JP2019017189A - Power conversion device - Google Patents

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Abstract

To accurately detect a current flowing through a semiconductor switching element constituting a 2-in-1 module.SOLUTION: A power conversion device comprises a first semiconductor driving device 30 and a second semiconductor driving device 50. The first semiconductor driving device drives a 2-in-1 configuration semiconductor switching element 11 of a semiconductor power module. The second semiconductor driving device drives a 2-in-1 configuration semiconductor element 21 of the semiconductor power module. The first semiconductor driving device comprises a gate voltage control circuit 32 which supplies a gate driving signal to the semiconductor switching element, a filters 33 which outputs a zero value when the detection voltage detected by an emitter signal terminal is less than a predetermined value and outputs the detection voltage when the detection voltage exceeds the predetermined value, and an integration circuits 34 which outputs an output value obtained by integrating a filter output. The second semiconductor driving device comprises a gate voltage control circuit 52 which supplies a gate driving signal to the semiconductor switching element, a filter 53 which outputs a zero value when the detection voltage detected by the emitter signal terminal is less than the predetermined value and outputs the detection voltage when the detection voltage exceeds the predetermined value, and an integration circuit 54 which outputs an output value obtained by integrating a filter output. The first and second semiconductor driving devices protect an overcurrent on the basis of outputs of the integration circuits.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、保護機能を搭載した半導体駆動装置を用いた電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device using a semiconductor drive device equipped with a protection function.

インバータをはじめとする電力変換装置は、半導体パワーモジュール(以下、「モジュール」と略記することがある)のスイッチング動作によって電力変換を実現している。その半導体パワーモジュールにおける半導体スイッチング素子の代表例として、MOSFETやIGBTをはじめとする電圧駆動型半導体素子が広く用いられている。特に、高速のスイッチングが可能で大電力を制御できるIGBTは、家電用の小容量インバータから鉄道用等の大容量インバータまで幅広い分野で使われている。   Power conversion devices such as inverters realize power conversion by switching operation of a semiconductor power module (hereinafter sometimes abbreviated as “module”). As a typical example of the semiconductor switching element in the semiconductor power module, a voltage-driven semiconductor element such as a MOSFET or an IGBT is widely used. In particular, IGBTs capable of high-speed switching and capable of controlling large power are used in a wide range of fields from small capacity inverters for home appliances to large capacity inverters for railways and the like.

半導体パワーモジュールでは、一般的に、半導体スイッチング素子とダイオードの逆並列接続回路(「アーム」と称する)が使用される。アームを、正極端子と交流端子の間に接続したものを上アーム、交流端子と負極端子の間に接続したものを下アームと称する。一組の上アームと下アームによって、一相分の交流電力を出力することができる。したがって三相交流を出力するためには3組の上下アームが必要となる。   In a semiconductor power module, an antiparallel connection circuit (referred to as an “arm”) of a semiconductor switching element and a diode is generally used. The arm connected between the positive terminal and the AC terminal is called the upper arm, and the arm connected between the AC terminal and the negative terminal is called the lower arm. A pair of upper and lower arms can output AC power for one phase. Therefore, three sets of upper and lower arms are required to output a three-phase alternating current.

このような半導体スイッチング素子を制御するためには、半導体スイッチング素子に駆動信号を与える半導体駆動装置が必要となる。一般に、電圧駆動型の半導体スイッチング素子のための半導体駆動装置は、半導体スイッチング素子のゲートに電圧を印加することにより、半導体スイッチング素子の導通状態(オン状態)を制御する機能を有する。   In order to control such a semiconductor switching element, a semiconductor drive device that provides a drive signal to the semiconductor switching element is required. In general, a semiconductor drive device for a voltage-driven semiconductor switching element has a function of controlling the conduction state (ON state) of the semiconductor switching element by applying a voltage to the gate of the semiconductor switching element.

半導体スイッチング素子をインバータなどに使う場合には、アーム短絡や負荷短絡による素子破損を防止するために、短絡保護機能を有することが多い。アーム短絡とは、上下アームの半導体スイッチング素子が同時にオンしてしまい、電源のプラスとマイナスが短絡する現象である。また、負荷短絡は、インバータなどに接続された負荷が短絡し、オンしている半導体スイッチング素子を介して電源のプラスとマイナスが短絡される現象である。これらの短絡が起きると、半導体スイッチング素子には過大な電流が流れ半導体スイッチング素子が破壊に至る。   When a semiconductor switching element is used for an inverter or the like, a short circuit protection function is often provided in order to prevent element damage due to an arm short circuit or a load short circuit. The arm short circuit is a phenomenon in which the semiconductor switching elements of the upper and lower arms are simultaneously turned on, and the positive and negative power supplies are short-circuited. Load short-circuiting is a phenomenon in which a load connected to an inverter or the like is short-circuited, and the positive and negative power supplies are short-circuited via a semiconductor switching element that is turned on. When these short circuits occur, an excessive current flows through the semiconductor switching element, causing the semiconductor switching element to break down.

このような短絡は、短絡が発生した際の半導体パワーモジュールの導通状態によって、一般にTypeI〜TypeIIIの3つの短絡モードに分類される(非特許文献1)。   Such a short circuit is generally classified into three short-circuit modes of Type I to Type III depending on the conduction state of the semiconductor power module when the short circuit occurs (Non-patent Document 1).

TypeI短絡は、自アーム素子がターンオンする際に短絡が生じるものである。一例としてインバータの上下アームを考えると、自アームがターンオフ中に対アーム素子が破壊して導通状態のままとなり、その状態で自アームがターンオンする状況で発生する。TypeI短絡時には、短絡によって自アームのコレクタ電流はIGBTの飽和電流まで増加し、一方で、コレクタ−エミッタ間電圧は、主回路の寄生インダクタンスと主電流の増加率の積によって発生する起電圧で変動する。この時、帰還容量を介してコレクタからゲートに変位電流が流れる。このため、ゲート電圧は一時的に電源電圧程度まで上昇する。   The Type I short circuit is a short circuit that occurs when the self-arm element is turned on. Considering the upper and lower arms of an inverter as an example, this occurs in a situation where the arm device is broken and remains conductive while the arm is turned off and the arm is turned on in that state. When Type I is short-circuited, the collector current of its own arm increases to the saturation current of the IGBT due to the short-circuit, while the collector-emitter voltage varies with the electromotive voltage generated by the product of the parasitic inductance of the main circuit and the rate of increase of the main current. To do. At this time, a displacement current flows from the collector to the gate via the feedback capacitor. For this reason, the gate voltage temporarily rises to about the power supply voltage.

TypeII短絡では、自アームのIGBTがゲートオン状態にあり、コレクタ電流が流れている期間に、オフ中の対アーム素子が突然破壊して短絡する場合がある。このTypeII短絡では、ゲートオン状態で短絡するため、その電流変化率は素子特性で制限されるTypeI短絡よりも大きく、主回路の寄生インダクタンスによって制限されている。   In Type II short-circuiting, the IGBT of the own arm is in a gate-on state, and the off-arm element that is turned off may be suddenly destroyed and short-circuited while the collector current is flowing. In this Type II short circuit, since the short circuit occurs in the gate-on state, the current change rate is larger than the Type I short circuit limited by the element characteristics, and is limited by the parasitic inductance of the main circuit.

その結果、コレクタ電流は急激に増大し、TypeI短絡よりも激しい短絡となる。さらにTypeII短絡では、コレクタ−エミッタ間電圧が急激に増加するため、帰還容量を介してゲートに変位電流が流入することでゲート電圧が上昇し、飽和電流はさらに増加する。   As a result, the collector current increases rapidly, resulting in a shorter short circuit than the Type I short circuit. Further, in the Type II short-circuit, the collector-emitter voltage increases rapidly, so that the displacement current flows into the gate via the feedback capacitance, the gate voltage rises, and the saturation current further increases.

TypeIII短絡では、TypeII短絡と同様に、自アームのIGBTのゲートがオンしている状態で短絡するモードであるが、IGBTに逆並列接続されたダイオードが導通している状態で短絡する点がTypeII短絡と異なる。   In Type III short-circuiting, as in Type II short-circuiting, it is a mode of short-circuiting when the gate of the IGBT of its own arm is turned on, but the point of short-circuiting when the diode connected in reverse parallel to the IGBT is conducting is Type II. Different from short circuit.

一例として、自アームのダイオードが還流電流を流しており、かつ自アームのIGBTのゲートがオンしている状態で、オフ中の対アームが突然破壊して短絡する場合がある。この場合も、ゲートオン状態で短絡するため、その電流変化率はTypeII短絡と同様に大きくなり、激しい短絡となる。   As an example, there may be a case where the off-arm pair is suddenly broken and short-circuited in a state where the diode of the self-arm carries a reflux current and the gate of the IGBT of the self-arm is on. Also in this case, since the short circuit occurs in the gate-on state, the rate of change in current increases as in the Type II short circuit, resulting in a severe short circuit.

対アーム素子の破壊や誤点弧によって短絡が発生した場合に、自アーム素子を二次被害から保護するために、半導体駆動装置には短絡保護回路を設けることが望ましい。一般に短絡保護回路は、半導体スイッチング素子の電流や電圧を観測して、それらが予め決められた値を超えた場合に、半導体スイッチング素子の電流を制限または遮断する措置を講ずることによって半導体スイッチング素子を保護するものである。   It is desirable to provide a short circuit protection circuit in the semiconductor drive device in order to protect the self arm element from secondary damage when a short circuit occurs due to destruction or false firing of the anti-arm element. Generally, a short circuit protection circuit observes the current and voltage of a semiconductor switching element, and when they exceed a predetermined value, it takes measures to limit or cut off the current of the semiconductor switching element. It is something to protect.

過電流保護回路においては、半導体パワーモジュールにおける半導体スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出手段が必要である。   In the overcurrent protection circuit, current detection means for detecting the current flowing through the semiconductor switching element in the semiconductor power module is required.

一般に、電気鉄道等で用いる高電圧のインバータに短絡検出手段を用いる場合には、ノイズによる誤検知、すなわち短絡していないのに短絡したものと誤って検知してインバータを停止させてしまう事象が発生することがある。このような事象を回避するため、一般に、ローパスフィルタによるスイッチング時に発生する高周波ノイズ除去や、ハイパスフィルタによる低周波ノイズ除去が行われる。また、スイッチング動作のターンオン時に発生するリカバリ電流による誤検知を避けるために、過電流保護回路は、フィルタリング時間を設けて、即ち短絡が一定期間継続したことを検出して、保護動作を開始する機能を持つ。   Generally, when using short-circuit detection means for high-voltage inverters used in electric railways, etc., there is a false detection due to noise, i.e., an event that erroneously detects that the short-circuit is not short-circuited but stops the inverter. May occur. In order to avoid such an event, generally, high-frequency noise that occurs during switching by a low-pass filter and low-frequency noise by a high-pass filter are removed. In addition, in order to avoid erroneous detection due to the recovery current generated when the switching operation is turned on, the overcurrent protection circuit has a filtering time, that is, a function that starts the protection operation by detecting that the short circuit has continued for a certain period of time. have.

ところで、電力変換装置は、例えば電気鉄道車両では車両床下の限られた空間に、電気自動車ではボンネット内の限られた空間に、他の機器と一緒に設置されるため、その半導体パワーモジュールの小型化が要求されている。半導体パワーモジュールを小型化すると、主電流が流れる主端子、半導体駆動装置を接続する制御端子、過電流などの異常状態を検知するための電圧信号を出力する検出端子を構成する導体や、端子間やこれら端子と半導体スイッチング素子間を接続するための配線導体が近接配置される。そのため、これら端子(導体)および配線導体に流れる主電流により発生する磁束が、各端子および各配線導体の相互間で、影響を及ぼし合う。   By the way, the power conversion device is installed together with other devices in a limited space under the vehicle floor in an electric railway vehicle, and in a limited space in a hood in an electric vehicle. Is required. When the semiconductor power module is downsized, the main terminals through which the main current flows, the control terminals that connect the semiconductor drive device, the conductors that make up the detection terminals that output voltage signals to detect abnormal conditions such as overcurrent, and the terminals In addition, wiring conductors for connecting these terminals and the semiconductor switching elements are arranged close to each other. Therefore, the magnetic flux generated by the main current flowing through the terminals (conductors) and the wiring conductors affects each terminal and each wiring conductor.

これに対し、特許文献1においては、上述したような磁束の影響に対応するために、各端子および各配線導体の相互間に発生する相互インダクタンスを考慮して半導体スイッチング素子に流れる電流を検出する技術が開示されている。   On the other hand, in Patent Document 1, in order to cope with the influence of the magnetic flux as described above, a current flowing through the semiconductor switching element is detected in consideration of a mutual inductance generated between each terminal and each wiring conductor. Technology is disclosed.

特開2016−66974号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-66974

Jorg Schumann, et al., “Influence of the Gate Drive on the Short−Circuit Type II and Type III Behavior of HV−IGBT”, PCIM2010,pp.709−714Jorg Schumann, et al. "Influence of the Gate Drive on the Short-Circuit Type II and Type III Behavior of HV-IGBT," PCIM 2010, pp. 709-714

上述のように半導体パワーモジュールの小型化のために、いわゆる2in1構成を有するモジュールがある。2in1とは、1個の半導体パワーモジュールがIGBT(またはパワーMOSFETなど)とダイオードの逆並列回路からなるアームを2個備えており、2個のアームがモジュール内において直列接続され、一組の上下アーム直列回路を構成している。特許文献1によれば、上アームのエミッタ信号端子と上アームのエミッタ主端子間の配線に発生する電圧を検出することによって、上アームに流れる電流を検出することができる。また、下アームのエミッタ信号端子と下アームのエミッタ主端子間の配線に発生する電圧を検出することによって、下アームに流れる電流を検出することができる。   As described above, there is a module having a so-called 2-in-1 configuration in order to reduce the size of the semiconductor power module. With 2in1, one semiconductor power module has two arms consisting of an anti-parallel circuit of IGBT (or power MOSFET etc.) and a diode, and the two arms are connected in series in the module, and a pair of upper and lower An arm series circuit is configured. According to Patent Document 1, the current flowing through the upper arm can be detected by detecting the voltage generated in the wiring between the emitter signal terminal of the upper arm and the emitter main terminal of the upper arm. Further, the current flowing through the lower arm can be detected by detecting the voltage generated in the wiring between the emitter signal terminal of the lower arm and the emitter main terminal of the lower arm.

図1に、一般的な2in1モジュールを用いた半導体パワーモジュールの主回路の等価回路図を示す。図1では、モジュール内の配線(導体)間で作用する相互インダクタンスを模式的に表している。図1に示すように、IGBTとダイオードの逆並列回路からなる上アーム10と下アーム20が直列に接続されている。上アーム10のゲート信号端子Gに不図示の半導体駆動装置からゲート電圧が供給され、下アーム20のゲート信号端子Gに不図示の半導体駆動装置からゲート電圧が供給される。   FIG. 1 shows an equivalent circuit diagram of a main circuit of a semiconductor power module using a general 2-in-1 module. In FIG. 1, the mutual inductance which acts between wiring (conductor) in a module is typically represented. As shown in FIG. 1, an upper arm 10 and a lower arm 20 made of an anti-parallel circuit of an IGBT and a diode are connected in series. A gate voltage is supplied to a gate signal terminal G of the upper arm 10 from a semiconductor drive device (not shown), and a gate voltage is supplied to a gate signal terminal G of the lower arm 20 from a semiconductor drive device (not shown).

上アーム10と下アーム20からなる半導体パワーモジュールは、正極端子Pと上アーム10のコレクタとの間の配線導体の自己インダクタンスL1、上アーム10のエミッタ信号端子Sと上アーム10と下アーム20の接続中点との間の配線導体の自己インダクタンスL2を有する。また、上アーム10と下アーム20の接続中点と下アーム20のコレクタとの間の自己インダクタンスL3、下アーム20のエミッタ信号端子Sと負極端子Nとの間の配線導体の自己インダクタンスL4を有する。さらに、上アーム10と下アーム20の接続中点と交流端子ACとの間の配線導体の自己インダクタンスL5を有する。   The semiconductor power module including the upper arm 10 and the lower arm 20 includes a self-inductance L1 of the wiring conductor between the positive terminal P and the collector of the upper arm 10, an emitter signal terminal S of the upper arm 10, the upper arm 10 and the lower arm 20. The self-inductance L2 of the wiring conductor between the connection midpoints is provided. Further, the self-inductance L3 between the connection midpoint of the upper arm 10 and the lower arm 20 and the collector of the lower arm 20, and the self-inductance L4 of the wiring conductor between the emitter signal terminal S and the negative terminal N of the lower arm 20 are represented. Have. Further, it has a self-inductance L5 of the wiring conductor between the connection midpoint of the upper arm 10 and the lower arm 20 and the AC terminal AC.

