JP3199910B2 - 電圧駆動形自己消弧素子の過電流保護回路 - Google Patents

電圧駆動形自己消弧素子の過電流保護回路

Info

Publication number
JP3199910B2
JP3199910B2 JP15315193A JP15315193A JP3199910B2 JP 3199910 B2 JP3199910 B2 JP 3199910B2 JP 15315193 A JP15315193 A JP 15315193A JP 15315193 A JP15315193 A JP 15315193A JP 3199910 B2 JP3199910 B2 JP 3199910B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
gate
overcurrent
extinguishing element
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP15315193A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0715948A (ja
Inventor
雅徳 宮崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP15315193A priority Critical patent/JP3199910B2/ja
Publication of JPH0715948A publication Critical patent/JPH0715948A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3199910B2 publication Critical patent/JP3199910B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Power Conversion In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はIGBT(絶縁ゲートバ
イポーラトランジスタ)等の電圧駆動形自己消弧素子を
電力用スイッチング素子として使用した電力変換装置に
関し、特に電圧駆動形自己消弧素子に何らかの理由で過
大な電流が流れたとき、電圧駆動形自己消弧素子やその
他の機器を破損する事無く安全に停止する事の出来る電
圧駆動形自己消弧素子の過電流保護回路に関する。
【0002】
【従来の技術】IGBTを使用した電力変換装置の過電
流保護回路の公知技術としては過電流をCT等の電流検
出器により検知してゲート信号を遮断する方法、過電流
がIGBTに流れたときにIGBTのコレクターエミッ
タ間電圧(VCE)が上昇する特性を利用して、ゲート
電圧を緩やかに低下させて事故電流を限流させるゲート
絞り等がある。(電子技術1991年8月号IGBT応
用の基礎)IGBTを使用した電力変換装置の例として
3相インバータ回路の例を図13に示す。この3相イン
バータ回路は、直流電源入力端子P,N間の直流電圧を
平滑するコンデンサ1と、このP,N間にブリッジ接続
された6個のIGBT2と、各IGBT2に逆並列に接
続されたダイオード3で構成され、各ブリッジ接続され
たIGBTの出力端子0から可変電圧、可変周波数の交
流電力を出力し、負荷4に供給するものである。このよ
うなIGBTを用いたインバータ回路の従来の過電流保
護回路を図14に示す。図14において、2はIGB
T、3は逆並列ダイオード、5はIGBTのゲート回
路、6はゲート信号発生回路、7はゲート絞り回路、8
はゲート抵抗である。また、IGBTのゲート回路5
は、ゲート電源51P,51N、フォトカプラ52、ト
ランジスタ回路53の構成要素よりなっている。図14
の基本的動作を以下に説明する。図14において、ゲー
ト信号発生回路6よりゲート信号GSIG が出力され
ると、フォトカプラ52はゲート信号GSIG を絶縁
し、ゲート信号GP1としてトランジスタ回路53に入
力される。トランジスタ回路53はゲート電源51P,
51Nを電源としてゲート信号GP1を電流増幅してゲ
ート信号GP を出力する。一般的にゲート電源として
は正側51Pに10〜15V、負側51Nに5〜15V
の電源を用いる。ゲート信号GP をゲート抵抗8を介
