JP2573654Y2 - 過電流検出回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、絶縁ゲートを持つバイ
ポーラトランジスタ（以下IGBTと略称する）の過電流検
出回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】IGBTはゲートが高インピーダンスである
ため、小電力で電圧駆動できる使い易い素子であるが、
過大なコレクタ電流が流れた場合、即座にそれを検出
し、ゲートをオフしない限りIGBTは破壊してしまう。

【０００３】このような過電流はIGBTを電力変換器など
に使用した場合、変換器の負荷側での短絡や、直流電源
に対して直列接続されたIGBTの片方の破損による同時導
通時などに発生する。

【０００４】IGBTは、ゲート電圧で決まるコレクタ電流
以上の電流が流れると、コレクタ〜エミッタ間電圧が急
激に増加する特性を持っている。従ってIGBTに過電流が
流れたことを検出するために、従来はIGBTのコレクタに
少なくともIGBTと同じ耐圧性を有する高耐圧、高速ダイ
オードを接続することを特徴とする過電流検出回路にて
検出を行っていた。

【０００５】以下図面を用いて従来例の内容を詳細に説
明する。図３は従来例を示す回路図である。１はIGBT
で、11、12、13はそれぞれIGBT１のゲート、コレクタ、
エミッタである。２はIGBT１のゲート駆動回路であり、
21、22はそれぞれIGBT１のオン駆動用、オフ駆動用トラ
ンジスタである。23、24はそれぞれオン駆動用、オフ駆
動用の電源であり、25はゲート直列抵抗である。また26
はIGBT１のオン、オフを制御する制御回路である。３は
IGBT１の過電流検出回路であり、抵抗31、35、コンデン
サ32、ツェナーダイオード34、トランジスタ36、高耐圧
高速ダイオード33により構成される。37、38は過電流検
出回路の出力端子である。

【０００６】動作を図４を用いて説明する。図４で示す
（ａ）〜（ｅ）の波形は図３のIGBT１のエミッタ13を基
準にして見た（ａ）〜（ｅ）点の電圧波形である。

【０００７】今、時刻（ア）でオン駆動用トランジスタ
21がオンし、オフ駆動用のトランジスタ22がオフする
と、IGBT１のゲート11〜エミッタ13間電圧（ｂ）は、ゲ
ート直列抵抗25とIGBT１のゲート入力静電容量で決まる
時定数により、時刻（イ）で電源23の電圧になる。一
方、IGBT１のコレクタ12〜エミッタ13間電圧（ｃ）は、
時刻（イ）の手前で飽和電圧まで下がりIGBT１はターン
オンしている。ここで抵抗31とコンデンサ32の時定数を
前述のゲート11〜エミッタ13間電圧波形（ｂ）のものよ
り長く選べば、電源23→トランジスタ21→抵抗31→高耐
圧高速ダイオード33→IGBT１→電源23のループで電流が
流れることにより、コンデンサ32の両端電圧（ｄ）は、
ダイオード33とIGBT１の飽和電圧の和以上には上昇しな
い。ここでツェナーダイオード34のツェナー電圧を前記
和の電圧より大きく、電源23の電圧より小さい範囲で選
定することにより、IGBT１が通常のオン期間中はトラン
ジスタ36はオンしない。

【０００８】IGBTがオフの期間中は当然のことながらト
ランジスタ36はオフである。従って通常の動作中はトラ
ンジスタ36は常にオフであり、過電流検出回路の出力
（ｅ）はＨレベルである。

【０００９】今、IGBT１のオン期間中の時刻（ウ）でIG
BT１のコレクタに過電流が流れたとすると、波形（ｃ）
のごとくIGBT１のコレクタ12〜エミッタ13間電圧が上昇
し、ダイオード33のカソード側の電位（ｃ）がアノード
側の電位（ｄ）に比べて高くなり、ダイオード33に流れ
ていた電流が遮断される。よって（ｄ）の電圧は電源23
の電圧にまで上昇し、ツェナーダイオード34が導通して
トランジスタ36がオンする。従って過電流検出回路の出
力（ｅ）がＬレベルに落ちるため、出力端子37と38間の
電圧監視により過電流の発生を検出することができる。

