端子215を経由して平滑コンデンサ16の負電極と電気的に接続される。すなわち、半導体スイッチング素子10a,10b,10cは、「複数の第1の半導体スイッチング素子」の一実施例に対応する。   In the power module 210, the U-phase upper arm is configured by the semiconductor switching elements 10a, 10b, and 10c connected in parallel. In other words, the positive electrodes (drain electrodes or collector electrodes) of the semiconductor switching elements 10 a, 10 b, and 10 c are electrically connected to the power supply wiring 18 via the terminal 221. Further, the negative electrodes (source electrodes or emitter electrodes) of the semiconductor switching elements 10a, 10b, and 10c are electrically connected to the node Nu in common via the terminals 222 to 224, and inside the drive circuit 51, It is electrically connected to the negative electrode of the smoothing capacitor 16 via the terminal 215. That is, the semiconductor switching elements 10a, 10b, and 10c correspond to an example of “a plurality of first semiconductor switching elements”.

同様に、並列に接続された半導体スイッチング素子20a,20b,20cによって、U相の下アームが構成されている。すなわち、半導体スイッチング素子20a,20b,20cの正電極(ドレイン電極またはコレクタ電極)は、端子222〜224を経由して、ノードNuと電気的に接続される。また、半導体スイッチング素子20a,20b,20cの負電極(ソース電極またはエミッタ電極)は、端子225〜227と接続されることにより、共通の負電極接続点106uを経由して、電源配線19と電気的に接続される。半導体スイッチング素子20a,20b,20cは、「複数の第2の半導体スイッチング素子」の一実施例に対応する。   Similarly, the lower arm of the U phase is configured by the semiconductor switching elements 20a, 20b, and 20c connected in parallel. That is, the positive electrodes (drain electrodes or collector electrodes) of the semiconductor switching elements 20a, 20b, and 20c are electrically connected to the node Nu via the terminals 222 to 224. Further, the negative electrodes (source electrodes or emitter electrodes) of the semiconductor switching elements 20a, 20b, and 20c are connected to the terminals 225 to 227, so that they are electrically connected to the power supply wiring 19 via the common negative electrode connection point 106u. Connected. The semiconductor switching elements 20a, 20b, and 20c correspond to an example of “a plurality of second semiconductor switching elements”.

駆動回路51は、端子211,212および213に入力された駆動制御信号に応じて、上アームを構成する半導体スイッチング素子10a、10bおよび10cのそれぞれのゲート電極を充電(ターンオン)または放電(ターンオフ)するように構成される。端子211〜213は、制御信号線154と共通に接続される。したがって、並列接続された半導体スイッチング素子10a、10bおよび10cは、駆動制御信号GHuに応じて共通にオンオフ制御される。さらに、駆動回路51の電源入力用の電源端子214および215は、平滑コンデンサ16の正極端子および負極端子とそれぞれ接続される。   The drive circuit 51 charges (turns on) or discharges (turns off) the gate electrodes of the semiconductor switching elements 10a, 10b, and 10c constituting the upper arm in accordance with drive control signals input to the terminals 211, 212, and 213. Configured to do. The terminals 211 to 213 are connected in common with the control signal line 154. Therefore, the semiconductor switching elements 10a, 10b and 10c connected in parallel are controlled to be turned on and off in common according to the drive control signal GHu. Further, power supply terminals 214 and 215 for power input of the drive circuit 51 are connected to the positive terminal and the negative terminal of the smoothing capacitor 16, respectively.

同様に、駆動回路52は、端子216,217および218に入力された駆動制御信号に応じて、下アームを構成する半導体スイッチング素子20a、20bおよび20cのそれぞれのゲート電極を充電(ターンオン)または放電(ターンオフ)するように構成される。端子216〜218は、制御信号線151と共通に接続される。したがって、並列接続された半導体スイッチング素子20a、20bおよび20cは、駆動制御信号GLuに応じて共通にオンオフ制御される。駆動回路52の電源入力用の端子219および220は、平滑コンデンサ26の正極端子および負極端子とそれぞれ接続される。   Similarly, the drive circuit 52 charges (turns on) or discharges the respective gate electrodes of the semiconductor switching elements 20a, 20b, and 20c constituting the lower arm in accordance with the drive control signals input to the terminals 216, 217, and 218. Configured to (turn off). The terminals 216 to 218 are connected in common with the control signal line 151. Therefore, the semiconductor switching elements 20a, 20b and 20c connected in parallel are controlled to be turned on / off in common according to the drive control signal GLu. The power supply input terminals 219 and 220 of the drive circuit 52 are connected to the positive terminal and the negative terminal of the smoothing capacitor 26, respectively.

