JP2024031449A - Power conversion device and control method of power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、電力変換装置及び電力変換装置の制御方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a power conversion device and a method of controlling the power conversion device.
近年、ワイドギャップ半導体を用いたパワー半導体素子が実用化され、素子の高耐圧化が進んでいる。高耐圧化により、従来IGBTなどのバイポーラ素子が適用されていた分野にも、MOSFETのようなユニポーラ素子を適用できるようになったため、高速動作が可能になり、さらなる損失低減や高周波スイッチングに貢献している。
このようなパワー半導体素子をスイッチング素子として用いる場合には、スイッチング素子のオン電圧降下を観測し、オン電圧が閾値を超過したら、過電流と判断して保護動作に移行させる短絡保護動作がなされていた。
この短絡保護動作においては、スイッチング素子に対して、オン/オフ制御信号を出力する制御装置に対し、故障信号を出力する。
これにより、制御装置はそれを受けて、他の健全素子の動作を停止させるようになっていた。
In recent years, power semiconductor elements using wide-gap semiconductors have been put into practical use, and the breakdown voltage of the elements is increasing. Due to higher voltage resistance, unipolar elements such as MOSFETs can now be applied to fields where bipolar elements such as IGBTs were previously applied, enabling high-speed operation and contributing to further loss reduction and high-frequency switching. ing.
When using such a power semiconductor element as a switching element, a short-circuit protection operation is implemented in which the on-voltage drop of the switching element is observed, and if the on-voltage exceeds a threshold, it is determined that an overcurrent has occurred and the device enters a protective operation. Ta.
In this short circuit protection operation, a failure signal is output to a control device that outputs an on/off control signal to the switching element.
In response to this, the control device stops the operation of other healthy elements.
しかしながら、従来技術においては、SiC等のワイドギャップ半導体を用いたMOSFETのような、1μs以下で高速オンオフできるスイッチング素子に適用した場合、制御装置を経由して他の健全素子の動作を停止させても、信号の伝達が遅く、間に合わない可能性がある。
上記課題を解決する技術として、一方のアームで短絡故障を検出したら他方のアームをオフさせるが提案されているが、一般に、半導体電力変換装置上下アームのスイッチをオンオフするゲートドライブ回路のグランド電位は異なるため、単純に上下各アームのゲートドライブ回路を接続することはできず、構成が複雑になる虞があった。
However, in the conventional technology, when applied to a switching element that can be turned on and off at high speed in 1 μs or less, such as a MOSFET using a wide gap semiconductor such as SiC, the operation of other healthy elements is stopped via the control device. However, the signal transmission is slow and there is a possibility that the signal will not be delivered in time.
As a technique to solve the above problem, it has been proposed to turn off the other arm when a short-circuit failure is detected in one arm, but in general, the ground potential of the gate drive circuit that turns on and off the upper and lower arms of a semiconductor power conversion device is Since the gate drive circuits are different, it is not possible to simply connect the gate drive circuits of the upper and lower arms, and there is a risk that the configuration will become complicated.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、短絡電流保護する際に拡大故障を防止することが可能な電力変換装置及び制御方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a power conversion device and a control method that can prevent extended failures when protecting against short circuit current.
実施形態の半導体電力変換装置は、第1半導体スイッチング素子を駆動する第1駆動回路と、第1半導体スイッチング素子に直列接続された第2半導体スイッチング素子を駆動する第2駆動回路と、第1駆動回路と第2駆動回路との間で絶縁双方向通信可能であり、第1半導体スイッチング素子が故障した旨の第1故障検出信号又は第2半導体スイッチング素子が故障した旨の第2故障検出信号が入力された場合に他方の駆動回路に伝送する通信回路と、を備え、第1駆動回路は、第2駆動回路から第2故障検出信号が伝送された場合に第1半導体スイッチング素子をオフ状態とし、第2駆動回路は、第1駆動回路から第1故障検出信号が入力された場合に第2半導体スイッチング素子をオフ状態とする。 The semiconductor power conversion device of the embodiment includes a first drive circuit that drives a first semiconductor switching element, a second drive circuit that drives a second semiconductor switching element connected in series to the first semiconductor switching element, and a first drive circuit that drives a second semiconductor switching element connected in series to the first semiconductor switching element. Insulated bidirectional communication is possible between the circuit and the second drive circuit, and a first failure detection signal indicating that the first semiconductor switching element has failed or a second failure detection signal indicating that the second semiconductor switching element has failed is transmitted. a communication circuit that transmits the signal to the other drive circuit when the signal is input, and the first drive circuit turns off the first semiconductor switching element when the second failure detection signal is transmitted from the second drive circuit. , the second drive circuit turns off the second semiconductor switching element when the first failure detection signal is input from the first drive circuit.