【００１０】

【考案が解決しようとする課題】従来の技術では、過電
流検出回路に高耐圧、高速ダイオード33を使用しなけれ
ばならなかった。これは、オフ期間中のIGBT１のコレク
タ12〜エミッタ13間電圧と同じ電圧が前記ダイオード33
にも印加されるためで、少なくともIGBT１と同程度の耐
圧が必要となる。また、高速特性を要求される理由とし
ては、ダイオードの逆回復電流によりコンデンサ32が充
電され、トランジスタ36が誤点弧するおそれがあるから
である。このような高耐圧、高速ダイオードは、世の中
にあまり存在しておらず、入手が困難であり、原価低減
の面からもこのような部品を使用することは不利であ
る。また、使用するIGBT１の種類及びゲート直列抵抗25
の定数により、IGBT１はターンオン時間が変わるため、
抵抗31とコンデンサ32の定数が容易には決められない。
抵抗31とコンデンサ32の時定数が短すぎると、IGBT１が
ターンオンする前にコンデンサ32の両端電圧（ｄ）が上
昇し、実際は過電流でないのにトランジスタ36がオンし
てしまう。逆に抵抗31とコンデンサ32の時定数が長い
と、実際に過電流となった場合にコンデンサ32の両端電
圧の上昇が遅くなるため、検出遅れが大きくなってしま
う。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本考案はこのような点に
鑑みてなされたもので、高耐圧、高速ダイオードを使用
せず、抵抗と低耐圧の小容量トランジスタとの直列回路
をIGBTのコレクタ〜エミッタ間に接続し、さらにIGBTの
種類やゲート直列抵抗が変わっても、特に部品の定数を
調整する必要のない回路にて過電流検出回路を構成した
ことを特徴とする。

【００１２】

【作用】IGBTがオフの期間中に前述の小容量トランジス
タをオンすることにより、小容量トランジスタのコレク
タ〜エミッタ間電圧はＬレベルとなる。一方、IGBTがオ
ンの期間中は前述の小容量トランジスタをオフすること
により、小容量トランジスタのコレクタ〜エミッタ間電
圧は、IGBTのコレクタ〜エミッタ間飽和電圧となるた
め、この場合もＬレベルとなる。しかし、この時IGBTに
過電流が流れると、IGBTのコレクタ〜エミッタ間電圧が
上昇し、小容量トランジスタのコレクタ〜エミッタ間電
圧もＨレベルに上昇し、過電流の発生を検出することが
できる。

【００１３】また、小容量トランジスタのオン・オフを
IGBTのゲート〜エミッタ間電圧により直接制御すること
により、IGBTの種類やゲート直列抵抗が変わっても、特
に部品定数の調整をする必要がない。

【００１４】

【実施例】以下、図面を用いて本考案の内容を詳細に説
明する。本考案の一実施例を図１に示す。図３と同じ構
成要素は同じ符号で示してある。図１が図３と異なる部
分は、過電流検出回路３の回路構成であり、本考案の過
電流検出回路３は、ツェナーダイオード39、抵抗40、4
1、45、小容量ダイオード42、及び小容量トランジスタ4
3、44により構成される。

【００１５】この回路の動作を図２を用いて説明する。
図２で示す（ａ），（ｂ），（ｃ）及び（ｅ）は、図１
のIGBT１の（ａ），（ｂ），（ｃ）及び（ｅ）点のエミ
ッタ13を基準にして見た電圧波形図であり、（ｄ）は小
容量トランジスタ44のベース電流である。

【００１６】今、時刻（ア）でオン駆動用トランジスタ
21がオンし、オフ駆動用トランジスタ22がオフすると、
IGBT１のゲート11〜エミッタ13間電圧（ｂ）は、ゲート
直列抵抗25とIGBT１のゲート入力静電容量で決まる時定
数により、時刻（ウ）で電源23の電圧になる。一方、ツ
ェナーダイオード39のツェナー電圧を電源23の電圧より
少し低い電圧に選ぶことにより、時刻（イ）で小容量ト
ランジスタ43がオンして、小容量トランジスタ44はオフ
となる。またこの時、IGBT１のコレクタ12〜エミッタ13
間電圧（ｃ）は、時刻（イ）の手前で飽和電圧まで下が
り、IGBT１はターンオンしているために、小容量トラン
ジスタ44の出力すなわち過電流検出回路の出力（ｅ）
は、IGBT１のコレクタ12〜エミッタ13間飽和電圧であり
Ｌレベルとなる。IGBT１がオフ期間中は小容量トランジ
スタ43はオフであるから、小容量トランジスタ44がオン
となり、過電流検出回路の出力（ｅ）はやはりＬレベル
である。

