JP2712799B2 - 電力変換装置の駆動回路 - Google Patents

電力変換装置の駆動回路

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JP2712799B2 JP2254493A JP25449390A JP2712799B2 JP 2712799 B2 JP2712799 B2 JP 2712799B2 JP 2254493 A JP2254493 A JP 2254493A JP 25449390 A JP25449390 A JP 25449390A JP 2712799 B2 JP2712799 B2 JP 2712799B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、下側アームの半導体スイッチ素子の駆動
電源を共通にしている電力変換装置の駆動回路に関す
る。
〔従来の技術〕
第4図は半導体スイッチ素子のブリッジ接続で構成し
た電力変換装置の駆動回路の従来例を示した回路図であ
る。
この第4図において、4個の半導体スイッチ素子とし
てのゲート絶縁形バイポーラトランジスタ(以下ではIG
BTと略記する)3,4,5,6を単相ブリッジ接続し、これら
4個のIGBT3,4,5,6のそれぞれに4個のフリーホイール
ダイオード3D,4D,5D,6Dを別個に逆並列接続することで
電力変換装置を構成している。直流電源1と、これに接
続している平滑コンデンサ2とにより直流電力をこの電
力変換装置に供給し、4個のIGBT3,4,5,6を順次オン・
オフ動作させることで、この電力変換装置からは負荷13
へ変換した交流電力を供給する。
これらIGBTのオン・オフ動作は、当該IGBTのゲートへ
ゲート駆動回路14からのゲート電流でなされるのである
が、上側アームすなわちIGBT3のゲートへは駆動電源18
からゲート駆動スイッチ20とゲート抵抗7とを介して、
またIGBT4のゲートへは駆動電源19からゲート駆動スイ
ッチ21とゲート抵抗8とを介してそれぞれゲート電流を
供給する。
しかし、下側アームすなわちIGBT5と6とは、両者の
エミッタが共通に接続されているので、別個の駆動電源
ではなく、両IGBT5と6とに共通の駆動電源15から、ゲ
ート駆動スイッチ16とゲート抵抗9とを介してIGBT5
に、またゲート駆動スイッチ17のゲート抵抗10とを介し
てIGBT6にそれぞれゲート電流を供給する。
このように、下側アームについては駆動電源を共通化
できるので、当該電力変換装置の部品点数削減と装置の
小形化およびコストの削減を図ることができる。
ところで、IGBT3とフリーホイールダイオード4Dとが
導通して、これらと負荷との間で第3図に示すI0なる電
流が還流している状態でIGBT6をオンにすると、このIGB
T6には立ち上がり極めて急峻な大電流I1が流れる。
IGBT6のエミッタと平滑コンデンサ2の負極側とを接
続している主回路は、インダクタンスが零に近い小さい
値であることから、電流I1の大部分はこの主回路を流れ
るが、一部分はこれと並列している回路、すなわちIGBT
6のエミッタ→ゲート駆動スイッチ17→ゲート駆動スイ
ッチ16→IGBT5のエミッタ→平滑コンデンサ2の負極側
なる回路に分流する。
この分流電流により、駆動電源15の共通配線部分の配
線インダクタンスにより、駆動電源15の極性とは逆極性
の電圧を誘起し、IGBT6のゲート・エミッタ間電圧を低
下させたり、振動発生などの不都合を生じる。
このような不都合は、ゲート絶縁形バイポーラトラン
ジスタや電界効果トランジスタなどの高速スイッチング
素子を使用した場合に、ターンオン時のゲート駆動電圧
が低下してターンオン時間が長くなり、ターンオン損失
が増加するというかたちで顕著にあらわれてくる。
そこで、下側アームの駆動電源を共通化する場合に
は、上記のような不都合、すなわち駆動電源15の共通配
線部分に電流が分流することがないように、IGBT5とゲ
ート駆動スイッチ11との間に分流阻止回路11を挿入し、
IGBT6とゲート駆動スイッチ17との間に分流阻止回路12
を挿入する。
この分流阻止回路11または12は、IGBTのゲートへ駆動
信号を送る線に流れる電流と、同じIGBTのゲートからの
帰線に流れる電流とが同じ値になるように作用する回路
であることから、前述した分流電流がIGBTのエミッタと
ゲート駆動スイッチとの間を一方向に流れるのを阻止す
ることができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
前述したように、第4図に示す従来例回路において、
IGBT3とフリーホイールダイオード4Dとが導通して負荷1
3との間で電流I0が環流している状態で、IGBT6をオンに
すると、フリーホイールダイオード4Dに立ち上りが極め