W相アーム回路において、パワーモジュール230は、半導体スイッチング素子30aおよび40aからなるアーム回路と、半導体スイッチング素子30bおよび40bからなるアーム回路と、半導体スイッチング素子30cおよび40cからなるアーム回路とによる3組のアーム回路、ならびに、駆動回路53および54を内蔵している。   In the W-phase arm circuit, power module 230 includes three sets of an arm circuit composed of semiconductor switching elements 30a and 40a, an arm circuit composed of semiconductor switching elements 30b and 40b, and an arm circuit composed of semiconductor switching elements 30c and 40c. An arm circuit and drive circuits 53 and 54 are incorporated.

パワーモジュール230では、並列に接続された半導体スイッチング素子30a,30b,30cによって、W相の上アームが構成されている。すなわち、半導体スイッチング素子30a,30b,30cの正電極(ドレイン電極またはコレクタ電極)は、端子241を経由して、電源配線18と電気的に接続される。また、半導体スイッチング素子30a,30b,30cの負電極(ソース電極またはエミッタ電極)は、端子242〜244を経由して共通にノードNwと電気的に接続されるとともに、駆動回路51の内部で、端子235を経由して平滑コンデンサ36の負電極と電気的に接続される。半導体スイッチング素子30a,30b,30cについても、「複数の第1の半導体スイッチング素子」の一実施例に対応する。   In the power module 230, the upper arm of the W phase is configured by the semiconductor switching elements 30a, 30b, and 30c connected in parallel. That is, the positive electrodes (drain electrodes or collector electrodes) of the semiconductor switching elements 30 a, 30 b, and 30 c are electrically connected to the power supply wiring 18 via the terminal 241. Further, the negative electrodes (source electrodes or emitter electrodes) of the semiconductor switching elements 30a, 30b, and 30c are electrically connected to the node Nw in common via the terminals 242 to 244, and within the drive circuit 51, It is electrically connected to the negative electrode of the smoothing capacitor 36 via the terminal 235. The semiconductor switching elements 30a, 30b, and 30c also correspond to an example of “a plurality of first semiconductor switching elements”.

同様に、パワーモジュール230では、並列に接続された半導体スイッチング素子40a,40b,40cによって、W相の下アームが構成されている。すなわち、半導体スイッチング素子40a,40b,40cの正電極(ドレイン電極またはコレクタ電極)は、端子242〜244を経由して、ノードNwと電気的に接続される。また、半導体スイッチング素子40a,40b,40cの負電極(ソース電極またはエミッタ電極)は、端子245〜247と接続されることにより、共通の負電極接続点106wを経由して、電源配線19と電気的に接続される。半導体スイッチング素子40a,40b,40cについても、「複数の第2の半導体スイッチング素子」の一実施例に対応する。   Similarly, in the power module 230, the W-phase lower arm is constituted by the semiconductor switching elements 40a, 40b, and 40c connected in parallel. That is, the positive electrodes (drain electrodes or collector electrodes) of the semiconductor switching elements 40a, 40b, and 40c are electrically connected to the node Nw via the terminals 242 to 244. Further, the negative electrodes (source electrodes or emitter electrodes) of the semiconductor switching elements 40a, 40b, and 40c are connected to the terminals 245 to 247, so that they are electrically connected to the power supply wiring 19 via the common negative electrode connection point 106w. Connected. The semiconductor switching elements 40a, 40b, and 40c also correspond to an example of “a plurality of second semiconductor switching elements”.

