JP2633569B2 - 自己消弧形スイッチング素子のゲート駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、種々の分野に使用されるインバータ装置を
構成する自己消弧形スイッチング素子のゲート駆動装置
に関する。

〔従来の技術〕

自己消弧形スイツチング素子（ゲート・ターンオフサ
イリスタ、以下単にGTO素子という）は、そのゲートお
よびカソード間の電流の制御により導通、遮断が制御さ
れる。即ち、ゲートからカソードへ電流を供給すること
によりGTO素子を導通させ逆に、カソードからゲートへ
電流を流すことにより導通しているGTO素子を遮断す
る。この場合のゲート電流およびゲート・カソード間電
圧を第２図により説明する。

第２図（ａ）はゲート電流の特性曲線を示す図であ
り、横軸に時間、縦軸にゲート電流がとってある。第２
図（ｂ）はゲート・カソード間電圧の特性曲線を示す図
であり、横軸に時間、縦軸にゲート・カソード間電圧が
とってある。GTO素子を導通状態とするには、第２図
（ｂ）に示すようにゲート・カソード間電圧を上昇させ
て第２図（ｂ）に示すようにゲートからカソードへゲー
ト電流を供給する。導通状態にあるGTO素子を遮断する
には、第２図（ａ）に示すように、カソードからゲート
へ大きな逆方向電流（オフゲート電流）を流す。このオ
フゲート電流でGTO素子を遮断するためには、当該オフ
ゲート電流は非常に短時間の大電流でなければならな
い。例えば、数百Ａ（アンペア）の大容量のGTO素子で
は、オフゲート電流は50A/μｓ程度の大電流が必要であ
る。オフゲート電流がある一定値以上になると、GTO素
子はオフ状態に移行し、第２図（ｂ）に示すようにゲー
ト・カソード間のインピーダンスが回復して初期の電
圧、即ちGTO素子１が遮断状態にあるときの電源電圧と
ほぼ等しい電圧が発生し、第２図（ａ）に示すように、
ゲート電流は次第に減衰する。このように、オフゲート
電流は非常に大きい電流であるので、一般的には、電源
の（＋）側をカソードＫに、（−）側をゲートＧにそれ
ぞれ接続し、トランジスタでその間を短絡してオフゲー
ト電流を得るようになつている。

第３図はGTO素子を用いたインバータ装置のブロック
図である。図で、５はインバータ装置の変換回路を示
し、６個のGTO素子１で構成されている。６は変換回路
５に供給される直流電源、７はこのインバータ装置によ
り駆動される負荷である。

各GTO素子１は１対となつてゲート駆動装置２に接続
されている。直流電源部３は、各ゲート駆動装置２に対
して共用される。各ゲートを駆動装置２をオン・オフ信
号で適切に駆動することにより、変換回路５は直流電源
６の直流を三相交流に変換して負荷７に供給する。この
ような負荷の１例として、電気車を駆動する三相誘導電
動機が挙げられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、ゲート駆動装置は、GTO素子１がブレーク
・ダウンしてゲート・カソード間が短絡された場合、短
絡電流が流れて過熱、焼損が発生するおそれがあつた。
さらに、第３図に示すようにインバータ装置を構成する
場合、直流電源部３は共用されるのが通常であるが、上
記のような短絡が生じたとき、直流電源部３から出力さ
れる電流は過電流となり、出力電圧の低下等により他の
健全なゲート駆動装置に正常な電流を供給できなくな
り、結局、健全なGTO素子までも連鎖的に破壊されてし
まうおそれもあつた。

このような事態を防止するため、従来、例えば特開昭
59−83569号公報にみられるように、トランスの一次側
にオフゲート用の交流源を接続するとともにその交流回
路に電流検出器を挿入し、一方、二次側にゲートパルス
合成回路を介してGTO素子のゲートとカソードを接続し
てGTO素子の導通、遮断制御を行ない、ゲート・カソー
ド間が短絡されたとき、電流検出器で検出された一次側
回路の電流増加を電流レベル検出器で検出して故障信号
を出力する手段が提案されている。

