JP2747911B2 - Driving circuit of electrostatic induction type self-extinguishing element and inverter device having electrostatic induction type self-extinguishing element - Google Patents
Driving circuit of electrostatic induction type self-extinguishing element and inverter device having electrostatic induction type self-extinguishing elementInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自己消弧素子の駆動回路に係り、特に素子に
過大な電流が流れた時に安全に遮断するに好適な駆動方
法に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a driving circuit for a self-extinguishing element, and more particularly to a driving method suitable for safely shutting off when an excessive current flows through the element.
電源装置の小形化や低騒音化のニーズにより、高速ス
イツチング動作が可能な静電誘導形自己消弧素子（MOS
−FETやIGBT等）が用いられ始めている。これらの素
子、例えばIGBTを例にすると第５図に示すようにゲート
電圧とコレクタ電圧によつて、流れるコレクタ電流が決
定される。Due to the need for miniaturization and low noise of power supply units, electrostatic induction type self-extinguishing elements (MOS) capable of high-speed switching operation
-FET, IGBT, etc.) have begun to be used. In the case of these elements, for example, an IGBT, the collector current flowing is determined by the gate voltage and the collector voltage as shown in FIG.
この様な素子をインバータ等の主スイツチに便用して
高速で動作させようとすると、次の様な問題が生じてく
る。If such an element is used as a main switch such as an inverter to operate at a high speed, the following problem occurs.
インバータ等の電源装置ではアーム短絡や負荷短絡が
生じると、電源電圧がオン動作中の素子に印加される。
その結果、例えば第５図に示すような関係により、過大
な短絡電流が流れる。IGBTの場合は、特開昭61−185064
号公報に記載のように、コレクタ電流が過大になりすぎ
るとゲート電圧による制御が出来ないというラツチアツ
プ現象による素子破壊もあるが、むしろ過大な電流を高
速で遮断するために、遮断時の回路インダクタンスのエ
ネルギによる跳ね上り電圧が大きく、それが素子の耐圧
を越えて破壊する場合が多く見られる。In a power supply device such as an inverter, when an arm short circuit or a load short circuit occurs, a power supply voltage is applied to an element that is in an ON operation.
As a result, for example, an excessive short-circuit current flows due to the relationship shown in FIG. In the case of IGBT, JP-A-61-185064
As described in Japanese Unexamined Patent Publication, there is also a device destruction due to a latch-up phenomenon that the gate voltage cannot be controlled if the collector current becomes excessively large. The jump-up voltage due to the energy of the element is large, and it often breaks down beyond the breakdown voltage of the element.
このため静電誘導形の自己消弧素子ではゲート電圧を
制御する提案がなされている（特開昭61−147736号公
報，特開昭61−185064号公報，特開昭62−277063号公
報，米国特許第4,581,540号，米国特許第4,721,869
号）。これらは過大になつた電流を減流して遮断するも
のであり、通電期間中に過電流を検出し減流して遮断で
きる範囲においては好適な方法である。For this reason, it has been proposed to control the gate voltage in the self-extinguishing element of the electrostatic induction type (JP-A-61-147736, JP-A-61-185064, JP-A-62-277063, U.S. Patent No. 4,581,540, U.S. Patent No. 4,721,869
issue). These are methods for cutting off an excessively large current by cutting it off, and are preferable methods in a range where an overcurrent can be detected during the energization period and the current can be cut off and cut off.
しかしながら、高速のスイツチング動作を行うインバ
ータ装置等では、これらの素子の通電期間が狭いため、
過電流を検出しても減流中に通電期間が終了し、結局過
大な電流を遮断して素子が破壊するという問題がある。However, in an inverter device or the like that performs a high-speed switching operation, the conduction period of these elements is short,
Even if an overcurrent is detected, there is a problem in that the energization period ends during the current reduction, and the excessive current is eventually cut off to destroy the element.
この問題は、過電流を検出しそれを制御側に転送して
通電期間を広げることで解決できそうにも思われるが、
検出から制御まで遅れ時間があるため、容易に解決でき
ない問題である。It seems that this problem can be solved by detecting overcurrent and transferring it to the control side to extend the energizing period,
This is a problem that cannot be easily solved because there is a delay time from detection to control.
本発明はこのような問題を解決するためになされたも
ので、過電流を検出した時は必ず減流してから遮断する
という、過電流保護機能付の駆動回路を提供することを
目的とする。The present invention has been made in order to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a drive circuit with an overcurrent protection function that always shuts off the current after detecting an overcurrent.
上記目的を達成する本発明静電誘導形自己消弧素子の
駆動回路の特徴とするところは、 定電圧電源と、 コレクタ、エミッタ、及びゲートを有する静電誘導形
自己消弧素子と、 第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子と
のコンプリメンタル接続を含み、上記第１のスイッチン
グ素子及び上記第２のスイッチング素子の相互接続点が
静電誘導形自己消弧素子のゲートに接続され、上記第１
のスイッチング素子の制御端子と上記コンプリメンタル
接続の一端との間に第３のスイッチング素子が接続さ
れ、入力されたオンオフ指令信号によって上記第３のス
イッチング素子をスイッチング動作させることにより、
上記定電圧電源から発生した電圧を上記コンプリメンタ
ル接続を介して上記静電誘導形自己消弧素子のゲートに
印加するゲート電圧入力回路と、 上記静電誘導形自己消弧素子のコレクタ電圧が所定の
値以上のとき、上記ゲート電圧を低下させ、上記ゲート
電圧が所定の値に低下するまで、上記静電誘導形自己消
弧素子がオンし続ける電圧を上記静電誘導形自己消弧素
子のゲートに印加する手段と、 上記第３のスイッチング素子の制御端子と上記コンプ
リメンタル接続の上記一端との間に第４のスイッチング
素子が接続され、上記ゲート電圧が上記所定の値に低下
するまで、第４のスイッチング素子をオンするオン保持
回路と、 を具備することにある。The feature of the drive circuit of the electrostatic induction type self-extinguishing element of the present invention that achieves the above object is that a constant voltage power supply, an electrostatic induction type self-extinguishing element having a collector, an emitter, and a gate; And a complementary connection between the first switching element and the second switching element, wherein an interconnection point of the first switching element and the second switching element is connected to a gate of an electrostatic induction type self-extinguishing element. First
A third switching element is connected between the control terminal of the switching element and one end of the complementary connection, and the third switching element is switched by the input on / off command signal, thereby performing a switching operation.