駆動回路53は、端子231,232および233に入力された駆動制御信号に応じて、上アームを構成する半導体スイッチング素子30a、30bおよび30cのそれぞれのゲート電極を充電(ターンオン)または放電(ターンオフ)するように構成される。端子231〜233は、制御信号線251と共通に接続される。したがって、並列接続された半導体スイッチング素子30a、30bおよび30cの各々は、駆動制御信号GHwに応じて共通にオンオフ制御される。さらに、駆動回路53の電源入力用の電源端子234および235は、平滑コンデンサ36の正極端子および負極端子とそれぞれ接続される。   The drive circuit 53 charges (turns on) or discharges (turns off) the gate electrodes of the semiconductor switching elements 30a, 30b, and 30c constituting the upper arm in accordance with drive control signals input to the terminals 231, 232, and 233. Configured to do. The terminals 231 to 233 are connected to the control signal line 251 in common. Therefore, each of semiconductor switching elements 30a, 30b and 30c connected in parallel is controlled to be turned on / off in common according to drive control signal GHw. Further, power supply terminals 234 and 235 for power supply input of drive circuit 53 are connected to a positive terminal and a negative terminal of smoothing capacitor 36, respectively.

同様に、駆動回路54は、端子236,237および238に入力された駆動制御信号に応じて、下アームを構成する半導体スイッチング素子40a、40bおよび40cのそれぞれのゲート電極を充電(ターンオン)または放電(ターンオフ)するように構成される。端子236〜238は、制御信号線254と共通に接続される。したがって、並列接続された半導体スイッチング素子40a、40bおよび40cは、駆動制御信号GLwに応じて共通にオンオフ制御される。さらに、駆動回路54の電源入力用の端子239および240は、平滑コンデンサ46の正極端子および負極端子とそれぞれ接続される。   Similarly, the drive circuit 54 charges (turns on) or discharges the respective gate electrodes of the semiconductor switching elements 40a, 40b, and 40c constituting the lower arm in accordance with the drive control signals input to the terminals 236, 237, and 238. Configured to (turn off). The terminals 236 to 238 are connected in common with the control signal line 254. Therefore, the semiconductor switching elements 40a, 40b and 40c connected in parallel are controlled to be turned on / off in common according to the drive control signal GLw. Further, the power input terminals 239 and 240 of the drive circuit 54 are connected to the positive terminal and the negative terminal of the smoothing capacitor 46, respectively.

なお、図6の構成例では、上アームの駆動回路51,53にそれぞれ対応して制御電源103,104を配置しているが、図1等と同様に、ブートストラップ回路111u,111wを配置することにより、下アームの制御電源101,102によって、駆動回路51,53の動作電源を供給することも可能である。あるいは反対に、図1および図3の構成例の各々において、ブートストラップ回路111u,111wに代えて、図6と同様の制御電源103,104を配置することも可能である。   In the configuration example of FIG. 6, the control power supplies 103 and 104 are arranged corresponding to the upper arm drive circuits 51 and 53, respectively, but the bootstrap circuits 111u and 111w are arranged as in FIG. As a result, it is also possible to supply operating power for the drive circuits 51 and 53 by the control power supplies 101 and 102 for the lower arm. Or, conversely, in each of the configuration examples of FIGS. 1 and 3, the control power sources 103 and 104 similar to those in FIG. 6 may be arranged in place of the bootstrap circuits 111u and 111w.

図7には、U相下アームの半導体スイッチング素子20a〜20cに対する駆動システムの構成を示す回路図が示される。   FIG. 7 is a circuit diagram showing the configuration of the drive system for the semiconductor switching elements 20a to 20c of the U-phase lower arm.

図7を参照して、実施の形態3に従う電力変換装置1dでは、駆動回路52は、トランジスタ74pa,74pb,74pcと、トランジスタ74na,74nb,74ncと、ゲート抵抗84a,84b,84cを有する。電源ライン71は、端子219を経由して、平滑コンデンサ26および制御電源101の正極端子と接続される。同様に、電源ライン72は、端子220を経由して、平滑コンデンサ26および制御電源101の負極端子と接続される。基準電位点8は、パワーモジュール210の外部で、半導体スイッチング素子20a〜20cの負電極(ソース電極)22a〜22cと電気的に接続される。   Referring to FIG. 7, in power conversion device 1d according to the third embodiment, drive circuit 52 includes transistors 74pa, 74pb, and 74pc, transistors 74na, 74nb, and 74nc, and gate resistors 84a, 84b, and 84c. Power supply line 71 is connected to smoothing capacitor 26 and the positive terminal of control power supply 101 via terminal 219. Similarly, the power supply line 72 is connected to the smoothing capacitor 26 and the negative terminal of the control power supply 101 via the terminal 220. The reference potential point 8 is electrically connected to the negative electrodes (source electrodes) 22a to 22c of the semiconductor switching elements 20a to 20c outside the power module 210.