上記のような2in1モジュールにおいては、例えば負極端子Nと下アーム20のエミッタ信号端子S間の配線に発生する電圧は、配線導体の自己インダクタンスL4の他に、L1−L4間相互インダクタンスM14、L2−L4間相互インダクタンスM24、L3−L4間相互インダクタンスM34、L4−L5間相互インダクタンスM45の影響を受ける。また、上アーム10の電流変化率dI/dt、下アーム20の電流変化率dI/dt、及び交流端子ACの配線の電流変化率dIAC/dtとしたとき、自己インダクタンスL4に発生する電圧VL4は、VL4=(M14+M24)・dI/dt+(L4+M34)・dI/dt+M45・dIAC/dtと表すことができる。 In the 2-in-1 module as described above, for example, the voltage generated in the wiring between the negative electrode terminal N and the emitter signal terminal S of the lower arm 20 is L1-L4 mutual inductance M14, L2 in addition to the self-inductance L4 of the wiring conductor. -L4 mutual inductance M24, L3-L4 mutual inductance M34, and L4-L5 mutual inductance M45. Further, when the current change rate dI H / dt of the upper arm 10, the current change rate dI L / dt of the lower arm 20, and the current change rate dI AC / dt of the wiring of the AC terminal AC are generated in the self-inductance L 4. The voltage VL4 can be expressed as VL4 = (M14 + M24) · dI H / dt + (L4 + M34) · dI L / dt + M45 · dI AC / dt.

短絡時やスイッチング動作のターンオン・ターンオフ時には、上アーム10と下アーム20に変化率が逆向きで、同じ大きさ(変化率)の電流変化が生じ、dIAC=0、dI/dt=dI/dtとなるため、VL4=(M14+M24+M34+L4)・dI(又はdI)/dtである。上アーム10のエミッタ側配線に発生する電圧VL2も同様に、VL2=(M12+M23+M24+L2)・dI(又はdI)/dtとなる。相互インダクタンスを加味した、配線導体に発生する実効的なインダクタンス値は、事前の計算や測定によって求められ定数として扱うことができる。したがって、短絡やスイッチング動作のターンオン・ターンオフの事象においては、配線に発生する電圧を測定することで各アームの電流変化率dI/dtを検出することができ、さらに検出したdI/dtの積分によって電流を検出することができる。 At the time of a short circuit or when the switching operation is turned on / off, the rate of change is reversed in the upper arm 10 and the lower arm 20, and current changes of the same magnitude (rate of change) occur. DI AC = 0, dI H / dt = dI Since L / dt, VL4 = (M14 + M24 + M34 + L4) · dI H (or dI L ) / dt. Similarly, the voltage VL2 generated in the emitter-side wiring of the upper arm 10 is VL2 = (M12 + M23 + M24 + L2) · dI H (or dI L ) / dt. The effective inductance value generated in the wiring conductor, taking into account the mutual inductance, can be obtained by prior calculations and measurements and treated as a constant. Therefore, in the event of short-circuiting or turn-on / off of the switching operation, the current change rate dI / dt of each arm can be detected by measuring the voltage generated in the wiring, and further by the integration of the detected dI / dt. Current can be detected.

しかしながら、2in1モジュール内の片側のアームのみに電流が流れる導通状態、もしくは還流状態においては、交流端子ACの配線導体の電流変化率と電流が流れるアームの電流変化率が等しい一方、電流が流れないアームにおいては電流変化率dI/dtはゼロとなる。例として上アーム10に並列に負荷インダクタンスを接続してダブルパルス・スイッチングを実施した際の主回路の等価回路と電流波形の模式図を、図2及び図3に示す。   However, in a conductive state where the current flows only to one arm in the 2 in 1 module, or in a reflux state, the current change rate of the wiring conductor of the AC terminal AC is equal to the current change rate of the arm where the current flows, but no current flows. In the arm, the current change rate dI / dt is zero. As an example, an equivalent circuit of a main circuit and a schematic diagram of a current waveform when double pulse switching is performed by connecting a load inductance in parallel to the upper arm 10 are shown in FIGS.

図2は、半導体パワーモジュールの上アーム10に並列に負荷インダクタンスL6を接続した場合の主回路の等価回路を示す。また、図3は、図2の等価回路における上アーム10及び下アーム20の電流波形を示す。   FIG. 2 shows an equivalent circuit of the main circuit when a load inductance L6 is connected in parallel to the upper arm 10 of the semiconductor power module. FIG. 3 shows current waveforms of the upper arm 10 and the lower arm 20 in the equivalent circuit of FIG.

図2に示すように、正極端子Pと交流端子ACに負荷インダクタンスL6が接続されている。また、図3において、下アーム指令の時間変化(1)、下アームゲート電圧の時間変化(2)、上アーム電流の時間変化(3)、下アーム電流の時間変化(4)を示している。例えば、図3の(1)に示すように、下アーム20にターンオン指令及びターンオフ指令を半導体駆動装置に入力すると、半導体駆動装置から図3の(2)に示すようなゲート電圧がゲート信号端子Gに供給される。ターンオン指令の所定時間後に閾値電圧Vth以上となり、ターンオフ指令の所定時間後に閾値電圧Vth以下となる。なお、ここでは、都合により下アーム20に対する指令及びゲート電圧のみ説明している。   As shown in FIG. 2, a load inductance L6 is connected to the positive terminal P and the AC terminal AC. Further, FIG. 3 shows the time change (1) of the lower arm command, the time change (2) of the lower arm gate voltage, the time change (3) of the upper arm current, and the time change (4) of the lower arm current. . For example, as shown in (1) of FIG. 3, when a turn-on command and a turn-off command are input to the semiconductor drive device to the lower arm 20, a gate voltage as shown in (2) of FIG. G is supplied. It becomes the threshold voltage Vth or more after a predetermined time of the turn-on command, and becomes the threshold voltage Vth or less after the predetermined time of the turn-off command. Here, only the command and gate voltage for the lower arm 20 are described for convenience.

このような状況、例えば下アーム20のみ導通もしくは還流している状態では、下アーム20のエミッタ側配線に発生する電圧VL4は、VL4=(L4+M34+M45)・dI/dtとなる(図3の(4))。また下アーム20に電流が流れておらず、上アーム10のみ導通もしくは還流している状態では、VL4=(M14+M24+M45)・dI/dtとなり、自アームに電流が流れていなくても電圧が発生することがわかる。そして、このとき上アーム10及び下アーム20それぞれにI/dt及びdI/dtが小さく変化している(図3の(3),(4))。上記のように自アームのみが導通もしくは還流している状態(モード1)と、対アームのみが導通もしくは還流している状態(モード2)と、短絡もしくはターンオン・ターンオフ(モード3)の3つの動作モードで配線に作用する実効的なインダクタンス値がそれぞれ異なる。 In such a situation, for example, when only the lower arm 20 is conducting or refluxing, the voltage VL4 generated in the emitter-side wiring of the lower arm 20 is VL4 = (L4 + M34 + M45) · dI L / dt (FIG. 3 ( 4)). When no current is flowing through the lower arm 20 and only the upper arm 10 is conducting or refluxing, VL4 = (M14 + M24 + M45) · dI H / dt, and a voltage is generated even when no current flows through the own arm. I understand that At this time, I L / dt and dI H / dt slightly change in the upper arm 10 and the lower arm 20, respectively ((3) and (4) in FIG. 3). As described above, there are three states: a state where only the own arm is conducting or refluxing (mode 1), a state where only the opposite arm is conducting or refluxing (mode 2), and a short circuit or turn-on / turn-off (mode 3). Effective inductance values acting on the wiring in the operation mode are different.

導通中や還流中の電流も含めて正確に電流を検出するためには、上記3つの動作モードそれぞれの実効的なインダクタンス値に対応した電流検出回路が必要になるが、部品点数の増加と回路構成が複雑化するという問題がある。   In order to accurately detect the current including the current during conduction and recirculation, a current detection circuit corresponding to the effective inductance value of each of the above three operation modes is required. There is a problem that the configuration becomes complicated.

また、自アームまたは対アームの導通中もしくは還流中の影響を排除するために、電流検出回路の動作期間をゲートがオンする前後だけに限定するという対策も考えられるが、それでは導通中や還流中の対アーム破壊によって発生するTypeII短絡やTypeIII短絡に対応することができない。   In addition, in order to eliminate the influence of the current arm or the pair arm during conduction or reflux, a measure to limit the operation period of the current detection circuit only to before and after the gate is turned on can be considered. It is not possible to cope with Type II short-circuit and Type III short-circuit generated due to the destruction of the pair of arms.

本発明は、上述した状況に鑑みて創案されたものであり、2in1モジュールを構成する半導体スイッチング素子に流れる電流を精度良く検出できる短絡保護機能を有する半導体駆動装置を用いた電力変換装置を提供することを目的とする。   The present invention was devised in view of the above-described situation, and provides a power conversion device using a semiconductor drive device having a short-circuit protection function capable of accurately detecting a current flowing through a semiconductor switching element constituting a 2-in-1 module. For the purpose.

上記課題を解決するため、本発明の電力変換装置の一態様は、半導体パワーモジュールと、半導体パワーモジュールを駆動する半導体駆動装置と、を備える。
半導体パワーモジュールは、一対の直流端子となる第1の主端子および第2の主端子と、第1の主電極および第2の主電極を有し、第1の主電極が第1の主端子と電気的に接続される第1の半導体スイッチング素子と、第3の主電極および第4の主電極を有し、第4の主電極が第2の主端子と電気的に接続される第2の半導体スイッチング素子と、を備える。また、半導体パワーモジュールは、電気的に直列に接続された第1の半導体スイッチング素子の第2の主電極と第2の半導体スイッチング素子の第3の主電極との接続点に電気的に接続される交流端子を備える。さらに、半導体パワーモジュールは、第2の主電極の電位を検出する第1の信号端子と、第1の半導体スイッチング素子と第2の半導体スイッチング素子の接続点の電位を検出する第2の信号端子と、第4の主電極の電位を検出する第3の信号端子と、第2の主端子の電位を検出する第4の信号端子と、を備える。
また、半導体駆動装置は、第1の半導体駆動装置と第2の半導体駆動装置から構成される。第1の半導体駆動装置は、第1の半導体スイッチング素子にゲート駆動信号を供給する第1のゲート電圧制御回路と、第2の信号端子で検出された第1の検出電圧が所定値未満であるときにゼロ値を出力し、第1の検出電圧が所定値を超えるときに当該第1の検出電圧を出力する第1のフィルタと、第1のフィルタの出力を積分した出力値を出力する第1の積分回路と、を備え、第1の積分回路の出力に基づいて、第1の半導体スイッチング素子の過電流保護を行う。
同様に、第2の半導体駆動装置は、第2の半導体スイッチング素子にゲート駆動信号を供給する第2のゲート電圧制御回路と、第4の信号端子で検出された第2の検出電圧が所定値未満であるときにゼロ値を出力し、第2の検出電圧が所定値を超えるときに当該第2の検出電圧を出力する第2のフィルタと、第2のフィルタの出力を積分した出力値を出力する第3の積分回路と、を備え、第3の積分回路の出力に基づいて、第2の半導体スイッチング素子の過電流保護を行う。
In order to solve the above problems, one aspect of a power conversion device of the present invention includes a semiconductor power module and a semiconductor drive device that drives the semiconductor power module.
The semiconductor power module has a first main terminal and a second main terminal which are a pair of DC terminals, a first main electrode and a second main electrode, and the first main electrode is the first main terminal. A first semiconductor switching element electrically connected to the second main electrode, a third main electrode and a fourth main electrode, wherein the fourth main electrode is electrically connected to the second main terminal. And a semiconductor switching element. The semiconductor power module is electrically connected to a connection point between the second main electrode of the first semiconductor switching element and the third main electrode of the second semiconductor switching element that are electrically connected in series. AC terminal is provided. Further, the semiconductor power module includes a first signal terminal for detecting the potential of the second main electrode, and a second signal terminal for detecting the potential of the connection point between the first semiconductor switching element and the second semiconductor switching element. And a third signal terminal for detecting the potential of the fourth main electrode, and a fourth signal terminal for detecting the potential of the second main terminal.
The semiconductor drive device is composed of a first semiconductor drive device and a second semiconductor drive device. The first semiconductor drive device includes a first gate voltage control circuit for supplying a gate drive signal to the first semiconductor switching element, and a first detection voltage detected at the second signal terminal is less than a predetermined value. A zero value is sometimes output, and a first filter that outputs the first detection voltage when the first detection voltage exceeds a predetermined value and an output value obtained by integrating the output of the first filter are output. And an overcurrent protection of the first semiconductor switching element based on the output of the first integration circuit.
Similarly, the second semiconductor drive device includes a second gate voltage control circuit that supplies a gate drive signal to the second semiconductor switching element, and a second detection voltage detected at the fourth signal terminal is a predetermined value. A second filter that outputs a zero value when the second detection voltage exceeds a predetermined value and an output value obtained by integrating the output of the second filter. A third integrating circuit for outputting, and overcurrent protection of the second semiconductor switching element is performed based on the output of the third integrating circuit.

本発明の少なくとも一態様によれば、2in1モジュールの短絡電流やスイッチング電流を精度良く検出することができ、それゆえ、確実に短絡電流を遮断することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to at least one aspect of the present invention, it is possible to accurately detect a short-circuit current and a switching current of a 2-in-1 module, and thus it is possible to reliably interrupt the short-circuit current.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.

一般的な2in1モジュールを用いた半導体パワーモジュールの主回路の等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the main circuit of the semiconductor power module using a general 2 in 1 module. 半導体パワーモジュールの上アームに並列に負荷インダクタンスを接続した場合の主回路の等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the main circuit when a load inductance is connected in parallel to the upper arm of the semiconductor power module. 図2の等価回路における上アーム及び下アームの電流波形を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the current waveform of the upper arm and lower arm in the equivalent circuit of FIG. 本発明の第1の実施形態に係る半導体パワーモジュールと半導体駆動装置の基本構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a basic configuration example of a semiconductor power module and a semiconductor drive device according to a first embodiment of the present invention. 第2の信号端子と第1の積分回路の間にフィルタを設けていない場合(従来例)における、半導体パワーモジュールの電流検出信号を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electric current detection signal of a semiconductor power module in case the filter is not provided between the 2nd signal terminal and the 1st integration circuit (conventional example). 本発明の第1の実施形態に係る半導体パワーモジュールの電流検出信号を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electric current detection signal of the semiconductor power module which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 第2の信号端子と第1の積分回路の間にハイパスフィルタを設けた場合(比較例)における、半導体パワーモジュールの電流検出信号を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electric current detection signal of a semiconductor power module in the case of providing a high pass filter between the 2nd signal terminal and the 1st integration circuit (comparative example). 本発明の第1の実施形態に係る半導体駆動装置の基本構成の具体例を示す等価回路図である。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram showing a specific example of the basic configuration of the semiconductor drive device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体駆動装置の基本構成の具体例の変形例を示す等価回路図である。FIG. 6 is an equivalent circuit diagram showing a modification of the specific example of the basic configuration of the semiconductor drive device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体駆動装置の基本構成の他の具体例を示す等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram which shows the other specific example of the basic composition of the semiconductor drive device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る半導体駆動装置の基本構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic structural example of the semiconductor drive device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る半導体駆動装置の基本構成の具体例を示す等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram which shows the specific example of the basic composition of the semiconductor drive device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る半導体駆動装置の基本構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic structural example of the semiconductor drive device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る半導体駆動装置の基本構成の具体例を示す等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram which shows the specific example of the basic composition of the semiconductor drive device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. ゲート電圧低減時のゲート電圧の時間変化の例を示す模式波形図である。It is a schematic waveform diagram which shows the example of the time change of the gate voltage at the time of gate voltage reduction. ゲート電圧低減時のアーム電流の時間変化の例を示す模式波形図である。It is a schematic waveform diagram which shows the example of the time change of the arm current at the time of gate voltage reduction. 本発明の第4の実施形態に係る半導体駆動装置の基本構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic structural example of the semiconductor drive device which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る半導体駆動装置の基本構成の具体例を示す等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram which shows the specific example of the basic composition of the semiconductor drive device which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る電力変換装置の基本構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the basic structural example of the power converter device which concerns on the 5th Embodiment of this invention.