A gate voltage input circuit for applying a voltage generated from the constant voltage power supply to the gate of the static induction type self-extinguishing element via the complementary connection; When the value is equal to or greater than the value, the gate voltage is reduced, and the voltage at which the electrostatic induction type self-extinguishing element continues to be turned on until the gate voltage decreases to a predetermined value is set to the voltage of the electrostatic induction type self-extinguishing element. Means for applying to a gate, a fourth switching element is connected between the control terminal of the third switching element and the one end of the complementary connection, and until the gate voltage decreases to the predetermined value. And an on-hold circuit for turning on the fourth switching element.
更に、上記目的を達成する本発明静電誘導形自己消弧
素子を有するインバータ装置の特徴とするところは、 第1,第２及び第３の定電圧電源と、 コレクタ、エミッタ、及びゲートを有し、コレクタ・
エミッタ電流路が第３の定電圧電源の一方の端子と他方
の端子との間に直列に接続され、該接続点に負荷が接続
される第１及び第２の静電誘導形自己消弧素子と、 第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子と
のコンプリメンタル接続を含み、上記第１のスイッチン
グ素子及び上記第２のスイッチング素子の相互接続点が
上記第１の静電誘導形自己消弧素子のゲートに接続さ
れ、上記第１のスイッチング素子の制御端子と上記第１
及び第２のスイッチング素子のコンプリメンタル接続の
一端との間に第３のスイッチング素子が接続され、入力
されたオンオフ指令信号によって上記第３のスイッチン
グ素子をスイッチング動作させることにより、上記第１
の定電圧電源から発生した電圧を上記第１及び第２のス
イッチング素子のコンプリメンタル接続を介して上記第
１の静電誘導形自己消弧素子のゲートに印加する第１の
ゲート電圧入力回路と、 第４のスイッチング素子と第５のスイッチング素子と
のコンプリメンタル接続を含み、上記第４のスイッチン
グ素子及び上記第５のスイッチング素子の相互接続点が
上記第２の静電誘導形自己消弧素子のゲートに接続さ
れ、上記第４のスイッチング素子の制御端子と上記第４
及び第５のスイッチング素子のコンプリメンタル接続の
一端との間に第６のスイッチング素子が接続され、入力
されたオンオフ指令信号によって上記第６のスイッチン
グ素子をスイッチング動作させることにより、上記第２
の定電圧電源から発生した電圧を上記第４及び第５のス
イッチング素子のコンプリメンタル接続を介して上記第
２の静電誘導形自己消弧素子のゲートに印加する第２の
ゲート電圧入力回路と、 上記第１の静電誘導形自己消弧素子のコレクタ電圧が
所定の値以上のとき、上記第１の静電誘導形自己消弧素
子のゲート電圧を低下させ、このゲート電圧が所定の値
に低下するまで。上記第１の静電誘導形自己消弧素子が
オンし続ける電圧を上記第１の静電誘導形自己消弧素子
のゲートに印加する手段と、 上記第２の静電誘導形自己消弧素子のコレクタ電圧が
所定の値以上のとき、上記第２の静電誘導形自己消弧素
子のゲート電圧を低下させ、このゲート電圧が所定の値
に低下するまで、上記第２の静電誘導形自己消弧素子が
オンし続ける電圧を上記第２の静電誘導形自己消弧素子
のゲートに印加する手段と、 上記第３のスイッチング素子の制御端子と上記第１及
び第２のスイッチング素子のコンプリメンタル接続の上
記一端との間に第７のスイッチング素子が接続され、上
記第１の静電誘導形自己消弧素子のゲート電圧が所定の
値に低下するまで、第７のスイッチング素子をオンする
第１のオン保持回路と、 上記第６のスイッチング素子の制御端子と上記第４及
び第５のスイッチング素子のコンプリメンタル接続の上
記一端との間に第８のスイッチング素子が接続され、上
記第２の静電誘導形自己消弧素子のゲート電圧が所定の
値に低下するまで、第８のスイッチング素子をオンする
第２のオン保持回路と、 を具備することにある。Further, the feature of the inverter device having the electrostatic induction type self-extinguishing element of the present invention that achieves the above object is that the inverter device has first, second, and third constant voltage power supplies, a collector, an emitter, and a gate. And the collector
First and second electrostatic induction type self-extinguishing elements in which an emitter current path is connected in series between one terminal and the other terminal of a third constant voltage power supply, and a load is connected to the connection point. And a complementary connection between a first switching element and a second switching element, wherein the interconnection point of the first switching element and the second switching element is the first static induction self-extinguishing. A control terminal of the first switching element, and a control terminal of the first switching element.