トランジスタ74na,74paおよびゲート抵抗84aは、半導体スイッチング素子20aのゲート電極23aに対して、駆動回路52においてトランジスタ74n,74pおよびゲート抵抗84がゲート電極23に接続されるのと同様に接続されている。同様に、トランジスタ74nb,74pbおよびゲート抵抗84bは、半導体スイッチング素子20bのゲート電極23bに対して、トランジスタ74na,74paおよびゲート抵抗84aがゲート電極23aに接続されるのと同様に接続されている。さらに、トランジスタ74nc,74pcおよびゲート抵抗84cについても、半導体スイッチング素子20cのゲート電極23cに対して、トランジスタ74na,74paおよびゲート抵抗84aがゲート電極23aに接続されるのと同様に接続されている。   Transistors 74na and 74pa and gate resistor 84a are connected to gate electrode 23a of semiconductor switching element 20a in the same manner as transistors 74n and 74p and gate resistor 84 are connected to gate electrode 23 in drive circuit 52. . Similarly, the transistors 74nb and 74pb and the gate resistor 84b are connected to the gate electrode 23b of the semiconductor switching element 20b in the same manner as the transistors 74na and 74pa and the gate resistor 84a are connected to the gate electrode 23a. Further, the transistors 74nc and 74pc and the gate resistor 84c are connected to the gate electrode 23c of the semiconductor switching element 20c in the same manner as the transistors 74na and 74pa and the gate resistor 84a are connected to the gate electrode 23a.

各トランジスタ74pa,74pb,74pc,74na,74nb,74ncの制御電極(ベース)は、端子216〜218を経由して、駆動制御信号GLuを伝達する制御信号線151と共通に接続される。この結果、駆動制御信号GLuのHレベル期間では、トランジスタ74na,74nb,74ncがオンすることにより、ゲート電極23a,23b,23cに対して、半導体スイッチング素子20a〜20cをオンするためのゲート電極23a〜23cの充電経路が、ゲート抵抗84a,84b,84cをそれぞれ経由して形成される。   Control electrodes (bases) of the transistors 74pa, 74pb, 74pc, 74na, 74nb, and 74nc are connected in common with a control signal line 151 that transmits a drive control signal GLu via terminals 216 to 218. As a result, in the H level period of the drive control signal GLu, the transistors 74na, 74nb, 74nc are turned on, whereby the gate electrodes 23a for turning on the semiconductor switching elements 20a-20c with respect to the gate electrodes 23a, 23b, 23c are turned on. To 23c are formed through the gate resistors 84a, 84b, and 84c, respectively.

一方で、駆動制御信号GLuのLレベル期間では、トランジスタ74pa,74pb,74pcがオンすることにより、ゲート電極23a,23b,23cに対して、半導体スイッチング素子20a〜20cをオフするための充電経路が、ゲート電極23a〜23cと基準電位点8との間に形成される。すなわち、ゲート電極23a〜23cの放電経路は、電源ライン72および端子220を経由して基準電位点8へ至る経路のうちの一部を共有している。   On the other hand, during the L level period of the drive control signal GLu, when the transistors 74pa, 74pb, and 74pc are turned on, a charging path for turning off the semiconductor switching elements 20a to 20c is provided for the gate electrodes 23a, 23b, and 23c. , Formed between the gate electrodes 23 a to 23 c and the reference potential point 8. That is, the discharge paths of the gate electrodes 23 a to 23 c share a part of the path reaching the reference potential point 8 via the power supply line 72 and the terminal 220.