しかし、この手段における交流源の交流波形の出力期
間は非常に短いので、確実に故障を検出するには電流レ
ベル検出器のレベルを低く設定する必要があり、このた
め、ノイズ等による誤検出のおそれがあり、これによる
無用のインバータ装置の停止のおそれがある。

本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決
し、GTO素子にブレーク・ダウンが生じたとき確実にこ
れを検出することができ、ひいてはGTO素子の過熱、焼
損を防止することができる自己消弧形スイッチング素子
のゲート駆動装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明は、トランスの二
次側出力を用いて自己消弧形スイッチング素子のゲート
・カソード間の電流を制御し、これにより前記自己消弧
形スイッチング素子の導通、遮断を制御する自己消弧形
スイッチング素子のゲート駆動装置において、直流電源
部と、前記トランスの一次側にプッシュプル接続され前
記直流電源部から電流が供給される２つのトランジスタ
と、これら各トランジスタに任意のパルス幅のパルスを
出力して当該各トランジスタの開閉を制御し、前記直流
電源部からの直流電流を交流電流に変換する開閉制御部
と、前記直流電源部の出力電流を検出し、この出力電流
が所定値を超えたとき前記開閉制御部に過電流防止指令
を与えて当該開閉制御部の出力を制御する電流検出部と
を設けたことを特徴とする。

〔作用〕

自己消弧形スイツチング素子がブレーク・ダウンし、
カソード・ゲート間が短絡するとゲート駆動装置に短絡
電流が生じ、直流電源部の出力電流が増大する。電流検
出部は、直流電源部の出力電流が増大してある定められ
た値を超えたとき、開閉制御部に過電流防止の指令信号
を出力する。開閉制御部はこの指令信号の入力により、
変換手段における交流出力を抑制するか又は交流出力を
停止する。これにより短絡電流を抑制し、又は０にして
ゲート駆動装置の過熱、焼損を防止する。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係るGTO素子のゲート駆動
装置の回路図である。図で、１はGTO素子、Ｇはゲー
ト、Ｋはカソードを示す。２はGTO素子１のゲートＧを
駆動するゲート駆動装置、３はゲート駆動装置２の直流
電源部である。21は絶縁トランス、22は絶縁トランス21
の一次側にプッシュプルに接続された２つのトランジス
タ、23は各トランジスタ22の開閉を制御する開閉制御部
である。開閉制御部23は、三角波発振器およびこの三角
波発振器から出力される三角波から所定のパルスを得る
変調回路を備えている。24は絶縁トランス21の二次側に
接続された２つの整流平滑回路、25は各整流平滑回路24
に接続された２つのトランジスタである。一方のトラン
ジスタ25のエミッタはGTO素子１のゲートＧに、他方の
トランジスタ25のエミッタはGTO素子１のカソードＫに
接続されている。26は図示されない制御回路からのオン
・オ信号を各トランジスタ25に入力する信号伝播回路で
ある。27は直流電源部３の出力電流を検出する電流検出
部である。この電流検出部27は直流電源部の出力電流が
所定の値を超えたか否かを判断し、出力電流が所定の値
を超えたとき開閉制御部23に信号を出力する。なお、直
流電源部３は他のゲート駆動装置２に共用されている。

今、GTO素子１がブレーク・ダウンし、そのゲートＧ
とカソードＫとが短絡すると、トランス21の二次側に大
きな短絡電流が流れ、この短絡電流を供給すべく直流電
源部３の出力電流が増大する。この出力電流は電流検出
部27で検出され、予め定められた値を超えると電流検出
部27から過電流防止の指令信号が出力される。この指令
信号は開閉制御部23に入力され、これにより変調回路は
出力パルスのパルス幅を極めて小さな値に絞る。したが
つて、トランジスタ22は当該小さなパルス幅の期間のみ
直流電源部３の電流を導通させることになり、結局、ト
ランス21の二次側の短絡電流をある一定の電流値に抑制
することができる。