A third switching element is connected between the first switching element and one end of a complementary connection of the second switching element, and the first switching element is switched by the input ON / OFF command signal, whereby the first switching element is switched.
A first gate voltage input circuit for applying a voltage generated from the constant voltage power supply to a gate of the first static induction type self-extinguishing element through a complementary connection of the first and second switching elements; Including a complementary connection between a fourth switching element and a fifth switching element, wherein an interconnection point between the fourth switching element and the fifth switching element is connected to the second electrostatic induction type self-extinguishing element. And the control terminal of the fourth switching element and the fourth terminal.
A sixth switching element is connected between the first switching element and one end of the complementary connection of the fifth switching element, and the sixth switching element is switched by the input on / off command signal, whereby the second switching element is switched.
A second gate voltage input circuit for applying a voltage generated from the constant voltage power supply to the gate of the second static induction type self-extinguishing element through a complementary connection of the fourth and fifth switching elements; When the collector voltage of the first electrostatic induction-type self-extinguishing element is equal to or higher than a predetermined value, the gate voltage of the first electrostatic induction-type self-extinguishing element is decreased, and the gate voltage is reduced to a predetermined value. Until it drops. Means for applying to the gate of the first static induction self-extinguishing element a voltage that keeps the first static induction self-extinguishing element on; When the collector voltage is equal to or higher than a predetermined value, the gate voltage of the second static induction type self-extinguishing element is reduced, and the gate voltage of the second static induction type is reduced until the gate voltage decreases to a predetermined value. Means for applying a voltage that keeps the self-extinguishing element on, to the gate of the second electrostatic induction type self-extinguishing element, a control terminal of the third switching element, and a control terminal of the first and second switching elements. A seventh switching element is connected between the one end of the complementary connection and the seventh switching element. The seventh switching element is turned on until the gate voltage of the first static induction type self-extinguishing element decreases to a predetermined value. A first on-hold circuit that performs An eighth switching element is connected between a control terminal of the switching element and the one end of the complementary connection of the fourth and fifth switching elements, and a gate voltage of the second static induction type self-extinguishing element. And a second on-hold circuit for turning on the eighth switching element until the value decreases to a predetermined value.
具体的には、制御信号により所定のゲート電圧を供給
する駆動回路に、前記ゲート電圧を供給中に静電誘導形
自己消弧素子のオン電圧が所定の電圧以上の時、検出信
号を出力する過電流検出回路と、前記ゲート電圧を所定
の時定数をもつて低下するゲート電圧調整回路と、前記
ゲート電圧の立ち上りにおいては、ターンオンの遅れ期
間にオン電圧が高いことを過電流と見なさない検出遅れ
回路で構成し、さらにこのゲート電圧調整回路が制御信
号に優先して所定の時間動作するためのオン保持回路を
設けた。Specifically, a detection signal is output to a drive circuit that supplies a predetermined gate voltage according to a control signal when the ON voltage of the electrostatic induction type self-extinguishing element is equal to or higher than a predetermined voltage while the gate voltage is being supplied. An overcurrent detection circuit, a gate voltage adjustment circuit that reduces the gate voltage with a predetermined time constant, and a detection in which, when the gate voltage rises, a high ON voltage during a turn-on delay period is not regarded as an overcurrent. A delay circuit is provided, and an on-hold circuit for operating the gate voltage adjusting circuit for a predetermined time prior to the control signal is provided.
上記構成において、通常の素子のターンオン遅れ動作
は、検出遅れ回路によりマスクされ過電流検出回路は動
作しない。そして負荷等の異常により過電流が流れそれ
を検出した時は、ゲート電圧調整回路が動作し、制御側
に過電流信号を出力すると共に、ゲート電圧を所定の時
定数で低下して過電流を減流する。そして制御側からの
停止（オフ指令）信号によりゲート電圧の印加を停止す
るが、この場合ゲート電圧を所定の時定数で低下中の所
定の期間は、制御側から停止信号が入つてきてもゲート
電圧の印加は停止せず、過電流を充分に減流してから遮
断するようになつている。In the above configuration, the normal element turn-on delay operation is masked by the detection delay circuit, and the overcurrent detection circuit does not operate. When an overcurrent flows due to an abnormality in the load or the like, the gate voltage adjustment circuit operates, outputs an overcurrent signal to the control side, and reduces the overcurrent by reducing the gate voltage by a predetermined time constant. Flow down. Then, the application of the gate voltage is stopped by a stop (off command) signal from the control side. In this case, even if a stop signal is received from the control side during a predetermined period during which the gate voltage is decreasing at a predetermined time constant. The application of the gate voltage is not stopped, and the overcurrent is sufficiently reduced before shutting off.
したがつて、停止（オフ指令）信号の直前に過電流を
検出した場合でも、過電流を直接遮断することなく、素
子破壊を防止することが出来る。Therefore, even when the overcurrent is detected immediately before the stop (off command) signal, the element can be prevented from being destroyed without directly shutting off the overcurrent.
以下図面を参照しながら、本発明を実施例に基づいて
詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments with reference to the drawings.