次に図面を参照して好適な実施形態について説明する。
図1は、実施形態の半導体電力変換装置の概要構成図である。
図1は、理解の容易のため、単相ハーフブリッジ型インバータを備えた半導体電力変換装置を例として説明するが、これに限られず、例えば、三相ハーフブリッジ型インバータを備えた半導体電力変換装置であっても同様に適用が可能である。
Next, preferred embodiments will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a semiconductor power conversion device according to an embodiment.
For ease of understanding, FIG. 1 will be described using a semiconductor power conversion device equipped with a single-phase half-bridge inverter as an example, but the invention is not limited to this. For example, a semiconductor power conversion device equipped with a three-phase half-bridge inverter is illustrated. It is also possible to apply it in the same way.
実施形態の半導体電力変換装置10は、大別すると、ゲート制御回路11、第1ゲートドライブ回路12、第2ゲートドライブ回路13、第1NチャネルMOSトランジスタ14、第2NチャネルMOSトランジスタ15、第1故障検出回路16、第2故障検出回路17、アーム間絶縁通信回路18及びコントローラ19を備えている。
The semiconductor
上記構成において、ゲート制御回路11は、コントローラ19の制御下で第1ゲートドライブ回路12及び第2ゲートドライブ回路13を制御している。
In the above configuration, the
そしてゲート制御回路11は、第1ゲートドライブ回路12に対して、第1ゲート駆動制御信号DS1を出力し、第1ゲートドライブ回路12から第1故障検出信号E1Xが入力される。
The
また、ゲート制御回路11は、第2ゲートドライブ回路13に対して、第2ゲート駆動制御信号DS2を出力し、第2ゲートドライブ回路13から第2故障検出信号E2Xが入力される。
Further, the
第1ゲートドライブ回路12は、ゲート制御回路11から入力された第1ゲート駆動制御信号DS1に基づいて、第1NチャネルMOSトランジスタ14を駆動する。
The first
第2ゲートドライブ回路13は、ゲート制御回路11から入力された第2ゲート駆動制御信号DS2に基づいて、第2NチャネルMOSトランジスタ15を駆動する。
The second
ここで、第1ゲートドライブ回路12及び第2ゲートドライブ回路13の具体例について説明する。
第1ゲートドライブ回路12及び第2ゲートドライブ回路13は、同様の構成である野で、第1ゲートドライブ回路12を例として説明する。
Here, specific examples of the first
The first
図2は、ゲートドライブ回路の構成例の説明図である。
第1ゲートドライブ回路12は、フォトカプラ51、AND回路52、コンプリメンタリ出力回路53、NOT回路54、ゲート抵抗55及びプルダウンスイッチ(プルダウントランジスタ)56を備えている。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a configuration example of a gate drive circuit.
The first
フォトカプラ51は、第1ゲート駆動制御信号DS1が入力されるLED51Aと、光電変換を行ってゲート駆動信号として出力する受光素子であるフォトトランジスタ51Bと、を備えている。
The
AND回路52の第1の入力端子には、フォトカプラ51の出力端子が接続され、第2の入力端子には、第1故障検出信号E1Xが入力され、第3の入力端子には、伝送された第2故障検出信号E2Xが入力されている。
The output terminal of the
コンプリメンタリ出力回路53は、コレクタ端子が高電位側電源に接続され、ベース端子がAND回路52の出力端子に接続されたNPNトランジスタ53Aと、エミッタ端子がNPNトランジスタ53Aのエミッタ端子に接続され、コレクタ端子が低電位側電源に接続され、ベース端子がAND回路52の出力端子に接続されたPNPトランジスタ53BAと、を備えている。
The
NOT回路54は、AND回路52の出力の否定をとって出力する。
ゲート抵抗55は、第1NチャネルMOSトランジスタ14のゲート端子の電圧の急激な変動を抑制して、第1NチャネルMOSトランジスタ14の動作の安定化を図る。
The
The
プルダウンスイッチ56は、NOT回路54の出力が“H”レベルとなった場合にオン状態となって、第1NチャネルMOSトランジスタ14のゲート端子を低電位側電源に接続することにより、第1NチャネルMOSトランジスタ14のゲート端子を確実に“L”レベルとして、第1NチャネルMOSトランジスタ14のゲート電位を固定して、第1NチャネルMOSトランジスタ14をオフ状態として、第1NチャネルMOSトランジスタ14の保護を図る。
以上の説明では、プルダウンスイッチ56は低電位側電源に接続する(短絡する)構成としていたが、第1NチャネルMOSトランジスタ14の低電位側の端子に接続(短絡)する構成とすることも可能である。
The pull-
In the above description, the pull-
図3は、第1ゲートドライブ回路における送信データの出力回路の構成例の説明図である。
図3(A)は、正論理で送信データを出力する送信データ出力回路の構成例である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a configuration example of a transmission data output circuit in the first gate drive circuit.