そして、放電速度制御回路100aは、端子220および基準電位点8の間に接続されることにより、ゲート電極23a,23b,23cの放電経路の共通部分に接続されている。したがって、バイパススイッチ110aのオフ時には、抵抗素子105aは、ゲート電極23a〜23cの放電経路の各々において、ゲート抵抗84a〜84cの各々に対して、直列に接続される。これにより、半導体スイッチング素子20a〜20cのターンオフ速度を揃えて低下させることができる。   The discharge rate control circuit 100a is connected between the terminal 220 and the reference potential point 8, thereby being connected to the common part of the discharge path of the gate electrodes 23a, 23b, and 23c. Therefore, when bypass switch 110a is off, resistance element 105a is connected in series to each of gate resistors 84a to 84c in each of the discharge paths of gate electrodes 23a to 23c. As a result, the turn-off speeds of the semiconductor switching elements 20a to 20c can be made uniform and reduced.

一方で、バイパススイッチ110aのオン時には、ゲート電極23a〜23cの放電経路の各々は、抵抗素子105aを除外して形成することができる。したがって、通常時には、半導体スイッチング素子20a〜20cは、ゲート抵抗84a〜84cの電気抵抗値に従って、スイッチング損失を抑制するために高速にターンオフされる。   On the other hand, when the bypass switch 110a is turned on, each of the discharge paths of the gate electrodes 23a to 23c can be formed excluding the resistance element 105a. Therefore, normally, the semiconductor switching elements 20a to 20c are turned off at high speed in order to suppress the switching loss according to the electric resistance values of the gate resistors 84a to 84c.

なお、W相下アームの半導体スイッチング素子40に対する駆動システムにおいて、駆動回路54および放電速度制御回路100bは、図7で説明した駆動回路52および放電速度制御回路100aと同様に配置されるので、詳細な説明は繰り返さない。すなわち、実施の形態1と同様の保護制御信号SPwに応じてバイパススイッチ110bのオンオフを制御することによって、半導体スイッチング素子40a〜40cのターンオフ速度について、通常時(過電流非検出時)にはスイッチング損失を抑制するために高く制御するともに、過電流検出時にはサージ電圧を抑制するために低く制御することができる。   In the drive system for the W-phase lower arm semiconductor switching element 40, the drive circuit 54 and the discharge rate control circuit 100b are arranged in the same manner as the drive circuit 52 and the discharge rate control circuit 100a described in FIG. The explanation is not repeated. That is, by switching on / off of the bypass switch 110b in accordance with the protection control signal SPw similar to that of the first embodiment, the turn-off speed of the semiconductor switching elements 40a to 40c is switched at normal time (when no overcurrent is detected). In order to suppress the loss, it can be controlled to be high, and when overcurrent is detected, it can be controlled to be low to suppress the surge voltage.

このように、実施の形態3に従う電力変換装置では、並列接続された複数の半導体スイッチング素子および駆動回路がモジュール化された構成に対しても、モジュール外部に放電速度制御回路を接続することによって、下アームの半導体スイッチング素子20,40のターンオフを、通常時および過電流検出時のそれぞれで適切に制御することができる。   As described above, in the power conversion device according to the third embodiment, by connecting the discharge rate control circuit outside the module to the configuration in which the plurality of semiconductor switching elements and the drive circuit connected in parallel are modularized, The turn-off of the semiconductor switching elements 20 and 40 in the lower arm can be appropriately controlled at each of the normal time and the overcurrent detection time.

実施の形態3の構成においても、外部接続される抵抗素子105a,105bの電気抵抗値を調整することによって、任意の特性のパワーモジュールに対しても、半導体スイッチング素子のサージ電圧許容値や通過電流量に対して、適切なターンオフ速度を設定することが可能である。   Also in the configuration of the third embodiment, by adjusting the electric resistance values of the resistance elements 105a and 105b connected externally, the surge voltage allowable value and the passing current of the semiconductor switching element can be applied to a power module having an arbitrary characteristic. It is possible to set an appropriate turn-off speed for the quantity.

また、図6の構成例では、下アームの半導体スイッチング素子20,40のみに対して放電速度制御回路100a,100bを配置したが、図3と同様に、上アームの半導体スイッチング素子10,30に対応する放電速度制御回路100c,100dを、パワーモジュール210,230の外部にさらに接続することも可能である。   In the configuration example of FIG. 6, the discharge speed control circuits 100a and 100b are arranged only for the semiconductor switching elements 20 and 40 of the lower arm, but the semiconductor switching elements 10 and 30 of the upper arm are arranged as in FIG. Corresponding discharge rate control circuits 100c and 100d can be further connected to the outside of the power modules 210 and 230.