第１図は本発明の一実施例で、静電誘導形自己消弧素
子IGBTに適用した例である。ゲート用電源1,2の電圧
は、コンプリメンタルに接続されたNPNトランジスタ7,P
NPトランジスタ８および抵抗９を介してIGBT10のゲート
に印加され、トランジスタ7,8のベース共通点はNPNトラ
ンジスタ５のコレクタに接続されている。そしてトラン
ジスタ５のベースはホトトランジスタ３のコレクタに接
続されており、トランジスタ３のベースにオン又はオフ
のオン・オフ指令信号を与えることによつてIGBT10のオ
ン，オフ状態を制御する駆動回路を構成している。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, in which the present invention is applied to an electrostatic induction type self-extinguishing element IGBT. The voltages of the gate power supplies 1 and 2 are connected to the complementary NPN transistors 7 and P
The voltage is applied to the gate of the IGBT 10 via the NPN transistor 8 and the resistor 9, and the common base of the transistors 7 and 8 is connected to the collector of the NPN transistor 5. The base of the transistor 5 is connected to the collector of the phototransistor 3 to form a drive circuit for controlling the on / off state of the IGBT 10 by giving an on / off command signal to turn on or off the base of the transistor 3. doing.
また、IGBT10のゲートとコレクタは抵抗11とダイオー
ド12を介して接続され、抵抗11とダイオード12の接続点
はツエナーダイオード14を介してトランジスタ15のベー
スに接続しており、IGBT10にゲート電圧印加中のコレク
タ電圧のレベルを検出する等価的な過電流検出回路を構
成する。The gate and collector of the IGBT 10 are connected via a resistor 11 and a diode 12, and the connection point between the resistor 11 and the diode 12 is connected to the base of a transistor 15 via a Zener diode 14. , An equivalent overcurrent detection circuit for detecting the level of the collector voltage is formed.
次に、トランジスタ15のコレクタは、ホトカプラ16、
抵抗17、ダイオード18を介してトランジスタ7,8のベー
スに接続され、抵抗17とダイオード18の接続点にはコン
デンサ19が接続されている。これにより過電流検知信号
を制御側に転送すると共に、ゲート電圧調整回路を構成
している。Next, the collector of the transistor 15 is
The resistor 17 is connected to the bases of the transistors 7 and 8 via a diode 18, and a connection point between the resistor 17 and the diode 18 is connected to a capacitor 19. This transfers the overcurrent detection signal to the control side and constitutes a gate voltage adjustment circuit.
そしてトランジスタ15のエミツタには抵抗20とコンデ
ンサ21が接続され、コンデンサ21の一方はトランジスタ
23のベースに接続しており、トランジスタ23のコレクタ
をトランジスタ３のコレクタに接続してオン保持回路を
構成している。The resistor 20 and the capacitor 21 are connected to the emitter of the transistor 15, and one of the capacitors 21 is connected to the transistor
The collector of the transistor 23 is connected to the collector of the transistor 3 to form an on-hold circuit.
次に、この回路の動作を第７図のタイムチヤートを交
えながら説明する。Next, the operation of this circuit will be described with reference to the time chart of FIG.
まず、トランジスタ３が制御側からの信号により時刻
t0でオンすると、トランジスタ５はベース電流が止まる
のでオフする。その結果抵抗６を介してトランジスタ７
にベース電流が流れ、NPNトランジスタ７がオン状態と
なり、抵抗９を介してIGBT10のゲートに電流を供給す
る。そしてIGBT10はゲート−エミツタ間の容量が所定の
値まで充電された後オン状態となる。First, the time at which the transistor 3 is controlled by a signal from the control side
If you turned on at t 0, transistor 5 is turned off because the base current is stopped. As a result, the transistor 7 via the resistor 6
, The NPN transistor 7 is turned on, and a current is supplied to the gate of the IGBT 10 via the resistor 9. Then, the IGBT 10 is turned on after the capacity between the gate and the emitter is charged to a predetermined value.
なお通常のオン期間にゲート電流の一部を抵抗11、ダ
イオード12を介してIGBT10のコレクタにも流している。
これはIGBT10のコレクタ電流が過電流となつてコレクタ
電圧が高くなつた時に、その電流をトランジスタ15のベ
ースに流して、トランジスタ15をオンするためのもので
ある。ターンオン初期においては、IGBT10のターンオン
遅れ（t1）によりコレクタ電圧が高く、過電流の時と同
じ状態が現われるが、コンデンサ13により検出遅れを作
り、過電流検出回路が動作しないようにしている。Note that a part of the gate current is also supplied to the collector of the IGBT 10 via the resistor 11 and the diode 12 during the normal ON period.
This is for turning on the transistor 15 by flowing the current to the base of the transistor 15 when the collector voltage of the IGBT 10 becomes excessive and the collector voltage becomes high. In the initial stage of turn-on, the collector voltage is high due to the turn-on delay (t 1 ) of the IGBT 10 and the same state as in the case of overcurrent appears. However, a detection delay is created by the capacitor 13 so that the overcurrent detection circuit does not operate.
過電流検知は、この抵抗11とコンデンサ13及びツエナ
ーダイオード14で決まる検査遅れ時間以降もIGBT10のコ
レクタ電圧が所定の電圧以上の場合にのみ行なわれる。
それが前述のトランジスタ15のオン状態（t0）である。Overcurrent detection is performed only when the collector voltage of the IGBT 10 is equal to or higher than a predetermined voltage even after the test delay time determined by the resistor 11, the capacitor 13, and the Zener diode 14.
This is the ON state (t 0 ) of the transistor 15 described above.