FIG. 3A shows a configuration example of a transmission data output circuit that outputs transmission data in positive logic.
より具体的には、送信データ出力回路12Aは、一方の入力端子に第1故障検出信号E1が入力され、他方の入力端子に当該第1ゲートドライブ回路12の電源電圧低下検知信号LPが入力され、第1故障検出信号E1と電源電圧低下検知信号LPの論理和をとって第1故障検出信号E1Xとして出力するOR回路12A1を備えている。
More specifically, the transmission data output circuit 12A has the first failure detection signal E1 inputted to one input terminal, and the power supply voltage drop detection signal LP of the first
一般に、半導体スイッチング素子である、第1NチャネルMOSトランジスタ14及び、第2NチャネルMOSトランジスタ15に異常が生じる場合は、第1ゲートドライブ回路12及び第2ゲートドライブ回路13において、電源回路電圧がなくなることが多い。すなわち、電源電圧低下検知信号LPが“H”レベルとなる。
Generally, when an abnormality occurs in the first N-
このような構成を採ることにより、第1ゲートドライブ回路12においては、第1故障検出信号E1と、電源電圧低下検知信号LPと、の論理和をとって正論理(“H”の場合に故障検出)の第1故障検出信号E1Xとして出力することにより、正論理の回路構成において、より実態に即した第1故障検出信号E1Xを出力することができる。
By adopting such a configuration, in the first
図3(B)は、負論理で送信データを出力する送信データ出力回路の構成例である。
より具体的には、送信データ出力回路12Aは、一方の入力端子に第1故障検出信号E1が入力され、他方の入力端子に当該第1ゲートドライブ回路12の電源電圧低下検知信号LPが入力され、第1故障検出信号E1と電源電圧低下検知信号LPの論理和の否定をとって第1故障検出信号E1Xとして出力するNOR回路12A2を備えている。
FIG. 3B shows a configuration example of a transmission data output circuit that outputs transmission data in negative logic.
More specifically, the transmission data output circuit 12A has the first failure detection signal E1 inputted to one input terminal, and the power supply voltage drop detection signal LP of the first
一般に、半導体スイッチング素子である、第1NチャネルMOSトランジスタ14及び、第2NチャネルMOSトランジスタ15に異常が生じる場合は、第1ゲートドライブ回路12及び第2ゲートドライブ回路13において、電源回路電圧がなくなることが多い。すなわち、電源電圧低下検知信号LPが“H”レベルとなる。
Generally, when an abnormality occurs in the first N-
このような構成を採ることにより、第1ゲートドライブ回路12においては、第1故障検出信号E1と、電源電圧低下検知信号LPと、の論理和の否定をとって負論理(“L”の場合に故障検出)の第1故障検出信号E1Xとして出力することにより、電源電圧が低下して、“H”レベルの信号の送出が困難となる場合であっても、確実に故障状態を出力することができ、より実態に即した第1故障検出信号E1Xを出力することができる。
By adopting such a configuration, the first
第1NチャネルMOSトランジスタ14は、ソース端子が高電位側電源PHに接続され、ドレイン端子が出力端子OUTに接続され、ゲート端子が第1ゲートドライブ回路12に接続されて第1ゲート駆動制御信号DS1が入力されて、オン/オフ制御がなされている。
The first N-
第2NチャネルMOSトランジスタ15は、ソース端子が低電位側電源PLに接続され、ドレイン端子が出力端子OUTに接続され、ゲート端子が第2ゲートドライブ回路13に接続されて第2ゲート駆動制御信号DS2が入力されて、オン/オフ制御がなされている。
The second N-
第1故障検出回路16は、第1逆流防止ダイオード21、第1分圧回路22、第1バッファ回路23、第1コンパレータ24及び第1ラッチ回路25を備えている。
第1逆流防止ダイオード21は、第1NチャネルMOSトランジスタ14のソース端子にアノード端子が接続されている。
The first
The first
第1分圧回路22は、一端が第1逆流防止ダイオード21のカソードに接続された第1抵抗素子22Aと、一端が第1抵抗素子22Aの他端が接続され、他端が低電位側電源PLに接続された第2抵抗素子22Bと、を備えている。
The first
第1バッファ回路23は、第1分圧回路22の出力電圧をそのまま第1コンパレータ24に出力する。
第1コンパレータ24は、第1バッファ回路23の出力電圧を第1基準電圧Vref1と比較して、第1故障検出信号E1を第1ラッチ回路25に出力する。
The
The
第1ラッチ回路25は、コントローラの制御下で、所定のタイミングで第1コンパレータ24の出力である第1故障検出信号E1を取り込んで、保持し、第1ゲートドライブ回路12に出力する。
The
第2故障検出回路17は、第2逆流防止ダイオード31、第2分圧回路32、第2バッファ回路33、第2コンパレータ34及び第2ラッチ回路35を備えている。
第2逆流防止ダイオード31は、第2NチャネルMOSトランジスタ15のドレイン端子にアノード端子が接続されている。
The second
The second
第2分圧回路32は、一端が第2逆流防止ダイオード31のカソードに接続された第1抵抗素子32Aと、一端が第1抵抗素子32Aの他端が接続され、他端が低電位側電源PLに接続された第2抵抗素子32Bと、を備えている。