【００１７】今、IGBT１がオン期間中である時刻（エ）
でIGBT１にコレクタ過電流が流れたとすると、波形
（ｃ）のごとくIGBT１のコレクタ12〜エミッタ13間電圧
が上昇する。この時には小容量トランジスタ44はオフで
あるから、過電流検出回路の出力（ｅ）が前述の上昇に
伴って増加することによりＨレベルに転じ、過電流の発
生を検出することができる。なお、この時ダイオード42
の働きにより、過電流検出回路の出力（ｅ）は電源23の
電圧以上には成り得ない。従って、小容量トランジスタ
44は低耐圧部品で良いことになる。

【００１８】本考案の実施例では、IGBT１の過電流検出
回路３について詳細に説明したが、IGBTの他、電界効果
トランジスタ (FET)などの電圧駆動形の素子についても
全く同様に適用できることは言うまでもない。

【００１９】

【考案の効果】従来の過電流検出回路においては、高耐
圧、高速ダイオードを必要とし、さらにIGBTの種類やゲ
ート直列抵抗値により部品定数の調整が必要であった
が、本考案によれば、高耐圧、高速ダイオードを使用せ
ずに小容量のトランジスタを使用することで、過電流検
出回路を構成することができ、さらにIGBTの種類やゲー
ト直列抵抗が変わっても特に部品定数の調整は必要なく
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本考案の過電流検出回路の一実施例を示
す回路図である。

【図２】図２は図１の回路の動作波形図である。

【図３】図３は従来の過電流検出回路の一例を示す回路
図である。

【図４】図４は図３の回路の動作波形図である。

【符号の説明】

１ 絶縁ゲートを持つバイポーラトランジスタ（IGBT） ２ 絶縁ゲートを持つバイポーラトランジスタのゲート
駆動回路 ３ 絶縁ゲートを持つバイポーラトランジスタの過電流
検出回路 11 IGBTのゲート 12 IGBTのコレクタ 13 IGBTのエミッタ 21 IGBTのオン駆動用トランジスタ 22 IGBTのオフ駆動用トランジスタ 23 IGBTのオン駆動用電源 24 IGBTのオフ駆動用電源 25 IGBTのゲート直列抵抗 26 IGBTのオン、オフを制御する制御回路 31 抵抗 32 コンデンサ 33 高耐圧高速ダイオード 34 ツェナーダイオード 35 抵抗 36 トランジスタ 37，38 過電流検出回路の出力端子 39 ツェナーダイオード 40, 41 抵抗 42 小容量ダイオード 43, 44 小容量トランジスタ 45 抵抗

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 導通期間中の絶縁ゲートを持つバイポー
   ラトランジスタ（１）のコレクタ（12）〜エミッタ（1
   3）間電圧が異常に増加することによって過電流の発生
   を検出する回路において、 高耐圧、高速ダイオードを使用することなく、前記絶縁
   ゲートを持つバイポーラトランジスタ（１）のコレクタ
   （12）〜エミッタ（13）間に抵抗（45）と低耐圧、小容
   量トランジスタ（44）との直列回路を接続し、さらに前
   記低耐圧、小容量トランジスタ（44）のベース〜エミッ
   タ間に低耐圧、小容量トランジスタ（43）を接続し、絶
   縁ゲートを持つバイポーラトランジスタ（１）のゲート
   （11）と前記低耐圧、小容量トランジスタ（43）のベー
   スとの間にカソードが絶縁ゲートを持つバイポーラトラ
   ンジスタ（１）のゲート（11）の向きとなるようにツェ
   ナーダイオード（39）と抵抗（40）との直列回路を接続
   し、さらに、前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
   （１）のエミッタ（13）が負電極となるように接続され
   た前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（１）のオン
   駆動用電源（23）の正電極と、前記低耐圧、小容量トラ
   ンジスタ（43）のコレクタとの間に抵抗（41）を接続
   し、また、前記オン駆動用電源（23）の正電極と小容量
   トランジスタ（44）のコレクタとの間にカソードが前記
   オン駆動用電源（23）の正電極の向きとなるようにダイ
   オード（42）を接続し、前記低耐圧、小容量トランジス
   タ（44）の出力状態にて過電流の発生を検出することを
   特徴とする過電流検出回路。