トランジスタ15がオン（t3）すると、コンデンサ19が
充電々荷が抵抗17,22およびホトカプラ16を介して放電
を開始する。そして、トランジスタ７のベース電圧は最
終的には抵抗６と抵抗17および抵抗22との比率で決る値
まで低下する。ただし、ツエナーダイオード14の検出レ
ベル以下には下がらない。When the transistor 15 is turned on (t 3 ), the charge of the capacitor 19 starts discharging through the resistors 17 and 22 and the photocoupler 16. Then, the base voltage of the transistor 7 finally falls to a value determined by the ratio of the resistor 6, the resistor 17 and the resistor 22. However, it does not drop below the detection level of the Zener diode 14.
以上の様にしてIGBT10のゲート電圧をCRの時定数をも
たせて下げることにより、過電流を徐々に減流させて制
御側からの停止（オフ）指令信号を持つ訳であるが、本
実施例の特徴はその停止信号より先、すなわちゲート電
圧が低下中に制御側から停止信号（t4）を受けても、ゲ
ート電圧が所定の値に低下するまで（t5）はオン状態を
保持する回路を設けていることである。As described above, the gate voltage of the IGBT 10 is reduced with the time constant of CR, thereby gradually reducing the overcurrent and having a stop (off) command signal from the control side. The feature is that even if a stop signal (t 4 ) is received from the control side before the stop signal, that is, while the gate voltage is decreasing, the on state is maintained until the gate voltage decreases to a predetermined value (t 5 ). That is, a circuit is provided.
これを実現しているのが抵抗22,24、コンデンサ21、
トランジスタ23で構成するオン保持回路である。過電流
検知回路のトランジスタ15がオン（t3）すると、最初は
コンデンサ21を介してトランジスタ23にベース電流が流
れ、オン保持回路が動作する。そして時間と共にコンデ
ンサ21に電荷が充電され、かつコンデンサ19の放電が進
んでトランジスタ15のコレクタ電流が小さくなると、ト
ランジスタ23のベースに電流が小さくなるとトランジス
タ23のコレクタ電圧が上昇してオン保持回路が停止
（t5）する。This is achieved by resistors 22, 24, capacitor 21,
This is an on-hold circuit including a transistor 23. When the transistor 15 of the overcurrent detection circuit is turned on (t 3 ), first, a base current flows to the transistor 23 via the capacitor 21, and the on-hold circuit operates. Then, as time passes, the capacitor 21 is charged with electric charge, and the discharge of the capacitor 19 proceeds, and the collector current of the transistor 15 decreases.When the current decreases at the base of the transistor 23, the collector voltage of the transistor 23 increases, and the ON holding circuit is activated. Stop (t 5 ).
このようにして過電流検知回路が動作した当初の所定
の時間のみトランジスタ23にベース電流を流してオンす
ることにより、たとえこの期間に制御側からオフ信号が
きてトランジスタ３がオフ（t4）したとしても、IGBT10
のゲート電圧が所定の値に下がるまではオン状態が保持
される。By turning on the transistor 23 by supplying the base current to the transistor 23 only for a predetermined time at the beginning of the operation of the overcurrent detection circuit, the transistor 3 is turned off (t 4 ) during this period, for example, by receiving an off signal from the control side. IGBT10
The on-state is maintained until the gate voltage of the gate electrode drops to a predetermined value.
以上のように本発明では、過電流を検知後は制御信号
よりゲート電圧を所定の値まで低下させることを優先さ
せているので、過大となつた電流は常にゆつくりと小さ
くしてから遮断できる。このため過電流遮断のようなオ
フ時跳ね上り電圧の発生を防止でき、素子破壊を防止で
きるものである。As described above, in the present invention, after detecting an overcurrent, priority is given to lowering the gate voltage to a predetermined value from a control signal, so that an excessively large current can always be cut off slowly and then cut off. . For this reason, it is possible to prevent generation of an off-time jump-up voltage such as overcurrent interruption, thereby preventing element destruction.
第２図は本発明の第２の実施例を示す回路図である。
第１図と同一機能のものには同一符号を記してある。第
１図とはIGBT10のコレクに接続する過電流の検出方法が
異なる。第１図の実施例では、過電流と判定するレベル
より、絞り込むゲート電圧の値を小さくできなかつた。
この実施例では検出回路とゲート電圧の絞り込み回路が
別々になつているので、検出レベルと絞り込みの最終の
ゲート電圧を個別に選定することが出来る特徴がある。FIG. 2 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention.
Components having the same functions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. 1 differs from FIG. 1 in the method of detecting an overcurrent connected to the collector of the IGBT 10. In the embodiment of FIG. 1, the value of the gate voltage to be narrowed cannot be made smaller than the level at which overcurrent is determined.
In this embodiment, since the detection circuit and the gate voltage narrowing down circuit are separately provided, there is a feature that the detection level and the final gate voltage of the narrowing down can be individually selected.
第３図は本発明の第３の実施例を示す回路図である。
第２図とはトランジスタ27のコレクタとIGBT10のゲート
間にダイオード29およびゲートとゲート電源の正極間に
ダイオード30が挿入されていることである。前者はオフ
時の逆バイアス期間に抵抗９を介さないで逆バイアスが
でき、安定した逆バイアスが得られるので逆バイアス電
圧を下げることを可能にする特徴がある。その結果、駆
動回路の低損失化が計られる。FIG. 3 is a circuit diagram showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows that a diode 29 is inserted between the collector of the transistor 27 and the gate of the IGBT 10, and a diode 30 is inserted between the gate and the positive electrode of the gate power supply. The former has a feature that the reverse bias can be performed without the interposition of the resistor 9 during the reverse bias period at the time of OFF, and a stable reverse bias can be obtained, so that the reverse bias voltage can be reduced. As a result, the loss of the drive circuit is reduced.