第2バッファ回路33は、第2分圧回路32の出力電圧をそのまま第2コンパレータ34に出力する。
The second
The
第2コンパレータ34は、第2バッファ回路33の出力電圧を第2基準電圧Vref2と比較して、第2故障検出信号E2を第2ラッチ回路35に出力する。
The
第2ラッチ回路35は、コントローラの制御下で、所定のタイミングで第2コンパレータ34の出力である第2故障検出信号E2を取り込んで、保持し、第2ゲートドライブ回路13に出力する。
The
次にアーム間絶縁通信回路18について説明する。
図4は、アーム間絶縁通信回路の構成例の説明図である。
アーム間絶縁通信回路18は、第1ゲートドライブ回路12からの第2ゲートドライブ回路への第1故障検出信号E1Xを伝送する第1光カプラ18Aと、第2ゲートドライブ回路13からの第1ゲートドライブ回路12への第2故障検出信号E2Xを伝送する第2光カプラ18Bと、を備えている。
Next, the inter-arm
FIG. 4 is an explanatory diagram of a configuration example of an inter-arm insulation communication circuit.
The inter-arm
上記構成によれば、第1故障検出信号E1及び第2故障検出信号E2の伝送は、アーム間絶縁通信回路18を介して絶縁状態で行われるため、第1ゲートドライブ回路12と第2ゲートドライブ回路13とが動作している電位レベルの差の影響を受けることなく確実に通信を行うことができる。
According to the above configuration, since the transmission of the first failure detection signal E1 and the second failure detection signal E2 is performed in an insulated state via the inter-arm
この場合において、第1NチャネルMOSトランジスタ14及び第2NチャネルMOSトランジスタ15を含む半導体電力変換装置の主回路には高電圧が印加されるため、JIS等の規格に従い高い絶縁耐圧(例えば直流1500Vの装置であれば、絶縁耐圧として交流5400V/1分間)が要求される。
In this case, since a high voltage is applied to the main circuit of the semiconductor power conversion device including the first N-
一方、ゲート制御回路11は、低耐圧の集積回路などで構成される低圧回路であるためである。従って、両者を絶縁するフォトカプラ51には、主回路と同等の絶縁耐圧性能が必要とされる。
On the other hand, this is because the
これに対し、図4に示したアーム間絶縁通信回路18には、主回路と同等の絶縁耐圧性能が必要とされない。
On the other hand, the inter-arm
何故なら、送信側、受信側ともに高電圧回路であり、最大でも第1NチャネルMOSトランジスタ14及び第2NチャネルMOSトランジスタ15の定格電圧(例えば直流1500Vの装置であれば3300V)が印加されるだけであるからである。一般に、第1NチャネルMOSトランジスタ14及び第2NチャネルMOSトランジスタ15の定格電圧は、第1NチャネルMOSトランジスタ14及び第2NチャネルMOSトランジスタ15の絶縁耐圧より低い。
したがって、アーム間絶縁通信回路18の絶縁耐圧性能は、第1ゲートドライブ回路12及び第2ゲートドライブ回路13の絶縁耐圧より低くても問題がない。
これらの結果、アーム間絶縁通信回路18を簡素、且つ、コンパクトに構成することができる。
This is because both the transmitting side and the receiving side are high voltage circuits, and only the maximum rated voltage of the first N-
Therefore, there is no problem even if the dielectric strength performance of the inter-arm
As a result, the inter-arm
次に実施形態の動作を説明する。
ゲート制御回路11は、コントローラ19の制御下で第1ゲートドライブ回路12に対して、第1ゲート駆動制御信号DS1を出力する。
Next, the operation of the embodiment will be explained.
The
これにより、第1ゲートドライブ回路12のフォトカプラ51のLED51Aは、入力された第1ゲート駆動制御信号DS1に基づいて、電光変換を行って、第1ゲート駆動制御信号DS1をフォトトランジスタ51Bに光として伝送する。
これによりフォトトランジスタ51Bは、光電変換を行って第1ゲート駆動制御信号DS1をAND回路52の第1の入力端子に出力する。
Thereby, the
Thereby, the
このとき、AND回路52の第2の入力端子には、第1ラッチ回路25から第1故障検出信号E1Xが入力されており、第3の入力端子には、アーム間絶縁通信回路18を介して第2ゲートドライブ回路13から伝送された第2故障検出信号E2Xが入力されている。
At this time, the first failure detection signal E1X is input from the
この場合において、第1故障検出信号E1X及び第2故障検出信号E2Xは、負論理の信号であるとすると、故障が検出されていない場合には、両者とも“H”レベルとなっている。 In this case, assuming that the first failure detection signal E1X and the second failure detection signal E2X are negative logic signals, both are at the "H" level when no failure is detected.