以下、本発明を実施するための形態の例について、添付図面を参照しながら説明する。説明は下記の順序で行う。添付図面において実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、添付図面は本発明の原理に則った具体的な実施形態と実装例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。
1.第1の実施形態(低レベルの検出電圧をカットするフィルタを備える例)
2.第2の実施形態(ゲート電圧比較回路と時定数切替回路を備える例)
3.第3の実施形態(ゲート電圧低減回路を備える例)
4.第4の実施形態(ゲート電圧調整回路としてツェナー・ダイオードを用いた例)
5.第5の実施形態(半導体駆動装置を電力変換装置に適用した例)
Hereinafter, an example of an embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The description will be given in the following order. In the accompanying drawings, components having substantially the same function or configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The attached drawings show specific embodiments and implementation examples based on the principle of the present invention, but these are for understanding the present invention and are not intended to limit the present invention. Not used.
1. 1st Embodiment (example provided with the filter which cuts low level detection voltage)
2. Second Embodiment (Example provided with a gate voltage comparison circuit and a time constant switching circuit)
3. Third embodiment (example including a gate voltage reduction circuit)
4). Fourth embodiment (example using a Zener diode as a gate voltage adjusting circuit)
5. Fifth Embodiment (Example in which a semiconductor drive device is applied to a power converter)

<1.第1の実施形態>
[電力変換装置の機能構成]
図4は、本発明の第1の実施形態に係る2in1構成の半導体パワーモジュールと半導体駆動装置の(短絡保護機能の)基本構成例を示すブロック図である。なお、第1の実施形態では、半導体スイッチング素子としてIGBTを例にとって説明するが、それに限定されるものではなく、その他一般の半導体スイッチング素子にも適用できるものである。
<1. First Embodiment>
[Functional configuration of power converter]
FIG. 4 is a block diagram showing a basic configuration example (for a short circuit protection function) of the semiconductor power module having the 2-in-1 configuration and the semiconductor drive device according to the first embodiment of the present invention. In the first embodiment, an IGBT is described as an example of a semiconductor switching element, but the present invention is not limited to this, and can be applied to other general semiconductor switching elements.

図4に示す半導体パワーモジュールは、直列に接続された上アーム10と下アーム20による上下アームで構成されている。上アーム10(パワー半導体素子の例)は、第1の半導体スイッチング素子であるIGBT11とダイオード12の逆並列回路からなり、下アーム20(パワー半導体素子の例)は、第2の半導体スイッチング素子であるIGBT21とダイオード22の逆並列回路からなる。上アーム10と下アーム20からなる半導体パワーモジュールは、正極端子として第1の主端子1、負極端子として第2の主端子2、及び交流端子3を有する。   The semiconductor power module shown in FIG. 4 is composed of upper and lower arms composed of an upper arm 10 and a lower arm 20 connected in series. The upper arm 10 (an example of a power semiconductor element) includes an anti-parallel circuit of an IGBT 11 that is a first semiconductor switching element and a diode 12, and the lower arm 20 (an example of a power semiconductor element) is a second semiconductor switching element. It consists of an antiparallel circuit of an IGBT 21 and a diode 22. The semiconductor power module including the upper arm 10 and the lower arm 20 has a first main terminal 1 as a positive electrode terminal, a second main terminal 2 as a negative electrode terminal, and an AC terminal 3.

IGBT11は、第1の主電極13(コレクタ)および第2の主電極14(エミッタ)を有し、第1の主電極13が第1の主端子1と電気的に接続される。また、IGBT21は、第3の主電極23(コレクタ)および第4の主電極24(エミッタ)を有し、第4の主電極24が第2の主端子2と電気的に接続される。IGBT11とIGBT21は、第2の主電極14と第3の主電極23とが導体によって電気的に接続されることにより、直列に接続される。交流端子3は、IGBT11とIGBT21の直列接続点に電気的に接続される。   The IGBT 11 has a first main electrode 13 (collector) and a second main electrode 14 (emitter), and the first main electrode 13 is electrically connected to the first main terminal 1. The IGBT 21 has a third main electrode 23 (collector) and a fourth main electrode 24 (emitter), and the fourth main electrode 24 is electrically connected to the second main terminal 2. The IGBT 11 and the IGBT 21 are connected in series by the second main electrode 14 and the third main electrode 23 being electrically connected by a conductor. The AC terminal 3 is electrically connected to the series connection point of the IGBT 11 and the IGBT 21.

また、IGBT11に関して、第1のゲート信号端子4、第2の主電極14の電位を検出するエミッタ信号端子としての第1の信号端子5、及び配線寄生インダクタンスと半導体パワーモジュールに流れる電流の変化率に応じて出力される第1の検出電圧(交流端子3の電位)を検出する第2の信号端子6を備える。また、IGBT21に関して、第2のゲート信号端子7、第4の主電極24の電位を検出するエミッタ信号端子として第3の信号端子8、及び配線寄生インダクタンスと半導体パワーモジュールに流れる電流の変化率に応じて出力される第2の検出電圧(第2の主端子2の電位)を検出する第4の信号端子9を備える。第1の信号端子5と第3の信号端子8は接地されている。   Further, regarding the IGBT 11, the first gate signal terminal 4, the first signal terminal 5 as an emitter signal terminal for detecting the potential of the second main electrode 14, and the change rate of the current flowing through the wiring parasitic inductance and the semiconductor power module. Is provided with a second signal terminal 6 for detecting a first detection voltage (the potential of the AC terminal 3) output in response thereto. Further, regarding the IGBT 21, the second signal signal terminal 7, the third signal terminal 8 as an emitter signal terminal for detecting the potential of the fourth main electrode 24, and the wiring parasitic inductance and the change rate of the current flowing in the semiconductor power module. A fourth signal terminal 9 for detecting the second detection voltage (the potential of the second main terminal 2) output in response is provided. The first signal terminal 5 and the third signal terminal 8 are grounded.

上アーム10と下アーム20からなる半導体パワーモジュールは、第1の主端子1と上アーム10のコレクタとの間の配線導体の自己インダクタンスL1、上アーム10のエミッタ信号端子Sと上アーム10と下アーム20の接続中点との間の配線導体の自己インダクタンスL2を有する。また、上アーム10と下アーム20の接続中点と下アーム20のコレクタとの間の自己インダクタンスL3、下アーム20のエミッタ信号端子Sと第2の主端子2との間の配線導体の自己インダクタンスL4を有する。さらに、上アーム10と下アーム20の接続中点と交流端子3との間の配線導体の自己インダクタンスL5を有する。   The semiconductor power module including the upper arm 10 and the lower arm 20 includes a self-inductance L1 of a wiring conductor between the first main terminal 1 and the collector of the upper arm 10, an emitter signal terminal S of the upper arm 10, and the upper arm 10. It has a self-inductance L2 of the wiring conductor between the connection midpoint of the lower arm 20. The self-inductance L3 between the connection midpoint of the upper arm 10 and the lower arm 20 and the collector of the lower arm 20, and the self of the wiring conductor between the emitter signal terminal S of the lower arm 20 and the second main terminal 2 It has an inductance L4. Furthermore, it has a self-inductance L5 of the wiring conductor between the connection midpoint of the upper arm 10 and the lower arm 20 and the AC terminal 3.

上アーム10の第1のゲート信号端子4に第1の半導体駆動装置30からゲート駆動信号(ゲート電圧)が供給され、下アーム20の第2のゲート信号端子7に第2の半導体駆動装置50からゲート駆動信号(ゲート電圧)が供給される。   A gate drive signal (gate voltage) is supplied from the first semiconductor drive device 30 to the first gate signal terminal 4 of the upper arm 10, and the second semiconductor drive device 50 is supplied to the second gate signal terminal 7 of the lower arm 20. A gate drive signal (gate voltage) is supplied from.

(第1の半導体駆動装置)
第1の半導体駆動装置30は、第1のゲート駆動指令部31、第1のゲート電圧制御回路32、第1のフィルタ33、第1の積分回路34、第1のスイッチ35、第1の出力比較回路36、第2の積分回路37、及び第1の遮断指令部38を備える。
(First semiconductor driving device)
The first semiconductor drive device 30 includes a first gate drive command unit 31, a first gate voltage control circuit 32, a first filter 33, a first integration circuit 34, a first switch 35, and a first output. A comparison circuit 36, a second integration circuit 37, and a first cutoff command unit 38 are provided.

第1のゲート駆動指令部31は、上位の論理部から入力される駆動指令入力信号SINに基づいて、第1のゲート電圧制御回路32に駆動指令を出力する。   The first gate drive command unit 31 outputs a drive command to the first gate voltage control circuit 32 based on the drive command input signal SIN input from the higher-order logic unit.

第1のゲート電圧制御回路32は、第1のゲート駆動指令部31から入力された駆動指令に基づいて、IGBT11にゲート駆動信号(ゲート電圧)を供給する。   The first gate voltage control circuit 32 supplies a gate drive signal (gate voltage) to the IGBT 11 based on the drive command input from the first gate drive command unit 31.

第1のフィルタ33は、第2の信号端子6と電気的に接続されている。第1のフィルタ33は、第2の信号端子6に発生する微小な信号を除去するために、所定値より絶対値が小さい第1の検出電圧をフィルタリングする。即ち、第1のフィルタ33は、第1の信号端子5と第2の信号端子6との間に出力された第1の検出電圧が第1の所定値未満であるときにゼロ値を第1の積分回路34に出力し、第1の検出電圧が第1の所定値以上であるのときに第1の検出電圧を第1の積分回路34に出力する。本実施形態では、第1のフィルタ33は、短絡やターンオン・ターンオフ時以外に第2の信号端子6で検出された電位(第1の検出電圧)が所定値以上であるか否かを判定する。   The first filter 33 is electrically connected to the second signal terminal 6. The first filter 33 filters a first detection voltage having an absolute value smaller than a predetermined value in order to remove a minute signal generated at the second signal terminal 6. That is, the first filter 33 sets the zero value to the first value when the first detection voltage output between the first signal terminal 5 and the second signal terminal 6 is less than the first predetermined value. The first detection voltage is output to the first integration circuit 34 when the first detection voltage is equal to or higher than the first predetermined value. In the present embodiment, the first filter 33 determines whether or not the potential (first detection voltage) detected at the second signal terminal 6 is not less than a predetermined value other than during a short circuit or turn-on / turn-off. .

第1の積分回路34は、第1のフィルタ33を通過した信号を積分してIGBT11のコレクターエミッタ間に流れる電流を検出する。   The first integration circuit 34 integrates the signal that has passed through the first filter 33 and detects the current flowing between the collector and emitter of the IGBT 11.

第1のスイッチ35は、所定の期間中のみ第1の積分回路34を動作させ、それ以外の期間は第1の積分回路34の出力値をリセットする。例えば第1のスイッチ35は、短絡やターンオン・ターンオフ時以外では第1の積分回路34の出力をリセットしてゼロ値に保つ。   The first switch 35 operates the first integration circuit 34 only during a predetermined period, and resets the output value of the first integration circuit 34 during other periods. For example, the first switch 35 resets the output of the first integrating circuit 34 and keeps it at a zero value except during a short circuit or turn-on / turn-off.

第1の出力比較回路36は、第1の積分回路34の出力が所定の値より大きくなると、IGBT11が過電流状態であると判定し、判定結果に応じた信号を第2の積分回路37に出力する。   When the output of the first integration circuit 34 exceeds a predetermined value, the first output comparison circuit 36 determines that the IGBT 11 is in an overcurrent state, and sends a signal according to the determination result to the second integration circuit 37. Output.

第2の積分回路37は、第1の出力比較回路36から出力された信号を積分し、IGBT11が過電流状態である期間を検出する。第2の積分回路37は、積分結果を第1の遮断指令部38に出力する。第2の積分回路37を設けることにより過電流状態の判定精度が上がるが、第2の積分回路37がなくても過電流保護機能を実現することは可能である。   The second integration circuit 37 integrates the signal output from the first output comparison circuit 36 and detects a period in which the IGBT 11 is in an overcurrent state. The second integration circuit 37 outputs the integration result to the first cutoff command unit 38. Although the determination accuracy of the overcurrent state is improved by providing the second integration circuit 37, the overcurrent protection function can be realized without the second integration circuit 37.

第1の遮断指令部38は、第2の積分回路37の出力値によってIGBT11が短絡状態であると判定された場合に電流遮断指令を出力する。   The first cutoff command unit 38 outputs a current cutoff command when the output value of the second integration circuit 37 determines that the IGBT 11 is in a short circuit state.

(第2の半導体駆動装置)
第2の半導体駆動装置50は、第2のゲート駆動指令部51、第2のゲート電圧制御回路52、第2のフィルタ53、第3の積分回路54、第2のスイッチ55、第2の出力比較回路56、第4の積分回路57、及び第2の遮断指令部58を備える。これら第2のゲート駆動指令部51、第2のゲート電圧制御回路52、第2のフィルタ53、第3の積分回路54、第2のスイッチ55、第2の出力比較回路56、第4の積分回路57、及び第2の遮断指令部58は、第1の半導体駆動装置30の各部と同様の機能を有している。
(Second semiconductor driving device)
The second semiconductor drive device 50 includes a second gate drive command unit 51, a second gate voltage control circuit 52, a second filter 53, a third integration circuit 54, a second switch 55, and a second output. A comparison circuit 56, a fourth integration circuit 57, and a second cutoff command unit 58 are provided. The second gate drive command unit 51, the second gate voltage control circuit 52, the second filter 53, the third integration circuit 54, the second switch 55, the second output comparison circuit 56, and the fourth integration The circuit 57 and the second cutoff command unit 58 have the same functions as the respective units of the first semiconductor drive device 30.

第2のゲート駆動指令部51は、上位の論理部から入力される駆動指令入力信号SINに基づいて、第2のゲート電圧制御回路52に駆動指令を出力する。なお、この第2のゲート駆動指令部51に入力される駆動指令入力信号SINは、第1のゲート駆動指令部31の駆動指令入力信号SINとは独立した異なる信号である。   The second gate drive command unit 51 outputs a drive command to the second gate voltage control circuit 52 based on the drive command input signal SIN input from the higher-order logic unit. The drive command input signal SIN input to the second gate drive command unit 51 is a different signal independent of the drive command input signal SIN of the first gate drive command unit 31.

第2のゲート電圧制御回路52は、第2のゲート駆動指令部51から入力された駆動指令に基づいて、IGBT11にゲート駆動信号(ゲート電圧)を供給する。   The second gate voltage control circuit 52 supplies a gate drive signal (gate voltage) to the IGBT 11 based on the drive command input from the second gate drive command unit 51.

第2のフィルタ53は、第4の信号端子9と電気的に接続されている。第2のフィルタ53は、第4の信号端子9に発生する微小な信号を除去するために、所定値より絶対値が小さい第2の検出電圧をフィルタリングする。即ち、第2のフィルタ53は、第3の信号端子8と第4の信号端子9との間に出力された第2の検出電圧が第2の所定値未満であるときにゼロ値を第3の積分回路54に出力し、第2の検出電圧が第2の所定値以上であるときに第2の検出電圧を第3の積分回路54に出力する。本実施形態では、第2のフィルタ53は、短絡やターンオン・ターンオフ時以外に第4の信号端子9で検出された電位(第2の検出電圧)が所定値以上であるか否かを判定する。第1の所定値と第2の所定値は同じとしてもよい。   The second filter 53 is electrically connected to the fourth signal terminal 9. The second filter 53 filters a second detection voltage having an absolute value smaller than a predetermined value in order to remove a minute signal generated at the fourth signal terminal 9. That is, the second filter 53 sets the zero value to the third value when the second detection voltage output between the third signal terminal 8 and the fourth signal terminal 9 is less than the second predetermined value. The second detection voltage is output to the third integration circuit 54 when the second detection voltage is equal to or higher than the second predetermined value. In the present embodiment, the second filter 53 determines whether or not the potential (second detection voltage) detected at the fourth signal terminal 9 is not less than a predetermined value other than during a short circuit or turn-on / turn-off. . The first predetermined value and the second predetermined value may be the same.