してIGBT2のゲートGに加える事によりIGBT2
をオン,オフする事ができる。ゲート信号GP が正の
時はオン、負の時はオフとなる。ここでもしIGBT2
のオン中に過大な電流が流れると、IGBT2のコレク
ターエミッタ間電圧VCEが上昇する。この電圧VCE
が所定値を越えるとゲート絞り回路7により検知され、
ゲート信号GP2を下げ、トランジスタ回路53のベー
ス電位を下げゲート信号GP の電位も下がって、IG
BT2のオン抵抗を上昇させコレクタ電流を減少させる
事が可能となる。これがゲート絞り動作によるIGBT
の過電流保護で、もし前記動作を充分短時間(一般的に
数μSから数十μS程度の時間)で行うなら、IGBT
を破損する事無く安全に停止する事が可能である。
【0003】図15にIGBTインバータの過電流保護
回路の従来技術の異なる例を示す。図15において、
1,2,3,5,52,6,8は図13,図14と同一
構成要素のため説明を省く。9は電流センサ、10はコ
ンパレータ回路、11は過電流検出レベルの設定器、1
2はラッチ回路、13はゲートブロック回路である。図
15の基本的動作を以下に説明する。ゲート信号発生回
路6から出力されたゲート信号GIG1 はゲートブロ
ック回路13を経由してゲート回路5に入力される。正
常時、ゲートブロック回路13はゲート信号GSIG1
をそのままゲート信号GSIG2として出力する。も
し、何らかの理由でIGBT2により直流短絡等の事故
が発生し、IGBT2に過大な電流が流れた場合、電流
センサ9によりこれを検知する。直流短絡や出力短絡等
の事故が電力変換装置に発生すると当初事故電流の大半
はフィルタコンデンサから供給される。このとき、電源
からも供給されるが、一般に電力変換装置及びその電源
を考察すると、フィルタコンデンサはインバータ回路に
低インダクタンスで接続されており、電源はリアクトル
やトランス等により高いインダクタンスを有するのが一
般的であります。従って、直流短絡等の事故時にはフィ
ルタコンデンサから流出する電流が最も急峻に増加し、
この電流を検出することにより事故を検知することがで
きる。電流信号ICAP をコンパレータ回路10に入
力して、過電流検出レベル設定器11の出力IOCと比
較し、もし電流信号ICAP の方が大きい場合、過電
流信号OCを出力する。ラッチ回路12はこれを保持
し、ゲートブロック信号GBを出力し、ゲートブロック
回路13によりゲート信号GSIG2を遮断する。これ
により、IGBT2はオフし、事故電流を直ちに遮断す
る事が出来る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記のような過電流保
護方式には、以下に記す様な問題点があった。 (A)まず図15に示したような単純なゲートブロック
方式は、事故電流遮断時に大きなサージ電圧が発生して
IGBT素子が過電圧破壊する事があった。 (B)また、図14に示したようなゲート絞り方式は、
事故電流をソフトに限流する事が可能で、事故電流限流
時のサージ電圧は小さいが、過大なコレクタ電流によっ
て発生するコレクターエミッタ間電圧VCEが素子特性
に依存しばらつきがあるため、均一な保護特性を得にく
い。 (C)さらに、かなり大きな事故電流が立ち上がるまで
前記VCEが上昇しないため、ゲート絞り回路が動作を
始めたときには、既にかなり大きな電流が流れており、
保護が間に合わないケースがある。 (D)IGBTは通常のオン時にもスイッチングスピー
ドが有限なためVCEが低下するまで一定時間必要であ
り、この間ゲート絞りできない。ゲートパルス入力タイ
ミングで短絡事故が発生したときも、同じく一定時間は
通常のオンか、短絡事故が区別できない。このため、ゲ
ート絞り回路が動作を始めたときには、かなり大きな電
流が流れており、保護が間に合わないケースがある。 (E)IGBTのVCEをフィードバックしてそれ自身
のゲート電圧を下げるため、図13の様なインバータ回
路で直流短絡が発生しても事故電流の流れている2個の
IGBTのうち先にVCEの上昇した方が全電圧を負担
し、2個のIGBTで電圧を分担しながら限流できな
い。 (F)短絡事故発生直後に偶然、通常のオフタイミング
が当たると、大きな事故電流を遮断して素子が過電圧破
壊することが避けられない。
【0005】本発明は、以上のような問題点に鑑みて行