したがって、故障が検出されていない場合には、AND回路52は、第1ゲート駆動制御信号DS1が“H”レベルになると“H”レベルの信号を出力し、第1ゲート駆動制御信号DS1が“L”レベルになると“L”レベルの信号を出力する。すなわち、第1ゲート駆動制御信号DS1がそのまま出力されることと等価となっている。
Therefore, when no failure is detected, the AND
そして、第1ゲート駆動制御信号DS1=“H”レベルである場合には、コンプリメンタリ出力回路53のNPNトランジスタ53Aがオン状態となる。
このとき、コンプリメンタリ出力回路53のPNPトランジスタ53Bはオフ状態となる。
When the first gate drive control signal DS1 is at "H" level, the
At this time, the
さらにNOT回路54の出力は“L”レベルとなっている。したがって、プルダウンスイッチ56は、オフ状態となっている。
したがって、コンプリメンタリ出力回路53からゲート抵抗55を介して第1NチャネルMOSトランジスタ14のゲート端子には、“H”レベルの信号が印加されて、第1NチャネルMOSトランジスタ14はオン状態となる。
Furthermore, the output of the
Therefore, an "H" level signal is applied from the
一方、第1ゲート駆動制御信号DS1=“L”レベルである場合には、コンプリメンタリ出力回路53のNPNトランジスタ53Aがオフ状態となる。
このとき、コンプリメンタリ出力回路53のPNPトランジスタ53Bはオン状態となる。
On the other hand, when the first gate drive control signal DS1 is at "L" level, the
At this time, the
さらにNOT回路54の出力は“H”レベルとなっている。したがって、プルダウンスイッチ56は、オン状態となっている。
したがって、コンプリメンタリ出力回路53からゲート抵抗55を介して第1NチャネルMOSトランジスタ14のゲート端子には、“L”レベルの信号が印加されて、第1NチャネルMOSトランジスタ14はオフ状態となる。
Furthermore, the output of the
Therefore, an "L" level signal is applied from the
また、第1故障検出信号E1Xは、第1故障検出回路16において故障が検出されている場合には、“L”レベルとなっている。
したがって、第1故障検出回路16において故障が検出されている場合には、AND回路52は、第1ゲート駆動制御信号DS1の信号レベル及び第2故障検出信号E2Xの信号レベルにかかわらず、常に “L”レベルの信号を出力する。
Further, the first failure detection signal E1X is at the "L" level when a failure is detected in the first
Therefore, when a failure is detected in the first
これにより、第1ゲート駆動制御信号DS1のレベル及び第2故障検出信号E2Xの信号レベルにかかわらず、コンプリメンタリ出力回路53のNPNトランジスタ53Aがオフ状態となり、コンプリメンタリ出力回路53のPNPトランジスタ53Bはオン状態となる。
As a result, the
さらにNOT回路54の出力は、第1ゲート駆動制御信号DS1のレベルにかかわらず、常に“H”レベルとなっている。したがって、プルダウンスイッチ56は、常にオン状態となっている。
Further, the output of the
したがって、コンプリメンタリ出力回路53からゲート抵抗55を介して第1NチャネルMOSトランジスタ14のゲート端子には、“L”レベルの信号が印加されて、第1NチャネルMOSトランジスタ14は常にオフ状態となる。
すなわち、第1故障検出信号E1Xは、故障が検出されると、直ちに“L”レベルとなって、第1NチャネルMOSトランジスタ14をオフ状態とする。
Therefore, an "L" level signal is applied from the
That is, when a failure is detected, the first failure detection signal E1X immediately goes to the "L" level and turns off the first N-
このとき、第1故障検出信号E1Xは、アーム間絶縁通信回路18にも出力されており、アーム間絶縁通信回路18は、第1ゲートドライブ回路12から第2ゲートドライブ回路へ第1光カプラ18Aを介して、第1故障検出信号E1Xを伝送する。
At this time, the first failure detection signal E1X is also output to the inter-arm
この結果、第1故障検出回路16において故障が検出されている場合には、第2ゲートドライブ回路13のAND回路52においては、“L”レベルの第1故障検出信号E1Xが入力されることとなり、第2ゲート駆動制御信号DS2の信号レベル及び第2故障検出信号E2Xの信号レベルにかかわらず、第2ゲートドライブ回路13のAND回路52は“L”レベルの信号を出力する。
As a result, when a failure is detected in the first
これにより、第1ゲート駆動制御信号DS1のレベル及び第2故障検出信号E2Xの信号レベルにかかわらず、第2ゲートドライブ回路13のコンプリメンタリ出力回路53のNPNトランジスタ53Aがオフ状態となり、コンプリメンタリ出力回路53のPNPトランジスタ53Bはオン状態となる。