後者は、オン期間のゲート電圧の最大値をゲート電源
電圧にクランプするものである。本発明者の実験にれ
ば、IGBT10がオン状態にあつて、インバータのアーム短
絡や負荷短絡時のように過電流が流れる状態において
は、コレクタ電流の過大な増大と共にコレクタ電圧も上
昇する。コレクタ電圧が上昇するとコレクタとゲート間
の容量を介して、ゲート電圧がゲート電源用電圧以上に
主電源側から充電される。このためコレクタ電流が再び
増大するという問題があり、これを防止したものであ
る。The latter clamps the maximum value of the gate voltage during the ON period to the gate power supply voltage. According to the experiments of the present inventor, when the IGBT 10 is in the ON state and an overcurrent flows, such as when the arm of the inverter is short-circuited or the load is short-circuited, the collector voltage increases as the collector current increases excessively. When the collector voltage rises, the gate voltage is charged from the main power supply to a voltage higher than the gate power supply voltage via the capacitance between the collector and the gate. Therefore, there is a problem that the collector current increases again, and this is prevented.
第４図は本発明の第４の実施例を示す回路図である。
第３図とは過電流検知信号を制御側へ転送するためのホ
トカプラ16の位置が異なる。このようにすると、ゲート
電圧が印加されかつコレクタ電圧が低くなつている期
間、すなわち通電幅を制御側で把握することが出来るの
で、制御性能を向上することが出来る。FIG. 4 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
3 differs from FIG. 3 in the position of the photocoupler 16 for transferring the overcurrent detection signal to the control side. By doing so, the period during which the gate voltage is applied and the collector voltage is low, that is, the conduction width can be grasped on the control side, so that the control performance can be improved.
本発明の第１〜第４の実施例の過電流保護回路におい
て、過電流検知用のダイオード12はIGBT10のコレクタに
接続されている。高圧部分がゲート回路に近づくこと
は、ノイズの関係で不利である。In the overcurrent protection circuits according to the first to fourth embodiments of the present invention, the diode 12 for overcurrent detection is connected to the collector of the IGBT 10. It is disadvantageous for the high voltage part to approach the gate circuit because of noise.
第６図は、IGBTの断面を模式的に示した図である。IG
BTの中はセルと称している小容量のIGBTが多数電極で並
列接続されている。図示したように１セルのカソード電
極を分離して、IGBTの内部に過電流検知用のダイオード
12を設けたものである。FIG. 6 is a diagram schematically showing a cross section of the IGBT. IG
In the BT, a small-capacity IGBT called a cell is connected in parallel with many electrodes. As shown in the figure, the cathode electrode of one cell is separated and a diode for overcurrent detection is placed inside the IGBT.
12 are provided.
このようにIGBT自身に過電流検知用の端子を設けるこ
とによつて、ゲート回路に近づく高圧部分が減るので、
ゲート回路のノイズに対する信頼性を向上することが出
来る。By providing an overcurrent detection terminal in the IGBT itself in this way, the high-voltage portion approaching the gate circuit is reduced,
The reliability of the gate circuit against noise can be improved.
第８図に３相電圧形インバータ装置の回路図を示す。
３相インバータは、直列接続された２個のIGBTスイツチ
（S1＋S4,S2＋S5,S3＋S6）及びダイオードD1,D2,D3,D4,
D5,D6で構成される１アームが、３組直流電源１に並列
接続され、各アームのスイツチ接続点に負荷である誘導
電導機IMを接続する構成となつている。IGBT S1,S2,S3,
S4,S5,S6は、本発明の第１〜第４の実施例で示した過電
流保護回路を夫々有するものであるが、第８図には、そ
の保護回路は省略してある。FIG. 8 shows a circuit diagram of a three-phase voltage source inverter device.
3-phase inverter connected in series two IGBT switch (S1 + S4, S2 + S5 , S3 + S6) and diodes D 1, D 2, D 3 , D 4,
One arm composed of D 5 and D 6 is connected in parallel to three sets of DC power supplies 1, and an induction conductor IM serving as a load is connected to a switch connection point of each arm. IGBT S 1 , S 2 , S 3 ,
S 4 , S 5 , and S 6 each have the overcurrent protection circuit shown in the first to fourth embodiments of the present invention, but the protection circuit is omitted in FIG. .
以上のように本発明では、過電流を検知後は制御側の
停止信号よりもゲート電圧を所定の値に下げることを優
先するので、過電流は常に減流して遮断され、素子破壊
を防止することが出来る。As described above, in the present invention, after detecting an overcurrent, priority is given to lowering the gate voltage to a predetermined value over a stop signal on the control side, so that the overcurrent is constantly reduced and cut off to prevent element destruction. I can do it.
第１図は本発明の第１の実施例を示す回路図、第２図，
第３図，第４図は本発明の第2,第3,第４の実施例を示す
回路図、第５図はIGBTの特性図、第６図は本発明の第１
から第４の実施例におけるIGBTの断面図、第７図は第１
図の動作を示すタイムチヤート、第８図は、本発明の実
施例となるインバータ装置の一構成例を示す図である。 1,2……直流電源、3,5,7,8,15,23,27……トランジス
タ、4,6,9,11,17,20,22,24,25,26,28……抵抗、10……I
GBT、12,18,29,30……ダイオード、13,19,21……コンデ
ンサ、14……ツエナーダイオード、16……ホトカプラ。FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention.