一方、上記の動作により、短絡電流が制御されるた
め、直流電源部３の電圧低下は発生せず、したがつて、
直流電源部３を共用する他のゲート駆動装置２に対して
は正規の電源を供給することができる。

このように、本実施例では、電流検出部により直流電
源部の出力電流を検出し、これがある一定値を超えたと
き開閉制御部に信号を出力して電流の供給を抑えるよう
にしたので、GTO素子のブレーク・ダウンによりゲート
駆動装置に短絡電流が生じてもこれを抑制することがで
き、ひいては駆動装置の過熱、焼損を防止することがで
きる。

又、プッシュプルに接続されたトランジスタの電源で
ある直流電源部の出力電流の値によって故障を検出して
いるので、ノイズの影響を受けにくく、適切な検出レベ
ルを設定することができ、これにより、正常であるにも
かかわらず故障と判断するおそれを低減することができ
る。又、直流電源部の電圧低下をも防止することができ
るので、他の健全なGTO素子のゲート駆動装置に正規の
電源を供給でき、当該GTO素子の連鎖的な破壊を防止す
ることができる。

なお、上記実施例の説明では、電流検出部の信号によ
り開閉制御部から出力されるパルスのパルス幅を小さく
する例について述べたが、パルス幅を０にして短絡電流
をなくするようにしてもよい。又、直流電源部は１つの
ゲート駆動装置の電源であつてもよいし、あるいは３つ
以上のゲート駆動装置の電源であつてもよいのは当然で
ある。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、直流電源部の出力電
流がある所定値を超えたとき制御部に信号を出力して交
流出力を抑制し、又は０とするようにしたので、ゲート
駆動装置に流れる短絡電流を抑制し又は０とすることが
でき、ひいてはゲート駆動装置の過熱、焼損を防止する
ことができる。

又、プッシュプルに接続されたトランジスタの電源で
ある直流電源部の出力電流の値によって故障を検出して
いるので、ノイズの影響を受けにくく、適切な検出レベ
ルを設定することができ、これにより、正常であるにも
かかわらず故障と判断するおそれを低減することができ
る。さらに、直流電源部が複数のゲート駆動装置に共用
されている場合、短絡電流が発生しているゲート駆動装
置以外のゲート駆動装置には、直流電源部の電圧が低下
しないので何等の悪影響をも及ぼすこともなく、したが
つてGTO素子の連鎖的な破壊の発生を防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るゲート駆動装置の回路
図、第２図（ａ）、（ｂ）は電流、電圧波形図、第３図
はゲート駆動装置を用いたインバータ装置のブロツク図
である。 １……GTO素子、２……ゲート駆動装置、３……直流電
源部、23……開閉制御部、27……電流検出部。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トランスの二次側出力を用いて自己消弧形
   スイッチング素子のゲート・カソード間の電流を制御
   し、これにより前記自己消弧形スイッチング素子の導
   通、遮断を制御する自己消弧形スイッチング素子のゲー
   ト駆動装置において、直流電源部と、前記トランスの一
   次側にプッシュプル接続され前記直流電源部から電流が
   供給される２つのトランジスタと、これら各トランジス
   タに任意のパルス幅のパルスを出力して当該各トランジ
   スタの開閉を制御し、前記直流電源部からの直流電流を
   交流電流に変換する開閉制御部と、前記直流電源部の出
   力電流を検出し、この出力電流が所定値を超えたとき前
   記開閉制御部に過電流防止指令を与えて当該開閉制御部
   の出力を制御する電流検出部とを設けたことを特徴とす
   る自己消弧形スイッチング素子のゲート駆動装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記開閉
   制御部は、前記過電流防止指令が入力されたとき出力を
   停止することを特徴とする自己消弧形スイッチング素子
   のゲート駆動装置。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項において、前記開閉
   制御部は、前記過電流防止指令が入力されたとき、前記
   パルス幅を減少させることを特徴とする自己消弧形スイ
   ッチング素子のゲート駆動装置。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項において、前記直流
   電源部は、複数の前記ゲート駆動装置に共用されること
   を特徴とする自己消弧形スイッチング素子のゲート駆動
   装置。