第3の積分回路54は、第2のフィルタ53を通過した信号を積分してIGBT21のコレクターエミッタ間に流れる電流を検出する。   The third integration circuit 54 integrates the signal that has passed through the second filter 53 and detects the current that flows between the collector and emitter of the IGBT 21.

第2のスイッチ55は、所定の期間中のみ第3の積分回路54を動作させ、それ以外の期間は第3の積分回路54の出力値をリセットする。例えば第2のスイッチ55は、短絡やターンオン・ターンオフ時以外では第3の積分回路54の出力をリセットしてゼロ値に保つ。第2のスイッチ55のリセット期間の定義は、第1のスイッチ35と同様である。   The second switch 55 operates the third integration circuit 54 only during a predetermined period, and resets the output value of the third integration circuit 54 during other periods. For example, the second switch 55 resets the output of the third integrating circuit 54 and keeps it at a zero value except during a short circuit or turn-on / turn-off. The definition of the reset period of the second switch 55 is the same as that of the first switch 35.

第2の出力比較回路56は、第3の積分回路54の出力が所定の値より大きくなると、IGBT21が過電流状態であると判定し、判定結果に応じた信号を第4の積分回路57に出力する。   When the output of the third integration circuit 54 exceeds a predetermined value, the second output comparison circuit 56 determines that the IGBT 21 is in an overcurrent state, and sends a signal corresponding to the determination result to the fourth integration circuit 57. Output.

第4の積分回路57は、第2の出力比較回路56から出力された信号を積分し、IGBT21が過電流状態である期間を検出する。第4の積分回路57は、積分結果を第2の遮断指令部58に出力する。第2の積分回路37と同様に、第4の積分回路57を設けることにより過電流状態の判定精度が上がるが、第4の積分回路57がなくても過電流保護機能を実現することは可能である。   The fourth integration circuit 57 integrates the signal output from the second output comparison circuit 56 and detects a period during which the IGBT 21 is in an overcurrent state. The fourth integration circuit 57 outputs the integration result to the second cutoff command unit 58. Similar to the second integration circuit 37, by providing the fourth integration circuit 57, the determination accuracy of the overcurrent state is improved. However, the overcurrent protection function can be realized without the fourth integration circuit 57. It is.

第2の遮断指令部58は、第4の積分回路57の出力値によってIGBT21が短絡状態であると判定された場合に電流遮断指令を出力する。   The second cutoff command unit 58 outputs a current cutoff command when the output value of the fourth integration circuit 57 determines that the IGBT 21 is in a short circuit state.

なお、本発明に係る半導体駆動装置は、基本構成要素であるIGBT(半導体スイッチング素子)が並列に多数個存在する場合(一例として図19参照)にも適用できることは勿論である。   Of course, the semiconductor drive device according to the present invention can be applied to a case where there are a large number of IGBTs (semiconductor switching elements) which are basic components in parallel (see FIG. 19 as an example).

[半導体駆動装置の動作]
次に、第1の半導体駆動装置30及び第2の半導体駆動装置50の動作を説明する。第1の半導体駆動装置30及び第2の半導体駆動装置50の動作は基本的に同じであるため、以下では第1の半導体駆動装置30の動作を中心に説明する。
[Operation of semiconductor drive device]
Next, operations of the first semiconductor drive device 30 and the second semiconductor drive device 50 will be described. Since the operations of the first semiconductor drive device 30 and the second semiconductor drive device 50 are basically the same, the following description will focus on the operation of the first semiconductor drive device 30.

上位の論理部から第1の半導体駆動装置30の第1のゲート駆動指令部31に駆動指令入力信号SINが入力されると、第1のゲート駆動指令部31は、IGBT11を好適に駆動するための信号を処理する。その結果に基づき、第1のゲート電圧制御回路32は、IGBT11の第1のゲート信号端子4にゲート駆動信号としての電圧を印加し、半導体パワーモジュールの動作を制御する。   When the drive command input signal SIN is input from the higher-order logic unit to the first gate drive command unit 31 of the first semiconductor drive device 30, the first gate drive command unit 31 preferably drives the IGBT 11. Process the signal. Based on the result, the first gate voltage control circuit 32 applies a voltage as a gate drive signal to the first gate signal terminal 4 of the IGBT 11 to control the operation of the semiconductor power module.

また、上位の論理部から第2の半導体駆動装置50の第2のゲート駆動指令部51に駆動指令入力信号SINが入力されると、第2のゲート駆動指令部51は、IGBT21を好適に駆動するための信号を処理する。その結果に基づき、第2のゲート電圧制御回路52は、IGBT21の第2のゲート信号端子7にゲート駆動信号としての電圧を印加し、半導体パワーモジュールの動作を制御する。   Further, when the drive command input signal SIN is input from the higher-order logic unit to the second gate drive command unit 51 of the second semiconductor drive device 50, the second gate drive command unit 51 preferably drives the IGBT 21. To process the signal. Based on the result, the second gate voltage control circuit 52 applies a voltage as a gate drive signal to the second gate signal terminal 7 of the IGBT 21 to control the operation of the semiconductor power module.

ここで、仮にIGBT11がオンのときにIGBT21が破壊し、短絡状態(TypeII短絡)が発生したと仮定する。このとき、IGBT11のコレクタ−エミッタ間に流れるアーム電流I(コレクタ電流)は増加し、アーム電流Iは過電流状態となる。また、IGBT11の主電流が流れる導体の自己インダクタンスと近接した導体との間に発生する相互インダクタンスの値と、アーム電流Iの増加率とに応じて、第2の信号端子6に第1の検出電圧が発生する。 Here, it is assumed that the IGBT 21 is destroyed when the IGBT 11 is on, and a short circuit state (Type II short circuit) occurs. At this time, the arm current I H (collector current) flowing between the collector and the emitter of the IGBT 11 increases, and the arm current I H enters an overcurrent state. Further, the first signal terminal 6 has a first inductance depending on the mutual inductance value generated between the self-inductance of the conductor through which the main current of the IGBT 11 flows and the adjacent conductor, and the increase rate of the arm current I H. A detection voltage is generated.

短絡時の電流増加率は大きく第1の検出電圧は十分大きいため、第1の検出電圧は第1のフィルタ33を通過して第1の積分回路34に入力され、第1の積分回路34の出力からアーム電流Iの電流値を検出することができる。なお、このとき第1の積分回路34の出力をリセットする第1のスイッチ35の機能はオフ状態であるため、アーム電流Iを検出できなくなる懸念は無い。 Since the current increase rate at the time of the short circuit is large and the first detection voltage is sufficiently large, the first detection voltage passes through the first filter 33 and is input to the first integration circuit 34. it is possible to detect the current value of the arm current I H from the output. The function of the first switch 35 for resetting the output of the first integrating circuit 34 at this time is because in the OFF state, there is no concern that it becomes impossible to detect the arm current I H.

さらに、第1の積分回路34の出力値を第1の出力比較回路36に入力することによって過電流状態の判定が行われ、過電流状態である場合に第1の出力比較回路36から第2の積分回路37へ信号が出力される。またその後、第1の出力比較回路36の出力を第2の積分回路37により積分し、積分値が所定値に到達した場合、即ち過電流状態が所定の期間継続された場合のみ第2の積分回路37から第1の遮断指令部38へ信号が出力される。そして、第1の遮断指令部38から第1のゲート電圧制御回路32に遮断指令が出力される。   Further, the output value of the first integration circuit 34 is input to the first output comparison circuit 36 to determine the overcurrent state. When the overcurrent state is established, the first output comparison circuit 36 outputs the second value. A signal is output to the integrating circuit 37. After that, the output of the first output comparison circuit 36 is integrated by the second integration circuit 37, and the second integration is performed only when the integration value reaches a predetermined value, that is, when the overcurrent state continues for a predetermined period. A signal is output from the circuit 37 to the first shutoff command unit 38. Then, a cutoff command is output from the first cutoff command unit 38 to the first gate voltage control circuit 32.

このように過電流状態が所定の期間継続された場合のみ遮断指令が出力されるため、ノイズ等による誤遮断のリスクが低減される。このとき第2の積分回路37は時間フィルタとしての機能を持つ。過電流状態が一定期間継続すると、第1の遮断指令部38から第1のゲート電圧制御回路32にアーム電流Iを緩やかに低減して遮断する指令が出され、第1の半導体駆動装置30は電流を安全に遮断することができる。 In this way, since the interruption command is output only when the overcurrent state continues for a predetermined period, the risk of erroneous interruption due to noise or the like is reduced. At this time, the second integration circuit 37 has a function as a time filter. When an overcurrent condition continues for a certain period of time, a command to cut off gently reduce arm current I H from the first shutoff unit 38 to the first gate voltage control circuit 32 is issued, the first semiconductor driving device 30 Can safely cut off the current.

次に、通常のスイッチング動作時の第1の検出電圧について説明する。例として上アーム10(IGBT11)のターンオンの動作に着目する。   Next, the first detection voltage during normal switching operation will be described. As an example, attention is focused on the turn-on operation of the upper arm 10 (IGBT 11).

自アーム(上アーム10)のゲートがオフしている期間は対アーム(下アーム20)で電流が還流しており、還流電流は寄生抵抗などにより緩やかに減少している。ここで対アーム側の配線導体と自アームの配線導体が近接しており、対アームの配線導体による相互インダクタンスが無視できないほど大きい。そのため、自アームに電流が流れていない状況であっても、対アームを流れる電流の変化率と対アーム側の配線導体との相互インダクタンスに応じて、IGBT11の第2の信号端子6に微小な検出電圧が発生する。   During the period when the gate of the own arm (upper arm 10) is off, the current flows back in the opposite arm (lower arm 20), and the return current is gradually decreased due to parasitic resistance or the like. Here, the wiring conductor on the opposite arm side and the wiring conductor on the own arm are close to each other, and the mutual inductance due to the wiring conductor on the opposite arm is so large that it cannot be ignored. Therefore, even in a situation where no current flows through the own arm, the second signal terminal 6 of the IGBT 11 has a minute amount according to the rate of change of the current flowing through the paired arm and the mutual inductance of the wiring conductor on the paired arm side. A detection voltage is generated.

次に、自アーム(上アーム10)のゲートがオンしてターンオンしている最中は、自アームの配線導体、対アーム(下アーム20)の配線導体ともに同じ方向かつ同じ大きさの電流変化が生じており、電流変化率は大きいため。そのため、第2の信号端子6に配線導体の自己インダクタンスと、自アームの配線導体と対アームの配線導体の相互インダクタンスに応じた大きな検出電圧が発生する。   Next, while the gate of the own arm (upper arm 10) is turned on and turned on, the current change in the same direction and the same magnitude in both the wiring conductor of the own arm and the wiring conductor of the opposite arm (lower arm 20). Because the current change rate is large. Therefore, a large detection voltage is generated at the second signal terminal 6 according to the self-inductance of the wiring conductor and the mutual inductance of the wiring conductor of the own arm and the wiring conductor of the opposite arm.

次に、自アーム(上アーム10)のターンオンが完了し、自アームの導通状態になると導通電流の変化率と、配線の自己インダクタンスと、自アーム配線導体の相互インダクタンスに応じて第2の信号端子6に微小な検出電圧が発生する。   Next, when the turn-on of the own arm (upper arm 10) is completed and the own arm becomes conductive, a second signal is generated according to the rate of change of the conduction current, the self inductance of the wiring, and the mutual inductance of the own arm wiring conductor. A minute detection voltage is generated at the terminal 6.

既述のようにスイッチング時においては、対アーム還流中(モード2)、ターンオン・ターンオフ中(モード3)、自アーム導通中(モード1)の3つの動作モードにおいて電流の流れる経路が異なることに起因して、配線導体に作用する相互インダクタンスが異なる。そのため、3つの動作モードでの検出電圧を同じ定数で積分すると電流検出の精度が低下する。この問題は、各動作モードで積分回路の回路定数を各動作モードで変更すれば回避できるが、半導体駆動装置の部品点数の大幅な増加や回路構成の複雑化といった問題がある。本実施形態は簡便な回路構成により、上記の課題を解決することができる。   As described above, at the time of switching, the current flow path is different in the three operation modes, that is, return to arm (mode 2), turn-on / turn-off (mode 3), and self-arm conduction (mode 1). As a result, the mutual inductance acting on the wiring conductor is different. Therefore, if the detection voltages in the three operation modes are integrated with the same constant, the accuracy of current detection decreases. This problem can be avoided by changing the circuit constant of the integration circuit in each operation mode in each operation mode, but there are problems such as a significant increase in the number of parts of the semiconductor drive device and a complicated circuit configuration. The present embodiment can solve the above problems with a simple circuit configuration.

上述した第1の本実施形態では、自アーム導通中および対アーム導通中に発生する検出電圧信号が微小であることに着目し、検出信号の絶対値が所定の値より小さい場合に検出信号を通さない機能を持つ第1のフィルタ33(及び第2のフィルタ53)を備える構成としている。このような構成により、自アーム導通中および対アーム導通中の検出信号は第1の積分回路34(及び第3の積分回路54)に入力されず、大きな電流変化率によって大きな検出信号が出力されるターンオン・ターンオフ時または短絡時の検出信号のみを精度よく検出することができる。また、第1の実施形態では、第1のスイッチ35(及び第2のスイッチ55)により、第1の積分回路34(及び第3の積分回路54)の出力は自アームのゲートオン指令が出ていない時はリセットすることができるため、さらに電流の誤検知のリスクを低減させることができる。   In the first embodiment described above, paying attention to the fact that the detection voltage signal generated during the self-arm conduction and the anti-arm conduction is minute, the detection signal is output when the absolute value of the detection signal is smaller than a predetermined value. The first filter 33 (and the second filter 53) having a function that does not pass is provided. With such a configuration, the detection signal during conduction of the own arm and the conduction of the arm is not input to the first integration circuit 34 (and the third integration circuit 54), and a large detection signal is output at a large current change rate. Only the detection signal at the time of turn-on, turn-off or short circuit can be detected with high accuracy. In the first embodiment, the first switch 35 (and the second switch 55) causes the output of the first integrating circuit 34 (and the third integrating circuit 54) to be given a gate-on command for its own arm. Since it can be reset when not, the risk of erroneous detection of current can be further reduced.

[第1の実施形態による効果]
上述した第1の実施形態では、上アーム10における第2の信号端子6と第1の積分回路34の間に、所定の値より電圧が小さい信号をカットする第1のフィルタ33が設けられている。それにより、ターンオン中・ターンオフ中、または短絡中に第2の信号端子6に発生する大きな電圧信号のみを検出できるため、ターンオン・ターンオフ電流や短絡電流を精度よく検出することができる。したがって、半導体駆動装置の部品点数の大幅な増加や回路構成の複雑化を伴うことなく、2in1モジュールを構成するIGBT(半導体スイッチング素子)に流れる電流(短絡電流やスイッチング電流)を精度良く検出することができる。それにより確実に短絡電流を遮断することができ、それゆえ半導体パワーモジュールを確実に過電流から保護することが可能となる。また、本実施形態では電流の検出精度が上がるので、短絡保護のマージンを小さく抑えることが可能になる。
[Effects of First Embodiment]
In the first embodiment described above, the first filter 33 is provided between the second signal terminal 6 and the first integration circuit 34 in the upper arm 10 to cut a signal having a voltage lower than a predetermined value. Yes. Thereby, only a large voltage signal generated at the second signal terminal 6 during turn-on, turn-off, or short-circuit can be detected, so that the turn-on / turn-off current and the short-circuit current can be detected with high accuracy. Therefore, the current (short-circuit current and switching current) flowing through the IGBT (semiconductor switching element) constituting the 2-in-1 module can be accurately detected without significantly increasing the number of parts of the semiconductor drive device and complicating the circuit configuration. Can do. As a result, the short-circuit current can be reliably interrupted, and therefore the semiconductor power module can be reliably protected from overcurrent. In addition, since the current detection accuracy is improved in this embodiment, it is possible to suppress a short-circuit protection margin.