3 and 4 are circuit diagrams showing second, third and fourth embodiments of the present invention, FIG. 5 is a characteristic diagram of an IGBT, and FIG. 6 is a first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of the IGBT according to the fourth to fourth embodiments, and FIG.
FIG. 8 is a time chart showing the operation of the drawing, and FIG. 8 is a diagram showing an example of the configuration of an inverter device according to an embodiment of the present invention. 1,2 ... DC power supply, 3,5,7,8,15,23,27 ... Transistor, 4,6,9,11,17,20,22,24,25,26,28 ... Resistance, 10 …… I
GBT, 12, 18, 29, 30 ... diode, 13, 19, 21 ... capacitor, 14 ... Zener diode, 16 ... photocoupler.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井堀 敏 千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号 株式会社日立製作所習志野工場内 (72)発明者 武者 修二 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 松田 靖夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−58827（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−185064（ＪＰ，Ａ) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Satoshi Ibori 7-11-1, Higashi Narashino, Narashino City, Chiba Prefecture Inside the Hitachi, Ltd. Narashino Plant (72) Inventor Shuji Musha 3-1-1 Sachimachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. Hitachi, Ltd. Hitachi Plant (72) Inventor Yasuo Matsuda 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory, Ltd. (56) References JP-A-62-58827 (JP, A) JP-A-61 -185064 (JP, A)
Claims (2)
己消弧素子と、 第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との
コンプリメンタル接続を含み、上記第１のスイッチング
素子及び上記第２のスイッチング素子の相互接続点が静
電誘導形自己消弧素子のゲートに接続され、上記第１の
スイッチング素子の制御端子と上記コンプリメンタル接
続の一端との間に第３のスイッチング素子が接続され、
入力されたオンオフ指令信号によって上記第３のスイッ
チング素子をスイッチング動作させることにより、上記
定電圧電源から発生した電圧を上記コンプリメンタル接
続を介して上記静電誘導形自己消弧素子のゲートに印加
するゲート電圧入力回路と、 上記静電誘導形自己消弧素子のコレクタ電圧が所定の値
以上のとき、上記ゲート電圧入力回路によって上記静電
誘導形自己消弧素子のゲートに印加される電圧を低下さ
せ、上記静電誘導形自己消弧素子がオンし続ける電圧を
上記静電誘導形自己消弧素子のゲートに印加する手段
と、 上記第３のスイッチング素子の制御端子と上記コンプリ
メンタル接続の上記一端との間に第４のスイッチング素
子が接続され、上記第４のスイッチング素子をオンして
上記第３のスイッチング素子の制御端子と上記コンプリ
メンタル接続の上記一端との間を短絡することにより、
上記静電誘導形自己消弧素子のゲートに印加される電圧
が低下中にオフ指令信号が入力されても、上記静電誘導
形自己消弧素子のオン状態を保持するオン保持回路と、 を具備することを特徴とする静電誘導形自己消弧素子の
駆動回路。A first voltage switching power supply; a static induction type self-extinguishing element having a collector, an emitter, and a gate; and a complementary connection between a first switching element and a second switching element. The interconnection point of the switching element and the second switching element is connected to the gate of the self-turn-off device of the electrostatic induction type, and a first connection point between the control terminal of the first switching element and one end of the complementary connection. 3 switching elements are connected,
The voltage generated from the constant voltage power supply is applied to the gate of the static induction type self-extinguishing element via the complementary connection by causing the third switching element to perform a switching operation according to the input ON / OFF command signal. A gate voltage input circuit, and when the collector voltage of the static induction type self-extinguishing element is equal to or higher than a predetermined value, the voltage applied to the gate of the static induction type self-extinguishing element by the gate voltage input circuit is reduced. Means for applying a voltage that keeps the static induction self-extinguishing element on, to the gate of the static induction self-extinguishing element; and a control terminal of the third switching element and the complementary connection. A fourth switching element is connected between the first switching element and the one end, and the fourth switching element is turned on to control a control terminal of the third switching element. By short-circuiting between the one end of the completion mental connection,
An on-hold circuit that holds the on state of the electrostatic induction type self-extinguishing element even when an off command signal is input while the voltage applied to the gate of the static induction self-extinguishing element is low, A driving circuit for an electrostatic induction type self-extinguishing element, comprising:
ミッタ電流路が第３の定電圧電源の一方の端子と他方の
端子との間に直列に接続され、該接続点に負荷が接続さ
れる第１及び第２の静電誘導形自己消弧素子と、 第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との
コンプリメンタル接続を含み、上記第１のスイッチング
素子及び上記第２のスイッチング素子の相互接続点が上
記第１の静電誘導形自己消弧素子のゲートに接続され、
上記第１のスイッチング素子の制御端子と上記第１及び
第２のスイッチング素子のコンプリメンタル接続の一端
との間に第３のスイッチング素子が接続され、入力され
たオンオフ指令信号によって上記第３のスイッチング素
子をスイッチング動作させることにより、上記第１の定
電圧電源から発生した電圧を上記第１及び第２のスイッ
チング素子のコンプリメンタル接続を介して上記第１の
静電誘導形自己消弧素子のゲートに印加する第１のゲー
ト電圧入力回路と、 第４のスイッチング素子と第５のスイッチング素子との
コンプリメンタル接続を含み、上記第４のスイッチング
素子及び上記第５のスイッチング素子の相互接続点が上
記第２の静電誘導形自己消弧素子のゲートに接続され、
上記第４のスイッチング素子の制御端子と上記第４及び
第５のスイッチング素子のコンプリメンタル接続の一端
との間に第６のスイッチング素子が接続され、入力され
たオンオフ指令信号によって上記第６のスイッチング素
子をスイッチング動作させることにより、上記第２の定
電圧電源から発生した電圧を上記第４及び第５のスイッ
チング素子のコンプリメンタル接続を介して上記第２の
静電誘導形自己消弧素子のゲートに印加する第２のゲー
ト電圧入力回路と、 上記第１の静電誘導形自己消弧素子のコレクタ電圧が所
定の値以上のとき、上記第１のゲート電圧入力回路によ
って上記第１の静電誘導形自己消弧素子のゲートに印加
される電圧を低下させ、上記第１の静電誘導形自己消弧
素子がオンし続ける電圧を上記第１の静電誘導形自己消
弧素子のゲートに印加する手段と、 上記第２の静電誘導形自己消弧素子のコレクタ電圧が所
定の値以上のとき、上記第２のゲート電圧入力回路によ
って上記第２の静電誘導形自己消弧素子のゲートに印加
される電圧を低下させ、上記第２の静電誘導形自己消弧