As a result, regardless of the level of the first gate drive control signal DS1 and the signal level of the second failure detection signal E2X, the
さらに第2ゲートドライブ回路13のNOT回路54の出力は、第1ゲート駆動制御信号DS1のレベルにかかわらず、常に“H”レベルとなっている。したがって、プルダウンスイッチ56は、オン状態となっている。
Further, the output of the
したがって、第2ゲートドライブ回路13のコンプリメンタリ出力回路53からゲート抵抗55を介して第2NチャネルMOSトランジスタ15のゲート端子には、“L”レベルの信号が印加されて、第2NチャネルMOSトランジスタ15はオフ状態となる。
Therefore, an “L” level signal is applied from the
すなわち、第1故障検出信号E1Xが“L”レベルとなると、第1光カプラ18Aを介して、第1故障検出信号E1Xが伝送されて、第2NチャネルMOSトランジスタ15もオフ状態となり、第1NチャネルMOSトランジスタ14の故障の影響を避けることができる。
That is, when the first failure detection signal E1X becomes "L" level, the first failure detection signal E1X is transmitted via the first
上記動作と並行して、ゲート制御回路11は、コントローラ19の制御下で第2ゲートドライブ回路13に対して、第2ゲート駆動制御信号DS2を出力する。
In parallel with the above operation, the
これにより、第2ゲートドライブ回路13のフォトカプラ51のLED51Aは、入力された第2ゲート駆動制御信号DS2に基づいて、電光変換を行って、第2ゲート駆動制御信号DS2をフォトトランジスタ51Bに光として伝送する。
これによりフォトトランジスタ51Bは、光電変換を行って第2ゲート駆動制御信号DS2をAND回路52の第1の入力端子に出力する。
Thereby, the
Thereby, the
このとき、AND回路52の第3の入力端子には、第2ラッチ回路35から第2故障検出信号E2Xが入力されており、第2の入力端子には、アーム間絶縁通信回路18を介して第1ゲートドライブ回路12から伝送された第1故障検出信号E1Xが入力されている。
At this time, the second failure detection signal E2X is input from the
そして、故障が検出されていない場合には、AND回路52は、第2ゲート駆動制御信号DS2が“H”レベルになると“H”レベルの信号を出力し、第2ゲート駆動制御信号DS2が“L”レベルになると“L”レベルの信号を出力する。すなわち、第2ゲート駆動制御信号DS2がそのまま出力されることと等価となっている。
Then, when no failure is detected, the AND
そして、第2ゲート駆動制御信号DS2=“H”レベルである場合には、コンプリメンタリ出力回路53のNPNトランジスタ53Aがオン状態となる。
このとき、コンプリメンタリ出力回路53のPNPトランジスタ53Bはオフ状態となる。
When the second gate drive control signal DS2 is at "H" level, the
At this time, the
さらにNOT回路54の出力は“L”レベルとなっている。したがって、プルダウンスイッチ56は、オフ状態となっている。
したがって、コンプリメンタリ出力回路53からゲート抵抗55を介して第2NチャネルMOSトランジスタ15のゲート端子には、“H”レベルの信号が印加されて、第2NチャネルMOSトランジスタ15はオン状態となる。
Furthermore, the output of the
Therefore, an "H" level signal is applied from
一方、第2ゲート駆動制御信号DS2=“L”レベルである場合には、コンプリメンタリ出力回路53のNPNトランジスタ53Aがオフ状態となる。
On the other hand, when the second gate drive control signal DS2 is at "L" level, the
このとき、コンプリメンタリ出力回路53のPNPトランジスタ53Bはオン状態となり、NOT回路54の出力は“H”レベルとなっている。したがって、プルダウンスイッチ56は、オン状態となっている。
At this time, the
したがって、コンプリメンタリ出力回路53からゲート抵抗55を介して第2NチャネルMOSトランジスタ15のゲート端子には、“L”レベルの信号が印加されて、第2NチャネルMOSトランジスタ15はオフ状態となる。
Therefore, an "L" level signal is applied from the
また、第2故障検出信号E2Xは、第2故障検出回路17において故障が検出されている場合には、“L”レベルとなっている。
したがって、第2故障検出回路17において故障が検出されている場合には、AND回路52は、第2ゲート駆動制御信号DS2の信号レベル及び第1故障検出信号E1Xの信号レベルにかかわらず、常に“L”レベルの信号を出力する。
Further, the second failure detection signal E2X is at the "L" level when a failure is detected in the second
Therefore, when a failure is detected in the second