図5〜図7に、下アーム20のスイッチングにおけるターンオン時の電流(1)と、第2の信号端子6に発生する第1の検出電圧(積分回路入力電圧)(2)と、電流検出値としての積分回路出力(3)の時間変化をそれぞれ示す。図5〜図7において、下アーム20の電流をIで示している。   5 to 7 show the current (1) at the time of turn-on in the switching of the lower arm 20, the first detection voltage (integration circuit input voltage) (2) generated at the second signal terminal 6, and the current detection value. The time change of the integration circuit output (3) as shown in FIG. 5 to 7, the current of the lower arm 20 is indicated by I.

(従来例の電流検出信号)
図5は、第2の信号端子6と第1の積分回路34の間にフィルタを設けていない場合(従来例)における、半導体パワーモジュールの電流検出信号を示す。ターンオン前の上アーム10還流中は下アーム20に電流は流れていないが、図5の(1)に示すように上アーム10の第2の信号端子6には、上アーム10の還流電流の緩やかな電流変化率と、配線の自己インダクタンスと自アーム配線導体との相互インダクタンスに応じた低レベルの電圧が検出される。この検出された信号が、第1の検出電圧VD1として第1の積分回路34に入力される(図5の(2))。
(Conventional current detection signal)
FIG. 5 shows a current detection signal of the semiconductor power module when no filter is provided between the second signal terminal 6 and the first integration circuit 34 (conventional example). During the return of the upper arm 10 before the turn-on, no current flows through the lower arm 20, but the second signal terminal 6 of the upper arm 10 has a return current of the upper arm 10 as shown in FIG. A low level voltage corresponding to the gradual current change rate and the mutual inductance between the wiring self-inductance and the self-arm wiring conductor is detected. This detected signal is input to the first integration circuit 34 as the first detection voltage V D1 ((2) in FIG. 5).

次に、下アーム20がターンオン動作を開始すると、下アーム20を流れる電流が急激に上昇するとともに上アーム10の還流電流は急激に減少する(図5の(1))。この時、上下アームの電流変化率は逆向きで大きさが共に等しい。したがって、第2の信号端子6には、電流の変化率と、配線の自己インダクタンスと自アーム配線導体との相互インダクタンス、並びに配線の自己インダクタンスと対アーム配線導体との相互インダクタンスに応じた電圧が検出される(図5の(2))。   Next, when the lower arm 20 starts a turn-on operation, the current flowing through the lower arm 20 rapidly increases and the return current of the upper arm 10 rapidly decreases ((1) in FIG. 5). At this time, the current change rates of the upper and lower arms are opposite and have the same magnitude. Accordingly, the second signal terminal 6 has a voltage corresponding to the rate of change of current, the mutual inductance between the wiring self-inductance and the self-arm wiring conductor, and the mutual inductance between the wiring self-inductance and the arm wiring conductor. It is detected ((2) in FIG. 5).

次に、ターンオン動作が完了し下アーム20が導通状態になると、上アーム10に電流が流れていないため、第2の信号端子6には導通電流の変化率と、配線の自己インダクタンスと自アーム配線導体との相互インダクタンスに応じた低レベルの電圧が検出される(図5の(2))。したがって、上アーム10還流中、ターンオン中、下アーム20導通中に発生する電圧を同じ回路定数で積分動作すると、図5の(3)に示すように、上アーム10還流中や下アーム20導通中に下アーム20の電流Iと積分回路出力Inとの誤差が大きくなり、電流検出精度が低下してしまう。例えば上アーム10還流中の下アーム20の電流Iと積分回路出力Inとの誤差e1のためにターンオン中の積分回路出力Inの値が下がり、誤差e2となって表れている。   Next, when the turn-on operation is completed and the lower arm 20 is in a conductive state, no current flows through the upper arm 10, so that the second signal terminal 6 has a change rate of the conductive current, a self-inductance of wiring, and a self-arm. A low level voltage corresponding to the mutual inductance with the wiring conductor is detected ((2) in FIG. 5). Therefore, when the voltage generated during the upper arm 10 reflux, the turn-on, and the lower arm 20 conduction is integrated with the same circuit constant, as shown in FIG. The error between the current I of the lower arm 20 and the integration circuit output In increases, and the current detection accuracy decreases. For example, because of the error e1 between the current I of the lower arm 20 during the return of the upper arm 10 and the integration circuit output In, the value of the integration circuit output In during the turn-on decreases, and appears as an error e2.

(第1の実施形態に係る電流検出信号)
図6は、第1の実施形態に係る半導体パワーモジュールの電流検出信号を示す。第1のフィルタ33によって、上アーム10還流中及び下アーム20導通中における破線で示す小さな電圧値の第1の検出電圧はカットされ(ゼロ値とされ)、第1の積分回路34に入力されない(図6の(2))。図6の(2)に示す所定値Drを超える部分が、第1の積分回路34の動作範囲である。所定値Drを超える部分とは、所定値Drの絶対値を超える部分であり、図6の(2)に示すターンオン期間のグラフでは、所定値Drより下側の部分が該当する。そのため、第1のフィルタ33は、ターンオン中の所定値Drを超える検出信号(第1の検出電圧VLCF)のみを第1の積分回路34に入力し、ターンオン電流を精度良く検出することができる。
(Current detection signal according to the first embodiment)
FIG. 6 shows a current detection signal of the semiconductor power module according to the first embodiment. By the first filter 33, the first detection voltage having a small voltage value indicated by a broken line during the reflux of the upper arm 10 and the conduction of the lower arm 20 is cut (set to a zero value) and is not input to the first integration circuit 34. ((2) in FIG. 6). The portion exceeding the predetermined value Dr shown in (2) of FIG. 6 is the operating range of the first integration circuit 34. The portion exceeding the predetermined value Dr is a portion exceeding the absolute value of the predetermined value Dr. In the graph of the turn-on period shown in (2) of FIG. 6, the portion below the predetermined value Dr corresponds. Therefore, the first filter 33 can input only the detection signal (first detection voltage V LCF ) exceeding the predetermined value Dr during the turn-on to the first integration circuit 34 and detect the turn-on current with high accuracy. .

これにより、図6の(3)に示すように、上アーム10還流中およびターンオン中は、下アーム20の電流Iと積分回路出力Inとの誤差がほとんど発生しない。また、下アーム20導通中においても、下アーム20の電流Iと積分回路出力ILCFとの間に、下アーム20の導通電流の緩やかな電流変化率に伴うわずかな誤差が発生する程度である。このように、第1の実施形態では、下アーム20の電流Iと積分回路出力ILCFとの誤差が少なく、図5の従来例よりも電流検出精度が向上する。 Thereby, as shown in (3) of FIG. 6, an error between the current I of the lower arm 20 and the integration circuit output In hardly occurs during the return of the upper arm 10 and the turn-on. In addition, even when the lower arm 20 is conducting, a slight error is generated between the current I of the lower arm 20 and the integration circuit output ILCF with a moderate current change rate of the conducting current of the lower arm 20. . As described above, in the first embodiment, the error between the current I of the lower arm 20 and the integration circuit output ILCF is small, and the current detection accuracy is improved as compared with the conventional example of FIG.

(ハイパスフィルタを用いた場合の電流検出信号)
また比較のために、図7に、第2の信号端子6と第1の積分回路34の間にハイパスフィルタを設けた場合(比較例)における、半導体パワーモジュールの電流検出信号を示す。上アーム10還流中や自アーム(下アーム20)導通中に発生する検出信号は、一般的にターンオン・ターンオフ、もしくは短絡中に発生する検出信号より周波数が低いため、ハイパスフィルタによって上アーム10還流中、下アーム20導通中の検出信号(第1の検出電圧VHPF)をフィルタリングすることは容易に想像できる。
(Current detection signal when high-pass filter is used)
For comparison, FIG. 7 shows a current detection signal of the semiconductor power module when a high-pass filter is provided between the second signal terminal 6 and the first integration circuit 34 (comparative example). Since the detection signal generated during the return of the upper arm 10 or when the own arm (lower arm 20) is conducted is generally lower in frequency than the detection signal generated during turn-on, turn-off, or short-circuit, the upper arm 10 is returned by the high-pass filter. It can be easily imagined that the detection signal (first detection voltage V HPF ) while the lower arm 20 is conducting is filtered.

しかし、上アーム10還流状態からターンオンへ移行する期間(一点鎖線で示す部分)と、ターンオンから下アーム20導通状態に移行する期間(一点鎖線で示す部分)においては、上アーム10還流による検出電圧や下アーム20還流による検出電圧に周波数が高い成分が含まれる(図7の(2))。この高い周波数の検出電圧がターンオン中の検出信号と共に第1の積分回路34に入力されるため、その分だけ第1の検出電圧VHPFが高い値となり、電流検出の精度が低下してしまう(図7の(3))。図7の(3)に示すように、下アーム20の電流Iと積分回路出力IHPFとの誤差e3が大きなものになる。つまり、積分回路の積分対象が電圧レベルであるところで、ハイパスフィルタで周波数弁別すると、ノイズ(所望より低電圧かつハイパスフィルタのカットオフ周波数より高周波)をも含めて積分してしまう虞がある。 However, in the period during which the upper arm 10 returns from the reflux state to the turn-on (part indicated by a one-dot chain line) and the period during which the lower arm 20 transitions from the turn-on to the lower arm 20 conduction state (part indicated by the one-dot chain line). In addition, a component having a high frequency is included in the detected voltage due to the reflux of the lower arm 20 ((2) in FIG. 7). Since this high-frequency detection voltage is input to the first integration circuit 34 together with the detection signal being turned on, the first detection voltage V HPF is increased by that much, and the current detection accuracy is reduced ( (3) in FIG. As shown in (3) of FIG. 7, the error e3 between the current I of the lower arm 20 and the integration circuit output I HPF becomes large. In other words, when the integration target of the integration circuit is at the voltage level, if the frequency discrimination is performed by the high-pass filter, the integration may be performed including noise (lower voltage than desired and higher frequency than the cutoff frequency of the high-pass filter).

[第1の実施形態の一具体例]
次に、第1の実施形態に係る半導体駆動装置の基本構成の具体例について図8を参照して説明する。以下では、第1の半導体駆動装置30について説明するが、第2の半導体駆動装置50についても同様の構成である。
[One specific example of the first embodiment]
Next, a specific example of the basic configuration of the semiconductor drive device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. Hereinafter, the first semiconductor driving device 30 will be described, but the second semiconductor driving device 50 has the same configuration.

図8は、第1の実施形態に係る半導体駆動装置の基本構成の具体例を示す等価回路図である。本実施形態では、第1の半導体駆動装置30の第1のフィルタ33に、一例としてnチャネル型のMOSFET33aを用いた例を示す。MOSFET33aのドレインが第1の積分回路34の入力端に接続され、ソースが抵抗R4を介して第2の信号端子6と接続されている。第1の信号端子5と第2の信号端子6の間に抵抗R2,R3,R4が直列に接続されており、第1のフィルタ33のゲートが抵抗R2と抵抗R3の接続中点と接続されている。MOSFET33aのドレイン−ソース間にダイオード33bが逆方向に接続されている。MOSFET33aのゲート電圧は、第1の信号端子5と第2の信号端子6間に得られる第1の検出電圧を抵抗分圧することによって生成される。第1の検出電圧が所定値より大きくなれば、MOSFET33aがオンして、第1の検出電圧の信号が第1の積分回路34に入力される。   FIG. 8 is an equivalent circuit diagram showing a specific example of the basic configuration of the semiconductor drive device according to the first embodiment. In the present embodiment, an example in which an n-channel MOSFET 33a is used as the first filter 33 of the first semiconductor drive device 30 is shown as an example. The drain of the MOSFET 33a is connected to the input terminal of the first integrating circuit 34, and the source is connected to the second signal terminal 6 via the resistor R4. Resistors R2, R3, and R4 are connected in series between the first signal terminal 5 and the second signal terminal 6, and the gate of the first filter 33 is connected to the midpoint of connection between the resistors R2 and R3. ing. A diode 33b is connected in the reverse direction between the drain and source of the MOSFET 33a. The gate voltage of the MOSFET 33a is generated by resistance-dividing the first detection voltage obtained between the first signal terminal 5 and the second signal terminal 6. When the first detection voltage becomes larger than a predetermined value, the MOSFET 33 a is turned on, and a signal of the first detection voltage is input to the first integration circuit 34.

また、第1の出力比較回路36として、コンパレータ36aが用いられる。コンパレータ36aは、非反転入力端子に入力された第1の積分回路34の積分値と、反転入力端子に入力された基準電圧Vrefを比較し、第1の積分回路34の積分値が基準電圧Vrefよりも大きい場合に、第2の積分回路37に信号を出力する。   A comparator 36 a is used as the first output comparison circuit 36. The comparator 36a compares the integrated value of the first integrating circuit 34 input to the non-inverting input terminal with the reference voltage Vref input to the inverting input terminal, and the integrated value of the first integrating circuit 34 is the reference voltage Vref. When the value is larger than the value, a signal is output to the second integration circuit 37.

第2の積分回路37として、コンデンサ37bや抵抗37a等の受動素子を用いたフィルタ回路を示す。第2の積分回路37は、積分値が電圧Vmを超えると、第1の遮断指令部38に信号を出力する。なお、第2の積分回路37は、オペアンプを用いたフィルタ回路を使用しても差し支えない。   As the second integrating circuit 37, a filter circuit using passive elements such as a capacitor 37b and a resistor 37a is shown. When the integral value exceeds the voltage Vm, the second integration circuit 37 outputs a signal to the first cutoff command unit 38. The second integration circuit 37 may use a filter circuit using an operational amplifier.

第1のスイッチ35の一例として、第1のゲート駆動指令部31から出力されるゲート駆動指令信号に応じてオン・オフするpチャネル型のMOSFET35aを用いることができる。MOSFET35aのドレインは第1の積分回路34の出力端子に接続され、ソースが第1の信号端子5に接続されている。MOSFET35aのドレイン−ソース間にダイオード35bが逆方向に接続されている。第1のゲート電圧制御回路32の入力端子とMOSFET35aのゲートとの間には、ダイオード35cと抵抗35dの並列回路が接続されている。第1のゲート電圧制御回路32の入力端子には、抵抗R1を介して電源電圧Vpが供給される。   As an example of the first switch 35, a p-channel MOSFET 35 a that is turned on / off in response to a gate drive command signal output from the first gate drive command unit 31 can be used. The drain of the MOSFET 35 a is connected to the output terminal of the first integrating circuit 34, and the source is connected to the first signal terminal 5. A diode 35b is connected in the reverse direction between the drain and source of the MOSFET 35a. A parallel circuit of a diode 35c and a resistor 35d is connected between the input terminal of the first gate voltage control circuit 32 and the gate of the MOSFET 35a. The power supply voltage Vp is supplied to the input terminal of the first gate voltage control circuit 32 via the resistor R1.

本実施形態では、第1のスイッチ35は、第1の半導体駆動装置30(第1のゲート駆動指令部31)がオン指令を出してからIGBT11(図4参照)のゲート電圧が閾値電圧Vth(図3の(2)参照)に到達するまでの間に第1の積分回路34の動作を開始させる(第1のスイッチ35オフ)。また第1のゲート駆動指令部31がオフ指令を出し、かつIGBT11のゲート電圧が閾値電圧Vthを下回ってから第1の積分回路34の出力値をリセットする(第1のスイッチ35オン)。ゲート駆動指令信号のオン指令期間中は、第1のスイッチ35をオフして第1の積分回路34を導通させることにより、TypeI〜IIIの短絡を検知することができる。   In the present embodiment, the first switch 35 is configured such that the gate voltage of the IGBT 11 (see FIG. 4) becomes the threshold voltage Vth (after the first semiconductor drive device 30 (first gate drive command unit 31) issues an ON command. The operation of the first integration circuit 34 is started until the time (see (2) in FIG. 3) is reached (the first switch 35 is turned off). The first gate drive command unit 31 issues an off command, and the output value of the first integrating circuit 34 is reset after the gate voltage of the IGBT 11 falls below the threshold voltage Vth (first switch 35 is turned on). During the ON command period of the gate drive command signal, the first switch 35 is turned off and the first integration circuit 34 is turned on, so that a short circuit of Type I to III can be detected.