て急峻な大電流I1(すなわちフリーホイールダイオード
4Dの逆回復電流)が流れ、当該フリーホイールダイオー
ド4Dを逆回復させるが、この逆回復時にIGBT4のコレク
タ・エミッタ間電圧が急激に変化する。
このIGBT4のエミッタ側電位の急変により、当該IGBT4
のゲート駆動回路の帰線を通って、大地との間に存在す
る浮遊容量22へI2なる電流が流れ、この電流I2によりIG
BT4のゲート駆動回路が誤動作する不都合を発生する。
この誤動作を防止するために、従来はIGBT6のゲート
抵抗10の抵抗値を大きくすることで当該IGBT6のターン
オン時間を遅らせて、フリーホイールダイオード4Dの逆
回復電流の立ち上りを緩和させていた。
しかしながら、ゲート抵抗10の抵抗値増大によるIGBT
6のターンオン時間の延長はターンオン損失の増大を招
く欠点を有している。
そこでこの発明の目的は、電力変換装置の上側アーム
を構成している半導体スイッチ素子のエミッタ側電位が
急変した場合でも、ゲート駆動回路の帰線を通って、大
地との浮遊容量に電流が流れるのを防ぐことにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的を達成するために、この発明の駆動回路
は、半導体スイッチ素子とダイオードとの逆並列接続で
なるアームをブリッジ接続して構成した電力変換装置に
おける半導体スイッチ素子の駆動電源を、上側アームで
は各半導体スイッチ素子ごとに別個に備え、下側アーム
では各半導体スイッチ素子に共通に備えている電力変換
装置において、前記各駆動電源からそれぞれの半導体ス
イッチ素子へ送出する駆動信号の大きさと、その半導体
スイッチ素子から返還される駆動信号の大きさとを同じ
値に揃える分流阻止手段を、前記各駆動電源とそれぞれ
の半導体スイッチ素子との間に備えるものとするが、前
記分流阻止手段そして、2組の相互に絶縁された巻線を
有する変圧器の一方の巻線を半導体スイッチ素子に駆動
信号を送出する回路に挿入し、他方の巻線を当該半導体
スイッチ素子の駆動信号の帰線に挿入する構成の変圧器
を各半導体スイッチ素子ごとに別個に備えるか、あるい
は前記分流阻止手段として、半導体スイッチ素子へ駆動
信号を送出する線と、当該半導体スイッチ素子からの駆
動信号の帰線とを一括して貫通させている鉄心を、各半
導体スイッチ素子ごとに別個に備えるものとする。
〔作用〕
この発明は、駆動電源から上側アームの半導体スイッ
チ素子へ送出する駆動信号の大きさと、当該半導体スイ
ッチ素子から返還される駆動信号の大きさとが同じ値と
なるように作用する分流阻止手段を、上側アームのすべ
ての半導体スイッチ素子に別個に備えることにより、大
地との間に存在する浮遊容量に駆動信号の一部が分流す
るのを防止しようとするものであって、送出する駆動信
号により生じる磁束と、返還される駆動信号により生じ
る磁束とが相互に打消しあうように線路と鉄心を組合わ
せることで前記分流阻止手段を実現するものである。
〔実施例〕
第1図は本発明の実施例をあらわした回路図である
が、この第1実施例回路における直流電源1、平滑コン
デンサ2、4個の半導体スイッチ素子としてのIGBT3,4,
5,6、4個のフリーホイールダイオード3D,4D,5D,6D、4
個のゲート抵抗7,8,9,10、2個の分流阻止回路11,12、
負荷13、ゲート駆動回路14、3個の電源15,18,19、4個
のゲート駆動スイッチ16,17,20,21、および浮遊容量22
の名称・用途・機能は第4図で既述の従来例回路のもの
と同じであるから、これらの説明は省略する。
本発明においては、上側アーム用の半導体スイッチ素
子にも下側アーム用に使用している分流阻止回路を使用
する。すなわちゲート駆動スイッチ20とIGBT3との間に
分流阻止回路23を、またゲート駆動スイッチ21とIGBT4
との間に分流阻止回路24をそれぞれ設ける。
その結果、たとえばIGBT4の駆動信号は第1図におい
てで示す径路、すなわち駆動電源19の正極→ゲート駆
動スイッチ21→分流阻止回路24→IGBT4のエミッタ→IGB
T4のゲート→ゲート抵抗8→分流阻止回路24→ゲート駆
動スイッチ21→駆動電源19の負極の径路で環流する。
それ故、前述した現象により、IGBT4のエミッタから
浮遊容量22へ流れるの径路の電流が分流阻止回路24を
流れようとすると、この分流阻止回路24の径路電流と復
路電流との大きさが異なることになるので、浮遊容量22
に流れる径路の電流を阻止することとなる。
第2図は本発明の分流阻止手段の実施例をあらわした
外觀図である。
この第2図に示すように、分流阻止回路は鉄心31に第
1巻線32と第2巻線33とを備えた変圧器であって、第1
巻線の巻数と第2巻線の巻数とを同じ値とし、かつ、第
1巻線32により生じる磁束と、第2巻線33により生じる