これにより、第2ゲート駆動制御信号DS2のレベル及び第1故障検出信号E1Xの信号レベルにかかわらず、コンプリメンタリ出力回路53のNPNトランジスタ53Aがオフ状態となり、コンプリメンタリ出力回路53のPNPトランジスタ53Bはオン状態となる。
As a result, the
さらにNOT回路54の出力は、第2ゲート駆動制御信号DS2のレベルにかかわらず、常に“H”レベルとなっている。したがって、プルダウンスイッチ56は、常にオン状態となっている。
Further, the output of the
したがって、コンプリメンタリ出力回路53からゲート抵抗55を介して第2NチャネルMOSトランジスタ15のゲート端子には、“L”レベルの信号が印加されて、第2NチャネルMOSトランジスタ15は常にオフ状態となる。
Therefore, an "L" level signal is applied from the
すなわち、第2故障検出信号E2Xは、故障が検出されると、直ちに“L”レベルとなって、第2NチャネルMOSトランジスタ15をオフ状態とする。
このとき、第2故障検出信号E2Xは、アーム間絶縁通信回路18にも出力されており、アーム間絶縁通信回路18は、第2ゲートドライブ回路13から第1ゲートドライブ回路12へ第2光カプラ18Bを介して、第2故障検出信号E2Xを伝送する。
That is, when a failure is detected, the second failure detection signal E2X immediately goes to the "L" level and turns off the second N-
At this time, the second failure detection signal E2X is also output to the inter-arm
この結果、第2故障検出回路17において故障が検出されている場合には、第1ゲートドライブ回路12のAND回路52においては、“L”レベルの第2故障検出信号E2Xが入力されることとなり、第1ゲート駆動制御信号DS1の信号レベル及び第1故障検出信号E1Xの信号レベルにかかわらず、第1ゲートドライブ回路12のAND回路52は “L”レベルの信号を出力する。
As a result, when a failure is detected in the second
これにより、第1ゲート駆動制御信号DS1のレベル及び第1故障検出信号E1Xの信号レベルにかかわらず、第1ゲートドライブ回路12のコンプリメンタリ出力回路53のNPNトランジスタ53Aがオフ状態となり、コンプリメンタリ出力回路53のPNPトランジスタ53Bはオン状態となる。
As a result, regardless of the level of the first gate drive control signal DS1 and the signal level of the first failure detection signal E1X, the
さらに第1ゲートドライブ回路12のNOT回路54の出力は、第1ゲート駆動制御信号DS1のレベルにかかわらず、常に“H”レベルとなっている。したがって、プルダウンスイッチ56は、オン状態となっている。
Furthermore, the output of the
したがって、第1ゲートドライブ回路12のコンプリメンタリ出力回路53からゲート抵抗55を介して第1NチャネルMOSトランジスタ14のゲート端子には、“L”レベルの信号が印加されて、第1NチャネルMOSトランジスタ14はオフ状態となる。
Therefore, an “L” level signal is applied from the
すなわち、第2故障検出信号E2Xが“L”レベルとなると、第2光カプラ18Bを介して、第2故障検出信号E2Xが伝送されて、第1NチャネルMOSトランジスタ14もオフ状態となり、第2NチャネルMOSトランジスタ15の故障の影響を避けることができる。
That is, when the second failure detection signal E2X becomes "L" level, the second failure detection signal E2X is transmitted via the second
以上の説明のように、外部の制御装置(例えば、コントローラ19)に依存することなく、対向アームを構成している第1NチャネルMOSトランジスタ14及び第2NチャネルMOSトランジスタ15を高速に保護することでき、半導体電力変換装置10における故障の拡大防止を図ることができ、信頼性の向上を図ることができる。
As described above, the first N-
以上の説明においては、電気的絶縁を確保するためにフォトカプラを用いていたが、パルストランス、光ファイバ等により電気的絶縁を確保することが可能である。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
In the above description, a photocoupler is used to ensure electrical insulation, but it is possible to ensure electrical insulation using a pulse transformer, an optical fiber, or the like.
Although several embodiments of the invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included within the scope and gist of the invention, as well as within the scope of the invention described in the claims and its equivalents.