素子がオンし続ける電圧を上記第２の静電誘導形自己消
弧素子のゲートに印加する手段と、 上記第３のスイッチング素子の制御端子と上記第１及び
第２のスイッチング素子のコンプリメンタル接続の上記
一端との間に第７のスイッチング素子が接続され、上記
第７のスイッチング素子をオンして上記第３のスイッチ
ング素子の制御端子と上記第１及び第２のスイッチング
素子のコンプリメンタル接続の上記一端との間を短絡す
ることにより、上記第１の静電誘導形自己消弧素子のゲ
ートに印加される電圧が低下中にオフ指令信号が入力さ
れても、上記第１の静電誘導形自己消弧素子のオン状態
を保持する第１のオン保持回路と、 上記第６のスイッチング素子の制御端子と上記第４及び
第５のスイッチング素子のコンプリメンタル接続の上記
一端との間に第８のスイッチング素子が接続され、上記
第８のスイッチング素子をオンして上記第６のスイッチ
ング素子の制御端子と上記第４及び第５のスイッチング
素子のコンプリメンタル接続の上記一端との間を短絡す
ることにより、上記第２の静電誘導形自己消弧素子のゲ
ートに印加される電圧が低下中にオフ指令信号が入力さ
れても、上記第２の静電誘導形自己消弧素子のオン状態
を保持する第２のオン保持回路と、 を具備することを特徴とする静電誘導形自己消弧素子を
有するインバータ装置。2. A constant voltage power supply having a first, second, and third constant voltage power supplies, a collector, an emitter, and a gate, wherein a collector / emitter current path is connected to one terminal and the other terminal of the third constant voltage power supply. And a first and second electrostatic induction-type self-extinguishing elements, which are connected in series between each other and a load is connected to the connection point; and a complementary connection between the first switching element and the second switching element. An interconnect point of the first switching element and the second switching element is connected to a gate of the first static induction type self-extinguishing element;
A third switching element is connected between a control terminal of the first switching element and one end of a complementary connection between the first and second switching elements, and the third switching is performed by an input on / off command signal. The switching operation of the element causes the voltage generated from the first constant voltage power supply to be applied to the gate of the first electrostatic induction type self-extinguishing element via the complementary connection of the first and second switching elements. And a complementary connection between a fourth switching element and a fifth switching element, wherein an interconnection point of the fourth switching element and the fifth switching element is Connected to the gate of the second static induction type self-extinguishing element,
A sixth switching element is connected between the control terminal of the fourth switching element and one end of the complementary connection of the fourth and fifth switching elements, and the sixth switching is performed by an input on / off command signal. By switching the element, the voltage generated from the second constant voltage power supply is applied to the gate of the second static induction type self-extinguishing element through the complementary connection of the fourth and fifth switching elements. A second gate voltage input circuit to be applied to the first static induction type self-extinguishing element when the collector voltage is equal to or higher than a predetermined value. The voltage applied to the gate of the induction-type self-extinguishing element is reduced, and the voltage at which the first electrostatic induction-type self-extinguishing element keeps on is reduced to the first electrostatic induction-type self-extinguishing element. Means for applying to the gate of the arc-extinguishing element; and when the collector voltage of the second electrostatic induction-type self-arc-extinguishing element is equal to or higher than a predetermined value, the second gate voltage input circuit causes the second electrostatic induction to be applied The voltage applied to the gate of the self-extinguishing element is reduced, and the voltage at which the second static induction self-extinguishing element keeps on is applied to the gate of the second self-extinguishing self-extinguishing element. Means for connecting, a seventh switching element is connected between the control terminal of the third switching element and the one end of the complementary connection of the first and second switching elements, and the seventh switching element The first static induction type self-extinguishing element is turned on by short-circuiting between the control terminal of the third switching element and the one end of the complementary connection between the first and second switching elements. of A first on-hold circuit for holding the on state of the first electrostatic induction type self-extinguishing element even if an off command signal is input while the voltage applied to the port is decreasing; An eighth switching element is connected between the control terminal of the switching element and the one end of the complementary connection between the fourth and fifth switching elements, and turns on the eighth switching element to perform the sixth switching. By short-circuiting the control terminal of the element and the one end of the complementary connection of the fourth and fifth switching elements, the voltage applied to the gate of the second static induction type self-extinguishing element is reduced. A second on-hold circuit for holding the on-state of the second electrostatic induction type self-extinguishing element even if an off command signal is input during the decrease. Self-extinguishing element Inverter device to be.
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