また、本実施形態においては、第1のスイッチ35のゲート配線に抵抗35dとダイオード35cを並列に接続することで、ゲート駆動指令に対して第1のスイッチ35の動作遅延に異方性を持たせている。この第1のスイッチ35の動作遅延に異方性があるために、第1の積分回路34の動作期間を調整することができる。   Further, in this embodiment, by connecting a resistor 35d and a diode 35c in parallel to the gate wiring of the first switch 35, the operation delay of the first switch 35 has anisotropy with respect to the gate drive command. It is Since the operation delay of the first switch 35 has anisotropy, the operation period of the first integration circuit 34 can be adjusted.

[第1の実施形態の具体例の変形例]
図9は、第1の実施形態に係る半導体駆動装置の基本構成の具体例の変形例を示す等価回路図である。図8と同様に、第1の半導体駆動装置30´の第1のスイッチ35がIGBT11(図4参照)のゲート電圧に応じてオン・オフする構成である。第1の半導体駆動装置30´が図8に示す第1の半導体駆動装置30と異なる点は、第1のスイッチ35のダイオード35cと抵抗35dとの並列回路が、第1のゲート電圧制御回路32の出力端子側に接続されている点である。第2の半導体駆動装置50´についても、同様に構成する。
[Modification of Specific Example of First Embodiment]
FIG. 9 is an equivalent circuit diagram showing a modification of the specific example of the basic configuration of the semiconductor drive device according to the first embodiment. As in FIG. 8, the first switch 35 of the first semiconductor drive device 30 ′ is turned on / off according to the gate voltage of the IGBT 11 (see FIG. 4). The first semiconductor drive device 30 ′ is different from the first semiconductor drive device 30 shown in FIG. 8 in that the parallel circuit of the diode 35c and the resistor 35d of the first switch 35 is the first gate voltage control circuit 32. Is connected to the output terminal side. The second semiconductor driving device 50 ′ is configured similarly.

[第1の実施形態の他の具体例]
図10は、第1の実施形態に係る半導体駆動装置の基本構成の他の具体例を示す等価回路図である。図10において、第1の半導体駆動装置30−1の第1のフィルタ33−1を、ダイオード33cとダイオード33dを逆方向に並列接続した双方向ダイオードで構成する例を示す。ダイオード33c,33dの立ち上がり電圧よりも小さい電圧は通さないため、第1のフィルタ33−1は電圧カットフィルタとして機能する。第1の検出電圧を抵抗分圧(抵抗R3,R4)を用いて調整することによって、除去する電圧の閾値を調整することができる。第2の半導体駆動装置50−1の第2のフィルタ53−1についても同様に構成する。
[Another specific example of the first embodiment]
FIG. 10 is an equivalent circuit diagram showing another specific example of the basic configuration of the semiconductor drive device according to the first embodiment. FIG. 10 shows an example in which the first filter 33-1 of the first semiconductor drive device 30-1 is configured by a bidirectional diode in which a diode 33c and a diode 33d are connected in parallel in opposite directions. Since a voltage smaller than the rising voltage of the diodes 33c and 33d is not passed, the first filter 33-1 functions as a voltage cut filter. The threshold value of the voltage to be removed can be adjusted by adjusting the first detection voltage using the resistance voltage division (resistors R3 and R4). The second filter 53-1 of the second semiconductor drive device 50-1 is configured similarly.

<2.第2の実施形態>
[半導体駆動装置の機能構成]
次に、第2の実施形態に係る半導体駆動装置について図11及び図12を参照して説明する。
図11は、第2の実施形態に係る半導体駆動装置の基本構成例を示すブロック図である。以下では、第1の半導体駆動装置30Aについて説明するが、第2の半導体駆動装置50Aについても同様の構成である。
<2. Second Embodiment>
[Functional configuration of semiconductor drive device]
Next, a semiconductor drive device according to a second embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 11 is a block diagram illustrating a basic configuration example of the semiconductor drive device according to the second embodiment. Hereinafter, the first semiconductor drive device 30A will be described, but the second semiconductor drive device 50A has the same configuration.

第2の実施形態に係る第1の半導体駆動装置30Aと図4に示した第1の半導体駆動装置30との異なる点は、過ゲート電圧状態を監視し、過ゲート電圧状態と判定されると第2の積分回路37の時定数を短くする点である。   The difference between the first semiconductor drive device 30A according to the second embodiment and the first semiconductor drive device 30 shown in FIG. 4 is that the overgate voltage state is monitored and determined to be the overgate voltage state. This is to shorten the time constant of the second integration circuit 37.

第1の半導体駆動装置30Aは、第1の半導体駆動装置30と比較して、さらに第1のゲート電圧比較回路40と、第1の時定数切替回路41を備える。第1のゲート電圧比較回路40と第1の時定数切替回路41の直列回路が、IGBT11のゲートと第2の積分回路37の間に接続される。   The first semiconductor drive device 30 </ b> A further includes a first gate voltage comparison circuit 40 and a first time constant switching circuit 41 compared to the first semiconductor drive device 30. A series circuit of the first gate voltage comparison circuit 40 and the first time constant switching circuit 41 is connected between the gate of the IGBT 11 and the second integration circuit 37.

第1のゲート電圧比較回路40は、過ゲート電圧状態を監視して過ゲート電圧状態か否かを判定し、判定結果を第1の時定数切替回路41に出力する。   The first gate voltage comparison circuit 40 monitors the overgate voltage state to determine whether or not it is in the overgate voltage state, and outputs the determination result to the first time constant switching circuit 41.

第1の時定数切替回路41は、第1のゲート電圧比較回路40で過ゲート電圧状態であると判定された場合に、第2の積分回路37の時定数を短くする処理を行い、過電流状態と判定されてから電流遮断指令が出されるまでの遅延を縮小する。   The first time constant switching circuit 41 performs a process of shortening the time constant of the second integration circuit 37 when the first gate voltage comparison circuit 40 determines that the over gate voltage state is present. The delay until the current interruption command is issued after the state is determined is reduced.

また第2の半導体駆動装置50Aは、第1の半導体駆動装置30Aと同様に、第2のゲート電圧比較回路60と、第2の時定数切替回路61を備える。第2のゲート電圧比較回路60と第2の時定数切替回路61の機能は、第1のゲート電圧比較回路40と第1の時定数切替回路41と同じであるため、詳細な説明を省略する。   Similarly to the first semiconductor drive device 30A, the second semiconductor drive device 50A includes a second gate voltage comparison circuit 60 and a second time constant switching circuit 61. Since the functions of the second gate voltage comparison circuit 60 and the second time constant switching circuit 61 are the same as those of the first gate voltage comparison circuit 40 and the first time constant switching circuit 41, detailed description thereof is omitted. .

TypeII及びTypeIII短絡は、短絡開始時に帰還容量を介してIGBT11のゲートに電流が流れ込んで過ゲート電圧状態になることが特徴である。そこで、第1の実施形態で示した第1の出力比較回路36による過電流状態の判定と共に、第1のゲート電圧比較回路40によって過ゲート電圧状態を判定することによって、TypeII及びTypeIII短絡を検知することができる。   The Type II and Type III short circuits are characterized in that current flows into the gate of the IGBT 11 via the feedback capacitance at the start of the short circuit, resulting in an over-gate voltage state. Therefore, the Type II and Type III short circuit is detected by determining the over-gate voltage state by the first gate voltage comparison circuit 40 together with the determination of the over-current state by the first output comparison circuit 36 shown in the first embodiment. can do.

一般的に、TypeII及びTypeIIIの短絡は、TypeI短絡と比較して激しい短絡であるため、TypeI短絡より高速に電流を遮断する必要がある。第2の実施形態に示すように、過ゲート電圧状態と判定された場合に第1の時定数切替回路41によって電流遮断指令の遅延を縮小すれば、TypeII及びTypeIIIの短絡時に高速で電流を遮断できる。したがって、TypeIIやTypeIIIの短絡であっても電流を安全に遮断することができる。   In general, a short circuit between Type II and Type III is a short circuit compared to a Type I short circuit, and therefore, it is necessary to cut off a current faster than a Type I short circuit. As shown in the second embodiment, if the delay of the current interruption command is reduced by the first time constant switching circuit 41 when it is determined that the over-gate voltage state is present, the current is interrupted at high speed when Type II and Type III are short-circuited. it can. Therefore, even if it is a short circuit of TypeII or TypeIII, an electric current can be interrupt | blocked safely.

[第2の実施形態の具体例]
次に、第2の実施形態に係る半導体駆動装置の基本構成の具体例について図12を参照して説明する。以下では、第1の半導体駆動装置30Aについて説明するが、第2の半導体駆動装置50Aについても同様の構成である。
[Specific Example of Second Embodiment]
Next, a specific example of the basic configuration of the semiconductor drive device according to the second embodiment will be described with reference to FIG. Hereinafter, the first semiconductor drive device 30A will be described, but the second semiconductor drive device 50A has the same configuration.

図12は、第2の実施形態に係る半導体駆動装置の基本構成の具体例を示す等価回路図である。本実施形態では、第1の半導体駆動装置30Aの第1のゲート電圧比較回路40として、コンパレータ40aを用いる。コンパレータ40aは、非反転入力端子に入力された第1のゲート信号端子4で検出されるゲート電圧と、反転入力端子に入力された電源電圧Vpを比較し、ゲート電圧が電源電圧Vpよりも大きい場合に、第1の時定数切替回路41に駆動信号を出力する。   FIG. 12 is an equivalent circuit diagram showing a specific example of the basic configuration of the semiconductor drive device according to the second embodiment. In the present embodiment, a comparator 40a is used as the first gate voltage comparison circuit 40 of the first semiconductor drive device 30A. The comparator 40a compares the gate voltage detected at the first gate signal terminal 4 input to the non-inverting input terminal with the power supply voltage Vp input to the inverting input terminal, and the gate voltage is greater than the power supply voltage Vp. In this case, a drive signal is output to the first time constant switching circuit 41.

第1の時定数切替回路41に、一例としてpチャネル型のMOSFET41aを用いた例を示す。MOSFET41aのドレインが第2の積分回路37の抵抗37aと第2の遮断指令部58の入力端子との間に接続され、ソースが第2の積分回路37のコンデンサ37cと接続されている。MOSFET41aのゲートは、第1のゲート電圧比較回路40のコンパレータ40aの出力端子に接続されている。コンパレータ40aからMOSFET41aのゲートに駆動信号を入力されると、MOSFET41aがオンする。それにより、第2の積分回路37では、抵抗37aとコンデンサ37bに、コンデンサ37cを加えてフィルタ回路が構成される。それにより、第2の積分回路37のCR回路の時定数が小さくなり、第1の出力比較回路36で過電流状態と判定されてから電流遮断指令が出されるまでの遅延(積分期間)が縮小される。第2の積分回路37は、積分値が電圧Vmを超えると、第1の遮断指令部38に信号を出力する。   As an example, the first time constant switching circuit 41 uses a p-channel MOSFET 41a. The drain of the MOSFET 41 a is connected between the resistor 37 a of the second integration circuit 37 and the input terminal of the second cutoff command unit 58, and the source is connected to the capacitor 37 c of the second integration circuit 37. The gate of the MOSFET 41 a is connected to the output terminal of the comparator 40 a of the first gate voltage comparison circuit 40. When a drive signal is input from the comparator 40a to the gate of the MOSFET 41a, the MOSFET 41a is turned on. Thus, in the second integration circuit 37, a filter circuit is configured by adding a capacitor 37c to the resistor 37a and the capacitor 37b. As a result, the time constant of the CR circuit of the second integration circuit 37 is reduced, and the delay (integration period) from when the first output comparison circuit 36 determines an overcurrent state to when the current interruption command is issued is reduced. Is done. When the integral value exceeds the voltage Vm, the second integration circuit 37 outputs a signal to the first cutoff command unit 38.

<3.第3の実施形態>
[半導体駆動装置の機能構成]
次に、第3の実施形態に係る半導体駆動装置について図13〜図16を参照して説明する。
図13は、第3の実施形態に係る半導体駆動装置の基本構成例を示すブロック図である。以下では、第1の半導体駆動装置30Bについて説明するが、第2の半導体駆動装置50Bについても同様の構成である。
<3. Third Embodiment>
[Functional configuration of semiconductor drive device]
Next, a semiconductor drive device according to a third embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 13 is a block diagram illustrating a basic configuration example of the semiconductor drive device according to the third embodiment. Hereinafter, the first semiconductor drive device 30B will be described, but the second semiconductor drive device 50B has the same configuration.

第3の実施形態に係る第1の半導体駆動装置30Bと図4に示した第1の半導体駆動装置30との異なる点は、第1の出力比較回路36によって過電流状態と判定された場合に、IGBT11のゲート電圧を、アーム電流(コレクタ電流)が遮断しない程度に低減する点である。   The difference between the first semiconductor drive device 30B according to the third embodiment and the first semiconductor drive device 30 shown in FIG. 4 is that the first output comparison circuit 36 determines that an overcurrent state has occurred. The gate voltage of the IGBT 11 is reduced to such an extent that the arm current (collector current) is not cut off.

第1の半導体駆動装置30Bは、第1の半導体駆動装置30と比較して、さらに第1のゲート電圧低減回路42を備える。第1のゲート電圧低減回路42は、IGBT11の第1のゲート信号端子4と第1の出力比較回路36の出力端子との間に接続される。   The first semiconductor drive device 30 </ b> B further includes a first gate voltage reduction circuit 42 as compared with the first semiconductor drive device 30. The first gate voltage reduction circuit 42 is connected between the first gate signal terminal 4 of the IGBT 11 and the output terminal of the first output comparison circuit 36.

飽和電流が大きく、短絡耐量が小さい半導体スイッチング素子の短絡保護を行うには、一般的には第2の積分回路37の時定数を小さくして高速で遮断することが必要である。しかし、第2の積分回路37の時定数を小さくするとノイズによる誤検知により、誤って半導体パワーモジュールを含むシステム(電力変換装置及びこれを含むシステムなど)を遮断してしまうリスクが大きくなるという問題がある。   In order to perform short circuit protection of a semiconductor switching element having a large saturation current and a short circuit withstand capability, it is generally necessary to reduce the time constant of the second integration circuit 37 and cut off at high speed. However, if the time constant of the second integration circuit 37 is reduced, there is a problem that the risk of erroneously shutting off a system (such as a power converter and a system including the same) including a semiconductor power module due to erroneous detection due to noise increases. There is.

上記構成の第3の実施形態によれば、第1の出力比較回路36において上アーム10(IGBT11)が過電流であると判定された場合に、IGBT11のゲート電圧を低減して飽和電流を抑制することによって、IGBT11の短絡耐量が向上する。そのため、第2の積分回路37の時定数を小さくしなくても安全に上アーム10の電流を小さくすることができる。   According to the third embodiment having the above configuration, when the first output comparison circuit 36 determines that the upper arm 10 (IGBT 11) is overcurrent, the gate voltage of the IGBT 11 is reduced to suppress the saturation current. By doing, the short circuit tolerance of IGBT11 improves. Therefore, the current of the upper arm 10 can be safely reduced without reducing the time constant of the second integration circuit 37.

[第3の実施形態の具体例]
図14は、第3の実施形態に係る半導体駆動装置の基本構成の具体例を示す等価回路図である。以下では、第1の半導体駆動装置30Bについて説明するが、第2の半導体駆動装置50Bについても同様の構成である。
[Specific Example of Third Embodiment]
FIG. 14 is an equivalent circuit diagram showing a specific example of the basic configuration of the semiconductor drive device according to the third embodiment. Hereinafter, the first semiconductor drive device 30B will be described, but the second semiconductor drive device 50B has the same configuration.

本実施形態では、第1の半導体駆動装置30Bの第1のゲート電圧低減回路42は、MOSFET42aを用いて構成される。MOSFET41aのドレインが抵抗42dを介して第1のゲート信号端子4に接続され、ソースが抵抗42cを介して電圧Vmの電源と接続されている。電圧Vmは電源電圧Vpよりも小さい。MOSFET41aのゲートは、ダイオード42eと抵抗42fの並列回路を介して、第1の出力比較回路36のコンパレータ36aの出力端子側と接続さている。ダイオード42eは、第1の出力比較回路36からMOSFET41aに向かって順方向となるように接続されている。   In the present embodiment, the first gate voltage reduction circuit 42 of the first semiconductor drive device 30B is configured using a MOSFET 42a. The drain of the MOSFET 41a is connected to the first gate signal terminal 4 through the resistor 42d, and the source is connected to the power source of the voltage Vm through the resistor 42c. The voltage Vm is smaller than the power supply voltage Vp. The gate of the MOSFET 41a is connected to the output terminal side of the comparator 36a of the first output comparison circuit 36 through a parallel circuit of a diode 42e and a resistor 42f. The diode 42e is connected so as to be in the forward direction from the first output comparison circuit 36 toward the MOSFET 41a.