あるいは、半導体スイッチング素子20,40に対する放電速度制御回路100a,100bを別個に配置したが、端子220および240の間を接続することによって、図5(実施の形態2)と同様に、半導体スイッチング素子20,40の間で放電速度制御回路100を共有することも可能である。さらには、上アームの半導体スイッチング素子10,30のみに対して、放電速度制御回路100c,100d(図3)をパワーモジュール210,230の外部に接続することも可能である。   Alternatively, the discharge speed control circuits 100a and 100b for the semiconductor switching elements 20 and 40 are separately arranged, but by connecting the terminals 220 and 240, the semiconductor switching element is similar to FIG. 5 (Embodiment 2). It is also possible to share the discharge rate control circuit 100 between 20 and 40. Furthermore, the discharge speed control circuits 100c and 100d (FIG. 3) can be connected to the outside of the power modules 210 and 230 only for the semiconductor switching elements 10 and 30 of the upper arm.

なお、本実施の形態では、電力変換装置1a〜1cとして単相インバータ回路を例示したが、本発明は、単相インバータ回路以外であっても、駆動制御信号に応じてオンオフされる半導体スイッチング素子を有する電力変換装置であれば、当該半導体スイッチング素子の駆動システムに適用することができる。   In the present embodiment, the single-phase inverter circuit is exemplified as the power conversion devices 1a to 1c. However, the present invention is a semiconductor switching element that is turned on / off according to the drive control signal even if it is other than the single-phase inverter circuit. Can be applied to the driving system of the semiconductor switching element.

また、実施の形態2および3では、一部の要素が同一のモジュールに内蔵される構成例を示したが、モジュール化を適用するか否かによらず、電気的な回路構成を同様に形成可能である。   In the second and third embodiments, a configuration example in which some elements are built in the same module is shown. However, an electric circuit configuration is similarly formed regardless of whether or not modularization is applied. Is possible.

さらに、以上で説明した複数の実施の形態について、明細書内で言及されていない組み合わせを含めて、不整合や矛盾が生じない範囲内で、各実施の形態で説明された構成を適宜組合わせることは出願当初から予定されている点についても、確認的に記載する。   Further, the configurations described in the embodiments are appropriately combined within the range in which inconsistencies and contradictions do not occur, including combinations not mentioned in the specification, for the plurality of embodiments described above. This should also be confirmed in the point scheduled from the beginning of the application.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1a,1b,1c,1d 電力変換装置、2 フィルタ回路、3a,3b リアクトル、4 キャパシタ、5 負荷、6 過電流検出器、7 制御部、8,9 基準電位点、10,10a,10b,10c,20,20a,20b,20c,30,30a,30b,30c,40,40a,40b,40c 半導体スイッチング素子、11,21,31,41 正電極、12,22,32,42 負電極、13,23,23a,23b,23c,33,43 ゲート電極(制御電極)、15,25,35,45,112,122 ダイオード、16,26,36,46 平滑コンデンサ、17 直流電源、18,19 電源配線、51,52,53,54,55 駆動回路、71,72 電源ライン、74n,74na,74nb,74nc,74p,74pa,74pb,74pc,75n,75p トランジスタ、84,84a,84b,84c,85 ゲート抵抗、100,100a,100b,100c,100d 放電速度制御回路、101,102,103,104 制御電源、105,105a,105b,105c,105d 抵抗素子、106u,106w 負電極接続点、110,110a,110b,110c,110d,115c,115d バイパススイッチ、111,111u,111w ブートストラップ回路、113,123 電流制限抵抗、151,154,157,158,251,254,257,258 制御信号線、200,210,230 パワーモジュール、211〜226,231〜246 端子(パワーモジュール)、214,234 電源端子、GHu,GHw,GLu,GLw,GWu 駆動制御信号、N1,N2,Nu,Nw ノード、SPu,SPuh,SPw,SPwh 保護制御信号、Sfl 異常検出信号。   1a, 1b, 1c, 1d Power converter, 2 Filter circuit, 3a, 3b Reactor, 4 Capacitor, 5 Load, 6 Overcurrent detector, 7 Control unit, 8, 9 Reference potential point, 10, 10a, 10b, 10c , 20, 20a, 20b, 20c, 30, 30a, 30b, 30c, 40, 40a, 40b, 40c Semiconductor switching element, 11, 21, 31, 41 positive electrode, 12, 22, 32, 42 negative electrode, 13, 23, 23a, 23b, 23c, 33, 43 Gate electrode (control electrode), 15, 25, 35, 45, 112, 122 Diode, 16, 26, 36, 46 Smoothing capacitor, 17 DC power supply, 18, 19 Power supply wiring 51, 52, 53, 54, 55 Drive circuit, 71, 72 Power supply line, 74n, 74na, 74nb, 74nc, 74p, 7 pa, 74pb, 74pc, 75n, 75p Transistor, 84, 84a, 84b, 84c, 85 Gate resistance, 100, 100a, 100b, 100c, 100d Discharge rate control circuit, 101, 102, 103, 104 Control power supply, 105, 105a , 105b, 105c, 105d resistive element, 106u, 106w negative electrode connection point, 110, 110a, 110b, 110c, 110d, 115c, 115d bypass switch, 111, 111u, 111w bootstrap circuit, 113, 123 current limiting resistor, 151 , 154, 157, 158, 251, 254, 257, 258 Control signal line, 200, 210, 230 Power module, 211-226, 231-246 terminal (power module), 214, 234 Power terminal, G Hu, GHw, GLu, GLw, GWu drive control signal, N1, N2, Nu, Nw node, SPu, SPuh, SPw, SPwh protection control signal, Sfl abnormality detection signal.