10 半導体電力変換装置
11 ゲート制御回路
12 第1ゲートドライブ回路
12A 送信データ出力回路
13 第2ゲートドライブ回路
14 第1NチャネルMOSトランジスタ
15 第2NチャネルMOSトランジスタ
16 第1故障検出回路
17 第2故障検出回路
18 アーム間絶縁通信回路
18A 第1光カプラ
18B 第2光カプラ
19 コントローラ
21 第1逆流防止ダイオード
22 第1分圧回路
22A 第1抵抗素子
22B 第2抵抗素子
23 第1バッファ回路
24 第1コンパレータ
25 第1ラッチ回路
31 第2逆流防止ダイオード
32 第2分圧回路
32A 第1抵抗素子
32B 第2抵抗素子
33 第2バッファ回路
34 第2コンパレータ
35 第2ラッチ回路
51 フォトカプラ
51A LED
51B フォトトランジスタ
52 AND回路
53 コンプリメンタリ出力回路
53A NPNトランジスタ
53B PNPトランジスタ
53BA PNPトランジスタ
54 NOT回路
55 ゲート抵抗
56 プルダウンスイッチ
12A1 OR回路
12A2 NOR回路
LP 電源電圧低下検知信号
OUT 出力端子
PH 高電位側電源
PL 低電位側電源
DS1 第1ゲート駆動制御信号
DS2 第2ゲート駆動制御信号
E1 第1故障検出信号
E1X 第1故障検出信号
E2 第2故障検出信号
E2X 第2故障検出信号
Vref1 第1基準電圧
Vref2 第2基準電圧
10 Semiconductor
Claims (5)
前記第1半導体スイッチング素子に直列接続された第2半導体スイッチング素子を駆動する第2駆動回路と、
前記第1駆動回路と前記第2駆動回路との間で絶縁双方向通信可能であり、前記第1半導体スイッチング素子が故障した旨の第1故障検出信号又は前記第2半導体スイッチング素子が故障した旨の第2故障検出信号が入力された場合に他方の駆動回路に伝送する通信回路と、を備え、
前記第1駆動回路は、前記第2駆動回路から前記第2故障検出信号が伝送された場合に前記第1半導体スイッチング素子をオフ状態とし、
前記第2駆動回路は、前記第1駆動回路から前記第1故障検出信号が伝送された場合に前記第2半導体スイッチング素子をオフ状態とする、
半導体電力変換装置。 a first drive circuit that drives a first semiconductor switching element;
a second drive circuit that drives a second semiconductor switching element connected in series to the first semiconductor switching element;
Insulated bidirectional communication is possible between the first drive circuit and the second drive circuit, and a first failure detection signal indicating that the first semiconductor switching element has failed or that the second semiconductor switching element has failed. a communication circuit that transmits the second failure detection signal to the other drive circuit when the second failure detection signal is input;
The first drive circuit turns off the first semiconductor switching element when the second failure detection signal is transmitted from the second drive circuit,
The second drive circuit turns off the second semiconductor switching element when the first failure detection signal is transmitted from the first drive circuit.
Semiconductor power conversion device.
前記第2半導体スイッチング素子の電圧が第2閾値を超えた場合に前記第2故障検出信号を出力する第2故障検出回路と、
を備えた請求項1に記載の半導体電力変換装置。 a first failure detection circuit that outputs the first failure detection signal when the voltage of the first semiconductor switching element exceeds a first threshold;
a second failure detection circuit that outputs the second failure detection signal when the voltage of the second semiconductor switching element exceeds a second threshold;
The semiconductor power conversion device according to claim 1, comprising:
前記第2故障検出回路は、前記第2半導体スイッチング素子を駆動する電源の電圧が所定の閾値電圧を下回った場合にも前記第2故障検出信号を出力する、
請求項2に記載の半導体電力変換装置。 The first failure detection circuit outputs the first failure detection signal even when the voltage of the power supply that drives the first semiconductor switching element is below a predetermined threshold voltage,
The second failure detection circuit outputs the second failure detection signal even when a voltage of a power source that drives the second semiconductor switching element is below a predetermined threshold voltage.
The semiconductor power conversion device according to claim 2.
請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の半導体電力変換装置。 The first failure detection signal and the second failure detection signal are generated as negative logic signals,
A semiconductor power conversion device according to any one of claims 1 to 3.
前記第1半導体スイッチング素子が故障した旨又は前記第2半導体スイッチング素子が故障した旨を他方の駆動回路に伝送するステップと、
前記第1半導体スイッチング素子が故障した旨が伝送された場合に前記第1半導体スイッチング素子をオフ状態とするステップと、
前記第2半導体スイッチング素子が故障した旨が伝送された場合に前記第2半導体スイッチング素子をオフ状態とするステップと、
を備えた電力変換装置の制御方法。 A method for controlling a power conversion device comprising: a first drive circuit that drives a first semiconductor switching element; and a second drive circuit that drives a second semiconductor switching element connected in series to the first semiconductor switching element. hand,
transmitting information to the other drive circuit that the first semiconductor switching element has failed or that the second semiconductor switching element has failed;
Turning the first semiconductor switching element into an OFF state when it is transmitted that the first semiconductor switching element has failed;
turning the second semiconductor switching element into an OFF state when it is transmitted that the second semiconductor switching element has failed;
A method for controlling a power converter equipped with the following.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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