MOSFET42aのゲート配線に抵抗42fとダイオード42eを並列接続することで、上アーム10が過電流状態になったら速やかにゲート電圧を低減できる一方で、過電流状態が解消されても一定期間は第1のゲート電圧低減回路42がオンしている状態を保持できる。本実施形態におけるゲート電圧低減機能によって、電流が一時的に振動する場合にも回路の発振を防止できるため、安全に電流を遮断することができる。   By connecting the resistor 42f and the diode 42e in parallel to the gate wiring of the MOSFET 42a, the gate voltage can be quickly reduced when the upper arm 10 is in an overcurrent state. On the other hand, even if the overcurrent state is canceled, the first period is maintained. The gate voltage reduction circuit 42 can be kept on. The gate voltage reduction function in this embodiment can prevent the circuit from oscillating even when the current oscillates temporarily, so that the current can be safely interrupted.

なお、第2の半導体駆動装置50Bは、第1の半導体駆動装置30Bと同様に、第2のゲート電圧低減回路62を備える。第2のゲート電圧低減回路62の機能は、第1のゲート電圧低減回路42と同じであるため、詳細な説明を省略する。   Note that the second semiconductor drive device 50B includes a second gate voltage reduction circuit 62, similar to the first semiconductor drive device 30B. Since the function of the second gate voltage reduction circuit 62 is the same as that of the first gate voltage reduction circuit 42, detailed description thereof is omitted.

[ゲート電圧低減機能による発振防止]
次に、本実施形態に係るゲート電圧低減機能による発振防止について図15及び図16を参照して説明する。図15は、ゲート電圧低減時のゲート電圧の時間変化の例を示す模式波形図である。図16は、ゲート電圧低減時のアーム電流の時間変化の例を示す模式波形図である。
[Oscillation prevention by gate voltage reduction function]
Next, oscillation prevention by the gate voltage reduction function according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 15 is a schematic waveform diagram showing an example of the temporal change of the gate voltage when the gate voltage is reduced. FIG. 16 is a schematic waveform diagram showing an example of temporal change in arm current when the gate voltage is reduced.

図15に示すように、第1のゲート電圧低減回路42によりIGBT11のゲートに供給するゲート電圧を低減すると、配線のインダクタ成分によってゲート電圧に揺らぎが生じる。ゲート電圧に揺らぎが生じると、配線導体の電流が変化するためアーム電流に揺らぎが生じる。このアーム電流の揺らぎの大きさによっては第1の出力比較回路36が過電流状態と判定して、第1の出力比較回路36から第2の積分回路37へ信号が出力され(図16の矢印参照)、第1の遮断指令部38で電流遮断信号が出力されることになる。そして、電流遮断即ちゲート電圧を低減すると、アーム電流がまた変化して第1の出力比較回路36がオンするという事象を繰り返す発振状態となる恐れがある。本実施形態は、ダイオード42eに抵抗42fを並列接続することで、第1のゲート電圧低減回路42がオンしている状態を一定期間保持し、電流が一時的に振動する場合にも回路の発振を防止する。   As shown in FIG. 15, when the gate voltage supplied to the gate of the IGBT 11 is reduced by the first gate voltage reduction circuit 42, the gate voltage fluctuates due to the inductor component of the wiring. When the gate voltage fluctuates, the current of the wiring conductor changes, so that the arm current fluctuates. Depending on the magnitude of the fluctuation of the arm current, the first output comparison circuit 36 determines that the state is an overcurrent state, and a signal is output from the first output comparison circuit 36 to the second integration circuit 37 (the arrow in FIG. 16). The first cutoff command unit 38 outputs a current cutoff signal. When the current is cut off, that is, when the gate voltage is reduced, the arm current may be changed again, and there is a possibility that the oscillation state may be repeated such that the first output comparison circuit 36 is turned on. In this embodiment, the resistor 42f is connected in parallel to the diode 42e, so that the first gate voltage reduction circuit 42 is kept on for a certain period of time, and the circuit oscillates even when the current oscillates temporarily. To prevent.

<4.第4の実施形態>
[半導体駆動装置の機能構成]
次に、第4の実施形態に係る半導体駆動装置について図17及び図18を参照して説明する。
図17は、第4の実施形態に係る半導体駆動装置の基本構成例を示すブロック図である。以下に、第1の半導体駆動装置30Cについて説明するが、第2の半導体駆動装置50Cについても同様の構成である。
<4. Fourth Embodiment>
[Functional configuration of semiconductor drive device]
Next, a semiconductor drive device according to a fourth embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 17 is a block diagram illustrating a basic configuration example of the semiconductor drive device according to the fourth embodiment. The first semiconductor drive device 30C will be described below, but the second semiconductor drive device 50C has the same configuration.

第4の実施形態に係る第1の半導体駆動装置30Cと図4に示した第1の半導体駆動装置30との異なる点は、第1の検出電圧が所定の値より大きい場合に、IGBT11のゲート電圧を制御する点である   The difference between the first semiconductor drive device 30C according to the fourth embodiment and the first semiconductor drive device 30 shown in FIG. 4 is that the gate of the IGBT 11 when the first detection voltage is larger than a predetermined value. It is a point to control the voltage

第1の半導体駆動装置30Cは、第1の半導体駆動装置30と比較して、第1のゲート電圧調整回路43を備える。第1のゲート電圧調整回路43は、IGBT11の第1のゲート信号端子4と、抵抗R3と抵抗R4の接続点との間に接続される。   The first semiconductor drive device 30 </ b> C includes a first gate voltage adjustment circuit 43 as compared with the first semiconductor drive device 30. The first gate voltage adjustment circuit 43 is connected between the first gate signal terminal 4 of the IGBT 11 and the connection point between the resistor R3 and the resistor R4.

TypeIIやTypeIIIの短絡では短絡開始時の電流増加率は、主回路のインダクタンスのみに制限され、非常に大きくなるため、激しい短絡となる。また、その際に第2の信号端子6に非常に大きな電圧が印加される。例えば急激にIGBTのエミッタ側の電流が増加する場合は、第2の信号端子6に大きな負の電圧が発生し、逆に、急激にIGBTのエミッタ側の電流が減少する場合は、第2の信号端子6に大きな正の電圧が発生する。   In the type II or type III short circuit, the current increase rate at the start of the short circuit is limited only by the inductance of the main circuit and becomes very large, resulting in a severe short circuit. At that time, a very large voltage is applied to the second signal terminal 6. For example, when the current on the emitter side of the IGBT abruptly increases, a large negative voltage is generated at the second signal terminal 6. On the contrary, when the current on the emitter side of the IGBT abruptly decreases, A large positive voltage is generated at the signal terminal 6.

[第4の実施形態の具体例]
図18は、第4の実施形態に係る半導体駆動装置の基本構成の具体例を示す等価回路図である。以下では、第1の半導体駆動装置30Cについて説明するが、第2の半導体駆動装置50Cについても同様の構成である。
[Specific Example of Fourth Embodiment]
FIG. 18 is an equivalent circuit diagram showing a specific example of the basic configuration of the semiconductor drive device according to the fourth embodiment. Hereinafter, the first semiconductor drive device 30C will be described, but the second semiconductor drive device 50C has the same configuration.

本実施形態では、第1の半導体駆動装置30Cの第1のゲート電圧調整回路43は、一例としてツェナー・ダイオード43a,43b(定電圧ダイオード)を用いている。IGBT11の第1のゲート信号端子4と、抵抗R3と抵抗R4の接続点との間に、ツェナー・ダイオード43aとツェナー・ダイオード43bが逆方向に直列接続される。電圧をクランプできるものであれば、ツェナー・ダイオードに限らず、他のダイオードでもよい。   In the present embodiment, the first gate voltage adjustment circuit 43 of the first semiconductor drive device 30C uses zener diodes 43a and 43b (constant voltage diodes) as an example. A Zener diode 43a and a Zener diode 43b are connected in series in the opposite direction between the first gate signal terminal 4 of the IGBT 11 and the connection point of the resistor R3 and the resistor R4. As long as the voltage can be clamped, other diodes may be used instead of the Zener diode.

なお、第2の半導体駆動装置50Cは、第1の半導体駆動装置30Cと同様に、第2のゲート電圧調整回路63を備える。第2のゲート電圧調整回路63の機能は、第1のゲート電圧調整回路43と同じであるため、詳細な説明を省略する。   Note that the second semiconductor drive device 50C includes a second gate voltage adjustment circuit 63, like the first semiconductor drive device 30C. Since the function of the second gate voltage adjustment circuit 63 is the same as that of the first gate voltage adjustment circuit 43, detailed description thereof is omitted.

上記構成の第4の実施形態によれば、第1の実施形態により得られる効果の他に、次のような効果がある。急激にIGBT11の電流が増加し、第2の信号端子6に大きな負の電圧が印加されると、ツェナー・ダイオード43bのクランプ動作によってゲート電圧が低減され、電流の上昇を抑制できる。また逆に、急激にIGBT11の電流が減少し、第2の信号端子6に大きな正の電圧が印加されると、ツェナー・ダイオード43aのクランプ動作によってゲート電圧が上昇し、電流の減少率が抑制され、電流減少時に発生するサージ電圧を低減することができる。   According to 4th Embodiment of the said structure, there exist the following effects other than the effect acquired by 1st Embodiment. When the current of the IGBT 11 suddenly increases and a large negative voltage is applied to the second signal terminal 6, the gate voltage is reduced by the clamping operation of the Zener diode 43b, and an increase in current can be suppressed. Conversely, when the current of the IGBT 11 is suddenly decreased and a large positive voltage is applied to the second signal terminal 6, the gate voltage is increased by the clamping operation of the Zener diode 43a, and the current decrease rate is suppressed. Thus, the surge voltage generated when the current decreases can be reduced.

例えば、第1のゲート信号端子4と第2の信号端子6の両端電圧が30Vになると電流が流れる構成の場合には、第1のゲート信号端子4の電位が+15V、第2の信号端子6の電位が−15Vになると両端電圧が30Vとなり、第1のゲート信号端子4からツェナー・ダイオード43a,43bを介して第2の信号端子6へ電流が流れ、ゲート電圧が低減される。   For example, when the current flows when the voltage across the first gate signal terminal 4 and the second signal terminal 6 reaches 30 V, the potential of the first gate signal terminal 4 is +15 V, and the second signal terminal 6 When the potential becomes -15V, the voltage at both ends becomes 30V, current flows from the first gate signal terminal 4 to the second signal terminal 6 via the Zener diodes 43a and 43b, and the gate voltage is reduced.

<5.第5の実施形態>
次に、第5の実施形態として、上述した第1の実施形態から第4の実施形態を用いた電力変換装置について図19を参照して説明する。
<5. Fifth Embodiment>
Next, as a fifth embodiment, a power conversion device using the above-described first to fourth embodiments will be described with reference to FIG.

図19は、第5の実施形態に係る電力変換装置の基本構成例を示した回路図である。
図19に示す電力変換装置70は、上述した第1の実施形態から第4の実施形態のいずれかに係る半導体駆動装置を、電力変換装置70における半導体スイッチング素子の駆動装置として適用したものである。
FIG. 19 is a circuit diagram showing a basic configuration example of a power conversion device according to the fifth embodiment.
A power conversion device 70 shown in FIG. 19 is obtained by applying the semiconductor drive device according to any one of the first to fourth embodiments described above as a drive device for a semiconductor switching element in the power conversion device 70. .

図19に示すように、電力変換装置70は、2in1構成の半導体パワーモジュール74〜76、半導体駆動装置77〜82、及び、これら半導体駆動装置77〜82に対してスイッチング動作の制御信号である駆動指令信号を発生する上位論理部72を備えて構成されている。なお、第5の実施形態に係る電力変換装置70は、直流電源73の直流電力を交流電力に変換するインバータ装置である。   As illustrated in FIG. 19, the power conversion device 70 includes 2-in-1 semiconductor power modules 74 to 76, semiconductor drive devices 77 to 82, and a drive that is a control signal for switching operation with respect to the semiconductor drive devices 77 to 82. A higher-order logic unit 72 that generates a command signal is provided. Note that the power conversion device 70 according to the fifth embodiment is an inverter device that converts the DC power of the DC power source 73 into AC power.

また、第5の実施形態では、半導体パワーモジュール74〜76にIGBTを用いているが、これに限定されるものではなく、MOSFETなど他の半導体スイッチング素子を用いて構成することもできる。   In the fifth embodiment, IGBTs are used for the semiconductor power modules 74 to 76, but the present invention is not limited to this, and other semiconductor switching elements such as MOSFETs may be used.

電力変換装置70は、直流電源73の正負の端子間に、2個の半導体スイッチング素子(IGBT)の極性を揃えて直列に接続した上アーム10及び下アーム20からなる半導体パワーモジュールが3組接続されている。また、各半導体スイッチング素子のエミッタ−コレクタ間には、負荷電流を還流させるダイオードが逆極性かつ並列にそれぞれ接続されている。また、直列接続されたIGBT11(上アーム10)とIGBT21(下アーム20)の接続点はそれぞれ交流の出力端子(図4の交流端子3に相当)となり、負荷である三相交流モーターMに接続されている。   In the power conversion device 70, three sets of semiconductor power modules including the upper arm 10 and the lower arm 20 connected in series with the polarities of two semiconductor switching elements (IGBTs) aligned are connected between the positive and negative terminals of the DC power source 73. Has been. In addition, diodes that circulate the load current are connected in reverse polarity and in parallel between the emitter and collector of each semiconductor switching element. The connection points of the IGBT 11 (upper arm 10) and the IGBT 21 (lower arm 20) connected in series are AC output terminals (corresponding to the AC terminal 3 in FIG. 4), and are connected to the three-phase AC motor M as a load. Has been.

そして電力変換装置70は、上位論理部72によって半導体駆動装置77〜82を介して、それぞれ半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御して、交流端子3u,3v,3wに接続された三相交流モーターMに交流電力を供給する。   The power conversion device 70 controls the switching operation of the semiconductor switching elements by the upper logic unit 72 via the semiconductor drive devices 77 to 82, respectively, and is connected to the AC terminals 3 u, 3 v, 3 w. To supply AC power.

ここで電力変換装置70は、上位論理部72によって各半導体スイッチング素子に対する駆動指令信号を発生し、この半導体駆動装置77〜82を介して、この駆動指令信号を半導体スイッチング素子のゲート信号端子に送信することで電力変換動作を行う。   Here, the power conversion device 70 generates a drive command signal for each semiconductor switching element by the higher-order logic unit 72 and transmits the drive command signal to the gate signal terminal of the semiconductor switching device via the semiconductor drive devices 77 to 82. By doing so, the power conversion operation is performed.

なお、第5の実施形態では、本発明の半導体駆動装置を電力変換装置に適用した例として、直流を交流に変換するインバータ装置を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではない。本発明の半導体駆動装置は、直流−直流コンバーター装置や交流−直流コンバーター装置など、他の電力変換装置に適用することもできる。   In the fifth embodiment, as an example in which the semiconductor drive device of the present invention is applied to a power conversion device, an inverter device that converts direct current to alternating current is used. However, the present invention is not limited to this. . The semiconductor drive device of the present invention can also be applied to other power conversion devices such as a DC-DC converter device and an AC-DC converter device.

さらに、本発明は上述した各実施形態例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、その他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。   Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various other application examples and modifications can be taken without departing from the gist of the present invention described in the claims. is there.

例えば、上述した実施形態例は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細且つ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態例の構成の一部を他の実施形態例の構成に置き換えることは可能である。また、ある実施形態例の構成に他の実施形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。   For example, the above-described exemplary embodiments are detailed and specific descriptions of the configuration of the apparatus and the system in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described above. . Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment. In addition, the configuration of another embodiment can be added to the configuration of a certain embodiment. Moreover, it is also possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each exemplary embodiment.