Claims (7)

駆動制御信号に応じてオンオフされる半導体スイッチング素子の駆動システムであって、
前記駆動制御信号に応じて、前記半導体スイッチング素子のゲートを第1の電圧へ向けて充電する動作および前記ゲートを第2の電圧へ向けて放電する動作を選択的に実行するように構成された駆動回路と、
前記駆動回路による放電経路に接続された抵抗素子と、
前記放電経路において前記抵抗素子と並列に接続されたバイパススイッチとを備え、
前記バイパススイッチは、前記半導体スイッチング素子の過電流検出に応答してオン状態からオフ状態に変化する、駆動システム。
A drive system for a semiconductor switching element that is turned on and off in response to a drive control signal,
An operation of charging the gate of the semiconductor switching element toward the first voltage and an operation of discharging the gate toward the second voltage are selectively executed according to the drive control signal. A drive circuit;
A resistance element connected to a discharge path by the drive circuit;
A bypass switch connected in parallel with the resistance element in the discharge path,
The bypass switch changes from an on state to an off state in response to detection of an overcurrent of the semiconductor switching element.
駆動制御信号に応じてオンオフされる半導体スイッチング素子と、
前記駆動制御信号に応じて、前記半導体スイッチング素子のゲートを第1の電圧へ向けて充電する動作および前記ゲートを第2の電圧へ向けて放電する動作を選択的に実行するように構成された駆動回路と、
前記半導体スイッチング素子の過電流を検出するための過電流検出器と、
前記駆動回路による放電経路に接続された抵抗素子と、
前記放電経路において前記抵抗素子と並列に接続されたバイパススイッチとを備え、
前記バイパススイッチは、前記過電流検出器による過電流検出に応答してオン状態からオフ状態に変化する、電力変換装置。
A semiconductor switching element that is turned on and off in response to a drive control signal;
An operation of charging the gate of the semiconductor switching element toward the first voltage and an operation of discharging the gate toward the second voltage are selectively executed according to the drive control signal. A drive circuit;
An overcurrent detector for detecting an overcurrent of the semiconductor switching element;
A resistance element connected to a discharge path by the drive circuit;
A bypass switch connected in parallel with the resistance element in the discharge path,
The bypass switch changes from an on state to an off state in response to overcurrent detection by the overcurrent detector.
前記半導体スイッチング素子は、複数の対向アームを構成するように複数個配置され、
前記複数の対向アームの各々は、第1の電源電圧を供給する第1の電源配線と負荷との間に接続される第1の半導体スイッチング素子と、前記第1の電源電圧よりも低い第2の電源電圧を供給する第2の電源配線と前記負荷との間に電気的に接続される第2の半導体スイッチング素子を有するように構成され、
前記駆動回路は、前記半導体スイッチング素子の各々に対応して配置され、
前記複数の対向アームのうちの2以上の対向アームにおいて、当該2以上の前記第2の半導体スイッチング素子のそれぞれの前記駆動回路による前記放電経路の一部が共通であり、
前記抵抗素子は、前記放電経路のうちの前記2以上の第2の半導体スイッチング素子の間で共通する一部に配置されて、前記2以上の第2の半導体スイッチング素子によって共有される、請求項2記載の電力変換装置。
A plurality of the semiconductor switching elements are arranged to constitute a plurality of opposing arms,
Each of the plurality of opposing arms includes a first semiconductor switching element connected between a first power supply wiring for supplying a first power supply voltage and a load, and a second lower than the first power supply voltage. A second semiconductor switching element electrically connected between the load and a second power supply wiring for supplying a power supply voltage of