磁束とが互いに打消し合うように各巻線に流れる電流方
向を定めておくならば、第1巻線32に流れる電流の大き
さと、第2巻線33に流れる電流の大きさとは同じにな
る。それ故、第1図に示す実施例回路にあてはめるなら
ば、径路で流れようとする電流を抑制することができ
る。
第3図は本発明の分流阻止手段の別の実施例をあらわ
した外觀図であって、中央に貫通穴を有する鉄心41に、
IGBTのゲート接続線42と、IGBTのエミッタ接続線43とを
一括して貫通させることで、第2図の実施例で説明した
のと同じ効果を発揮させることができる。
〔発明の効果〕
この発明によれば、半導体スイッチ素子のブリッジ接
続で構成し、下側アームの駆動電源は各アームに共通の
電流にしている電力変換装置において、各半導体スイッ
チ素子のそれぞれに、ゲート駆動信号と、その戻りの信
号とが同じ値になるように作用する分流阻止手段を別個
に設けることにより、上側アームを構成している半導体
スイッチ素子のエミッタ側電位が急変した場合に、大地
との間に存在する浮遊容量に電流が流れるのを阻止して
おり、これにより浮遊容量に流れる電流による誤動作を
回避できる効果が得られる。また前記分流阻止手段とし
て、相互に絶縁された2組の巻線を有する変圧器の使
用、あるいはゲート駆動信号線の往路と復路とを一括し
て、貫通穴を有する鉄心を貫通させる装置を使用するこ
とで、上記の効果を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例をあらわした回路図、第2図は
本発明の分流阻止手段の実施例をあらわした外觀図、第
3図は本発明の分流阻止手段の別の実施例をあらわした
外觀図、第4図は半導体スイッチ素子のブリッジ接続で
構成した電力変換装置の駆動回路の従来例を示した回路
図である。 1……直流電源、2……平滑コンデンサ、3,4,5,6……
半導体スイッチ素子としてのIGBT、3D,4D,5D,6D……フ
リーホイールダイオード、7,8,9,10……ゲート抵抗、1
1,12,23,24……分流阻止回路、13……負荷、14……ゲー
ト駆動回路、15,18,19……駆動電源、16,17,20,21……
ゲート駆動スイッチ、22……浮遊容量、31,41……鉄
心、32……第1巻線、33……第2巻線、42……IGBTのゲ
ート接続線、43……IGBTのエミッタ接続線。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体スイッチ素子とダイオードとの逆並
    列接続でなるアームをブリッジ接続して構成した電力変
    換装置における半導体スイッチ素子の駆動電源を、上側
    アームでは各半導体スイッチ素子ごとに別個に備え、下
    側アームでは各半導体スイッチ素子に共通に備えている
    電力変換装置において、前記各駆動電源からそれぞれの
    半導体スイッチ素子へ送出する駆動信号の大きさと、そ
    の半導体スイッチ素子から返還される駆動信号の大きさ
    とを同じ値に揃える分流阻止手段を、前記各駆動電源と
    それぞれの半導体スイッチ素子との間に備えることを特
    徴とする電力変換装置の駆動回路。
  2. 【請求項2】半導体スイッチ素子とダイオードとの逆並
    列接続でなるアームをブリッジ接続して構成した電力変
    換装置における半導体スイッチ素子の駆動電源を、上側
    アームでは各半導体スイッチ素子ごとに別個に備え、下
    側アームでは各半導体スイッチ素子に共通に備えている
    電力変換装置において、前記駆動電源のそれぞれから、
    それぞれの半導体スイッチ素子へ駆動信号を送出する線
    の中間に、相互に絶縁された2組の巻線を有する変圧器
    の一方の巻線をそれぞれ別個に挿入し、かつ当該半導体
    スイッチ素子から駆動電源への駆動信号の帰線の中間に
    は、前記変圧器の他方の巻線を挿入することを特徴とす
    る電力変換装置の駆動回路。
  3. 【請求項3】半導体スイッチ素子とダイオードとの逆並
    列接続でなるアームをブリッジ接続して構成した電力変
    換装置における半導体スイッチ素子の駆動電源を、上側
    アームでは各半導体スイッチ素子ごとに別個に備え、下
    側アームでは各半導体スイッチ素子に共通に備えている
    電力変換装置において、前記駆動電源から半導体スイッ
    チ素子へ駆動信号を送出する線と、当該半導体スイッチ
    素子から駆動電源への駆動信号の帰線とを一括して貫通
    させている鉄心を、各半導体スイッチ素子のそれぞれに
    別個に備えていることを特徴とする電力変換装置の駆動
    回路。
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