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。   Further, the control lines and information lines indicate what is considered necessary for the explanation, and not all the control lines and information lines on the product are necessarily shown. Actually, it may be considered that almost all the components are connected to each other.

1…第1の主端子(正極端子)、 2…第2の主端子(負極端子)、 3…交流端子、 4…第1のゲート信号端子(ゲート)、 5…第1の信号端子(エミッタ信号端子)、 6…第2の信号端子、 7…第2のゲート信号端子(ゲート)、 8…第3の信号端子(エミッタ信号端子)、 9…第4の信号端子、 10…上アーム、 11…IGBT(第1の半導体スイッチング素子)、 12…ダイオード、 13…第1の主電極(コレクタ)、 14…第2の主電極(エミッタ)、 20…下アーム、 21…IGBT(第2の半導体スイッチング素子)、 22…ダイオード、 23…第3の主電極(コレクタ)、 24…第4の主電極(エミッタ)、 30,30−1,30A,30B,30C…第1の半導体駆動装置、 31…第1のゲート駆動指令部、 32…第1のゲート電圧制御回路、 33,33−1…第1のフィルタ、 34…第1の積分回路、 35…第1のスイッチ、 36…第1の出力比較回路、 37…第2の積分回路、 38…第1の遮断指令部、 40…第1のゲート電圧比較回路、 41…第1の時定数切替回路、 42…第1のゲート電圧低減回路、 43…第1のゲート電圧調整回路、 50,50−1,50A,50B,50C…第2の半導体駆動装置、 51…第2のゲート駆動指令部、 52…第2のゲート電圧制御回路、 53,53−1…第2のフィルタ、 54…第3の積分回路、 55…第2のスイッチ、 56…第2の出力比較回路、 57…第4の積分回路、 58…第2の遮断指令部、 60…第2のゲート電圧比較回路、 61…第2の時定数切替回路、 62…第2のゲート電圧低減回路、 63…第2のゲート電圧調整回路、 70…電力変換装置、 72…上位論理部、 73…直流電源、 74〜76…半導体パワーモジュール、 77〜82…半導体駆動装置、 SIN…駆動指令入力信号   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st main terminal (positive electrode terminal), 2 ... 2nd main terminal (negative electrode terminal), 3 ... AC terminal, 4 ... 1st gate signal terminal (gate), 5 ... 1st signal terminal (emitter) Signal terminal), 6 ... second signal terminal, 7 ... second gate signal terminal (gate), 8 ... third signal terminal (emitter signal terminal), 9 ... fourth signal terminal, 10 ... upper arm, DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... IGBT (1st semiconductor switching element), 12 ... Diode, 13 ... 1st main electrode (collector), 14 ... 2nd main electrode (emitter), 20 ... Lower arm, 21 ... IGBT (2nd Semiconductor switching element), 22 ... diode, 23 ... third main electrode (collector), 24 ... fourth main electrode (emitter), 30, 30-1, 30A, 30B, 30C ... first semiconductor drive device, 31 ... First gate drive Motion command unit, 32 ... first gate voltage control circuit, 33, 33-1 ... first filter, 34 ... first integration circuit, 35 ... first switch, 36 ... first output comparison circuit, 37 DESCRIPTION OF SYMBOLS 2nd integration circuit 38 ... 1st interruption | blocking command part 40 ... 1st gate voltage comparison circuit 41 ... 1st time constant switching circuit 42 ... 1st gate voltage reduction circuit 43 ... 1st 50, 50-1, 50A, 50B, 50C ... second semiconductor drive device, 51 ... second gate drive command section, 52 ... second gate voltage control circuit, 53, 53-1. 2nd filter, 54 ... 3rd integration circuit, 55 ... 2nd switch, 56 ... 2nd output comparison circuit, 57 ... 4th integration circuit, 58 ... 2nd cutoff command part, 60 ... 1st 2 gate voltage comparison circuit, 61 ... second time constant Replacement circuit 62 ... Second gate voltage reduction circuit 63 ... Second gate voltage adjustment circuit 70 ... Power conversion device 72 ... Higher-order logic unit 73 ... DC power supply 74-76 Semiconductor power module 77- 82: Semiconductor drive device, SIN: Drive command input signal

Claims (8)

半導体パワーモジュールと、前記半導体パワーモジュールを駆動する半導体駆動装置と、を備え、
前記半導体パワーモジュールは、
一対の直流端子となる第1の主端子および第2の主端子と、
第1の主電極および第2の主電極を有し、前記第1の主電極が前記第1の主端子と電気的に接続される第1の半導体スイッチング素子と、
第3の主電極および第4の主電極を有し、前記第4の主電極が前記第2の主端子と電気的に接続される第2の半導体スイッチング素子と、
電気的に直列に接続された前記第1の半導体スイッチング素子の第2の主電極と前記第2の半導体スイッチング素子の第3の主電極との接続点に電気的に接続される交流端子と、
前記第2の主電極の電位を検出する第1の信号端子と、前記第1の半導体スイッチング素子と前記第2の半導体スイッチング素子の接続点の電位を検出する第2の信号端子と、
前記第4の主電極の電位を検出する第3の信号端子と、前記第2の主端子の電位を検出する第4の信号端子と、を備え、
前記半導体駆動装置は、第1の半導体駆動装置と第2の半導体駆動装置から構成され、
前記第1の半導体駆動装置は、
前記第1の半導体スイッチング素子にゲート駆動信号を供給する第1のゲート電圧制御回路と、
前記第2の信号端子で検出された第1の検出電圧が所定値未満であるときにゼロ値を出力し、前記第1の検出電圧が前記所定値を超えるときに当該第1の検出電圧を出力する第1のフィルタと、
前記第1のフィルタの出力を積分した出力値を出力する第1の積分回路と、を備え、
前記第1の積分回路の出力に基づいて、前記第1の半導体スイッチング素子の過電流保護を行い、
前記第2の半導体駆動装置は、
前記第2の半導体スイッチング素子にゲート駆動信号を供給する第2のゲート電圧制御回路と、
前記第4の信号端子で検出された第2の検出電圧が所定値未満であるときにゼロ値を出力し、前記第2の検出電圧が前記所定値を超えるときに当該第2の検出電圧を出力する第2のフィルタと、
前記第2のフィルタの出力を積分した出力値を出力する第3の積分回路と、を備え、
前記第3の積分回路の出力に基づいて、前記第2の半導体スイッチング素子の過電流保護を行う
電力変換装置。
A semiconductor power module, and a semiconductor drive device for driving the semiconductor power module,
The semiconductor power module is
A first main terminal and a second main terminal to be a pair of DC terminals;
A first semiconductor switching element having a first main electrode and a second main electrode, wherein the first main electrode is electrically connected to the first main terminal;
A second semiconductor switching element having a third main electrode and a fourth main electrode, wherein the fourth main electrode is electrically connected to the second main terminal;
An AC terminal electrically connected to a connection point between a second main electrode of the first semiconductor switching element electrically connected in series and a third main electrode of the second semiconductor switching element;
A first signal terminal for detecting a potential of the second main electrode; a second signal terminal for detecting a potential of a connection point between the first semiconductor switching element and the second semiconductor switching element;
A third signal terminal for detecting the potential of the fourth main electrode; and a fourth signal terminal for detecting the potential of the second main terminal;
The semiconductor drive device includes a first semiconductor drive device and a second semiconductor drive device,
The first semiconductor drive device includes:
A first gate voltage control circuit for supplying a gate drive signal to the first semiconductor switching element;
A zero value is output when the first detection voltage detected at the second signal terminal is less than a predetermined value, and the first detection voltage is output when the first detection voltage exceeds the predetermined value. A first filter to output;
A first integration circuit that outputs an output value obtained by integrating the output of the first filter,
Based on the output of the first integration circuit, overcurrent protection of the first semiconductor switching element,
The second semiconductor driving device includes:
A second gate voltage control circuit for supplying a gate drive signal to the second semiconductor switching element;
A zero value is output when the second detection voltage detected at the fourth signal terminal is less than a predetermined value, and the second detection voltage is output when the second detection voltage exceeds the predetermined value. A second filter to output;
A third integration circuit for outputting an output value obtained by integrating the output of the second filter,
A power conversion device that performs overcurrent protection of the second semiconductor switching element based on an output of the third integration circuit.
前記第1の半導体駆動装置は、更に、
前記第1の積分回路の出力値を所定値と比較して過電流状態であるか否かを判定する第1の出力比較回路と、
前記第1の出力比較回路の比較結果に基づいて、前記第1のゲート電圧制御回路に電流遮断指令を出す第1の遮断指令部と、を備え、
前記第2の半導体駆動装置は、更に、
前記第3の積分回路の出力値を所定値と比較して過電流状態であるか否かを判定する第2の出力比較回路と、
前記第2の出力比較回路の比較結果に基づいて、前記第2のゲート電圧制御回路に電流遮断指令を出す第2の遮断指令部と、を備える
請求項1に記載の電力変換装置。
The first semiconductor drive device further includes:
A first output comparison circuit for comparing the output value of the first integration circuit with a predetermined value to determine whether or not an overcurrent state;
A first cutoff command unit that issues a current cutoff command to the first gate voltage control circuit based on a comparison result of the first output comparison circuit;
The second semiconductor drive device further includes:
A second output comparison circuit for comparing the output value of the third integration circuit with a predetermined value to determine whether or not an overcurrent state;
The power conversion device according to claim 1, further comprising: a second cutoff command unit that issues a current cutoff command to the second gate voltage control circuit based on a comparison result of the second output comparison circuit.
前記第1の半導体駆動装置は、更に、前記第1の出力比較回路の出力値を積分し、積分値を出力する第2の積分回路、を備え、
前記第1の遮断指令部は、前記第2の積分回路の積分値が所定値に到達した場合に前記電流遮断指令を出し、
前記第2の半導体駆動装置は、更に、前記第2の出力比較回路の出力値を積分し、積分値を出力する第4の積分回路、を備え、
前記第2の遮断指令部は、前記第4の積分回路の積分値が所定値に到達した場合に前記電流遮断指令を出す
請求項2に記載の電力変換装置。
The first semiconductor drive device further includes a second integration circuit that integrates an output value of the first output comparison circuit and outputs an integration value.
The first cutoff command unit issues the current cutoff command when the integral value of the second integration circuit reaches a predetermined value,
The second semiconductor drive device further includes a fourth integration circuit that integrates an output value of the second output comparison circuit and outputs an integration value.
The power conversion device according to claim 2, wherein the second cutoff command unit issues the current cutoff command when an integrated value of the fourth integration circuit reaches a predetermined value.
前記第1の半導体駆動装置は、更に、
所定期間中のみ前記第1の積分回路を動作させ、それ以外の期間は前記第1の積分回路の出力値をリセットする第1のスイッチ、を備え、
前記第2の半導体駆動装置は、更に、
所定期間中のみ前記第3の積分回路を動作させ、それ以外の期間は前記第3の積分回路の出力値をリセットする第2のスイッチ、を備える
請求項1に記載の電力変換装置。
The first semiconductor drive device further includes:
A first switch that operates the first integration circuit only during a predetermined period and resets the output value of the first integration circuit during the other period;
The second semiconductor drive device further includes:
The power converter according to claim 1, further comprising: a second switch that operates the third integration circuit only during a predetermined period and resets an output value of the third integration circuit during the other period.
前記第1のスイッチは、前記第1の半導体駆動装置がオン指令を出してから前記第1の半導体スイッチング素子のゲート電圧が閾値電圧に到達するまでの間に前記第1の積分回路の動作を開始させ、また前記第1の半導体駆動装置がオフ指令を出し、かつ前記第1の半導体スイッチング素子のゲート電圧が閾値電圧を下回ってから前記第1の積分回路の出力値をリセットし、
前記第2のスイッチは、前記第2の半導体駆動装置がオン指令を出してから前記第2の半導体スイッチング素子のゲート電圧が閾値電圧に到達するまでの間に前記第3の積分回路の動作を開始させ、また前記第2の半導体駆動装置がオフ指令を出し、かつ前記第2の半導体スイッチング素子のゲート電圧が閾値電圧を下回ってから前記第3の積分回路の出力値をリセットする
請求項4に記載の電力変換装置。
The first switch controls the operation of the first integration circuit between the time when the first semiconductor driving device issues an ON command and the time when the gate voltage of the first semiconductor switching element reaches a threshold voltage. The first semiconductor drive device issues an off command, and the output value of the first integration circuit is reset after the gate voltage of the first semiconductor switching element falls below a threshold voltage;
The second switch controls the operation of the third integrating circuit between the time when the second semiconductor driving device issues an ON command and the time when the gate voltage of the second semiconductor switching element reaches the threshold voltage. 5. The output of the third integrating circuit is reset after the second semiconductor driving device issues an off command and the gate voltage of the second semiconductor switching element falls below a threshold voltage. The power converter device described in 1.
前記第1の半導体駆動装置は、更に、
前記第1の半導体スイッチング素子のゲート電圧が所定値を超える過ゲート電圧状態であるか否かを判定する第1のゲート電圧比較回路と、
前記第1のゲート電圧比較回路が前記過ゲート電圧状態であると判定した場合に、前記第2の積分回路の時定数を小さくする第1の時定数切替回路と、を備え、
前記第2の半導体駆動装置は、更に、
前記第2の半導体スイッチング素子のゲート電圧が所定値を超える過ゲート電圧状態であるか否かを判定する第2のゲート電圧比較回路と、
前記第2のゲート電圧比較回路が前記過ゲート電圧状態であると判定した場合に、前記第4の積分回路の時定数を小さくする第2の時定数切替回路と、を備える
請求項3に記載の電力変換装置。
The first semiconductor drive device further includes:
A first gate voltage comparison circuit for determining whether or not the gate voltage of the first semiconductor switching element is in an over gate voltage state exceeding a predetermined value;
A first time constant switching circuit that reduces a time constant of the second integration circuit when the first gate voltage comparison circuit determines that the over gate voltage state is present;
The second semiconductor drive device further includes:
A second gate voltage comparison circuit for determining whether or not the gate voltage of the second semiconductor switching element is in an over gate voltage state exceeding a predetermined value;
4. A second time constant switching circuit that reduces a time constant of the fourth integration circuit when the second gate voltage comparison circuit determines that the over gate voltage state is present. 5. Power converter.
前記第1の半導体駆動装置は、更に、
前記第1の出力比較回路によって前記過電流状態であると判定された場合に、前記第1の半導体スイッチング素子のゲート電圧を、前記第1の主電極と前記第2の主電極の間に流れる電流が遮断されない程度に低減する第1のゲート電圧低減回路、を備え、
前記第2の半導体駆動装置は、更に、
前記第2の出力比較回路によって前記過電流状態であると判定された場合に、前記第2の半導体スイッチング素子のゲート電圧を、前記第3の主電極と前記第4の主電極の間に流れる電流が遮断されない程度に低減する第2のゲート電圧低減回路、を備える
請求項2に記載の電力変換装置。
The first semiconductor drive device further includes:
When the overcurrent state is determined by the first output comparison circuit, the gate voltage of the first semiconductor switching element flows between the first main electrode and the second main electrode. A first gate voltage reduction circuit that reduces the current to an extent that is not interrupted,
The second semiconductor drive device further includes:
When the second output comparison circuit determines that the overcurrent state is present, the gate voltage of the second semiconductor switching element flows between the third main electrode and the fourth main electrode. The power conversion device according to claim 2, further comprising a second gate voltage reduction circuit that reduces the current to an extent that the current is not interrupted.
前記第1の半導体駆動装置は、更に、
前記第1の検出電圧が所定値を超えた場合に前記第1の半導体スイッチング素子のゲート電圧を低減する第1のゲート電圧調整回路、を備え、
前記第2の半導体駆動装置は、更に、
前記第2の検出電圧が所定値を超えた場合に前記第2の半導体スイッチング素子のゲート電圧を低減する第2のゲート電圧調整回路、を備える
請求項1に記載の電力変換装置。
The first semiconductor drive device further includes:
A first gate voltage adjustment circuit that reduces a gate voltage of the first semiconductor switching element when the first detection voltage exceeds a predetermined value;
The second semiconductor drive device further includes:
The power conversion device according to claim 1, further comprising: a second gate voltage adjustment circuit that reduces a gate voltage of the second semiconductor switching element when the second detection voltage exceeds a predetermined value.
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