The drive circuit is disposed corresponding to each of the semiconductor switching elements,
In two or more opposing arms of the plurality of opposing arms, a part of the discharge path by the drive circuit of each of the two or more second semiconductor switching elements is common.
The resistance element is disposed in a part of the discharge path that is common between the two or more second semiconductor switching elements, and is shared by the two or more second semiconductor switching elements. 2. The power conversion device according to 2.
前記半導体スイッチング素子および前記駆動回路は、1つのパワーモジュール内に配置され、
前記抵抗素子および前記バイパススイッチは、前記パワーモジュールの外部に配置される、請求項2または3に記載の電力変換装置。
The semiconductor switching element and the drive circuit are arranged in one power module,
The power converter according to claim 2 or 3, wherein the resistance element and the bypass switch are arranged outside the power module.
前記半導体スイッチング素子は、同一のパワーモジュール内に複数個配置され、
前記複数個の半導体スイッチング素子は、
第1の電源電圧を供給する第1の電源配線と負荷との間に並列に接続された複数の第1の半導体スイッチング素子と、
前記第1の電源電圧よりも低い第2の電源電圧を供給する第2の電源配線と前記負荷との間に電気的に接続された複数の第2の半導体スイッチング素子とを含み、
前記駆動回路は、前記複数の第1の半導体スイッチング素子の各々、および、前記複数の第2の半導体スイッチング素子の各々に対応して配置され、
前記複数の第2の半導体スイッチング素子の間で、それぞれの前記駆動回路による放電経路の一部が共通であり、
前記抵抗素子は、前記放電経路のうちの前記複数の第2の半導体スイッチング素子の間で共通する前記一部に配置されて、前記複数の第2の半導体スイッチング素子によって共有される、請求項2記載の電力変換装置。
A plurality of the semiconductor switching elements are arranged in the same power module,
The plurality of semiconductor switching elements are:
A plurality of first semiconductor switching elements connected in parallel between a first power supply wiring for supplying a first power supply voltage and a load;
A plurality of second semiconductor switching elements electrically connected between a second power supply wiring for supplying a second power supply voltage lower than the first power supply voltage and the load;
The drive circuit is disposed corresponding to each of the plurality of first semiconductor switching elements and each of the plurality of second semiconductor switching elements,
Among the plurality of second semiconductor switching elements, a part of the discharge path by each of the drive circuits is common,
The resistance element is arranged in the part common to the plurality of second semiconductor switching elements in the discharge path, and is shared by the plurality of second semiconductor switching elements. The power converter described.
前記半導体スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体によって形成される、請求項2〜5のいずれか1項に記載の電力変換装置。   The power conversion device according to claim 2, wherein the semiconductor switching element is formed of a wide band gap semiconductor. 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化ケイ素、窒化ガリウム、および、ダイヤモンドを含む、請求項6記載の電力変換装置。
The power converter according to claim 6, wherein the wide band gap semiconductor includes silicon carbide, gallium nitride, and diamond.
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