われたもので、その目的とするところは、素子特性に関
わり無く、確実にゲート絞り動作により過電流保護が可
能な電圧駆動形自己消弧素子の過電流保護回路を提供す
ることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1に対応する第1
発明として、直流端子間の直流電圧を平滑するコンデン
サと直流端子間にブリッジ接続された電圧駆動形自己消
弧素子とを有する電力変換装置の電圧駆動形自己消弧素
子の過電流保護回路において、前記コンデンサに流れる
電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段の出
力と予め定められた過電流検出レベルとを比較し電流検
出手段の出力が過電流検出レベルより大きくなったこと
により過電流を検出するコンパレータと、このコンパレ
ータにより過電流が検出されると前記電圧駆動形自己消
弧素子のゲート電位を通常のオン時のゲート電位より低
下させるゲート回路と、前記コンパレータにより過電流
が検出されると前記電圧駆動形自己消弧素子に対するオ
ン指令を保持し、所定時間経過後に前記電圧駆動形自己
消弧素子のゲート電位を通常のオフ時のゲート電位に低
下させるゲートしゃ断回路を設ける。
【0007】更に、上記構成の電圧駆動形自己消弧素子
の過電流保護回路を複数回路備え、いずれかのコンパレ
ータにより過電流が検出されたとき、該コンパレータの
出力を全てのゲート回路に入力し全ての前記電圧駆動形
自己消弧素子のゲート電位を低下させる手段を設ける。
【0008】また、コンパレータの出力により直ちに
記電圧駆動形自己消弧素子のゲート電位を所定値に低下
させ一定時間後に更にゲート電位を低下させるゲート回
路とする。また、前記電圧駆動形自己消弧素子はコレク
タ電流を検出する電流センサを内蔵した電圧駆動形自己
消弧素子を使用し、この電流センサの出力を前記コンパ
レータへ入力する構成とする。
【0009】請求項4に対応する第2発明として、直流
端子間の直流電圧を平滑するコンデンサと直流端子間に
ブリッジ接続された電圧駆動形自己消弧素子とを有する
電力変換装置の電圧駆動形自己消弧素子の過電流保護回
路において、前記コンデンサに流れる電流を検出する電
流検出手段と、この電流検出手段の出力と予め定められ
た第1の過電流検出レベルとを比較し電流検出手段の出
力が第1の過電流検出レベルより大きくなったことによ
り過電流を検出する第1のコンパレータと、前記直流端
子間の電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手
段の出力と予め定められた第2の過電流検出レベルとを
比較し電圧検出手段の出力が第2の過電流検出レベルよ
り小さくなったことにより過電流を検出する第2のコン
パレータと、前記第1,第2のコンパレータのアンド条
件により、前記電圧駆動形自己消弧素子のゲート電位を
通常のオン時のゲート電位より低下させるゲート回路を
設ける。
【0010】更に、前記第1,第2のコンパレータのア
ンド条件により前記電圧駆動形自己消弧素子に対するオ
ン指令を保持し所定時間経過後に前記電圧駆動形自己消
弧素子のゲート電位を通常のオフ時のゲート電位に低下
させるゲートしゃ断回路を設ける。
【0011】また、上記構成の電圧駆動形自己消弧素子
の過電流保護回路を複数回路備え、いずれかの回路の第
1,第2コンパレータのアンド条件により過電流が検出
されたとき、該第1,第2のコンパレータのアンド条件
の出力を全てのゲート回路に入力し全ての前記電圧駆動
形自己消弧素子のゲート電位を低下させる手段を設け
る。
【0012】請求項7に対応する第3発明として、直流
端子間の直流電圧を平滑するコンデンサと直流端子間に
ブリッジ接続されたコレクタ電流検出する電流センサを
内蔵した電圧駆動形自己消弧素子とを有する電力変換装
置の電圧駆動形自己消弧素子の過電流保護回路におい
て、前記コンデンサに流れる電流を検出する電流検出手
段と、この電流検出手段の出力と予め定められた第1の
過電流検出レベルとを比較し電流検出手段の出力が第1
の過電流検出レベルより大きくなったことにより過電流
を検出する第1のコンパレータと、前記電圧駆動形自己
消弧素子に内蔵した前記電流センサの出力と予め定めら
れた第2の過電流検出レベルとを比較し電流検出手段の
出力が第2の過電流検出レベルより大きくなったことに
より過電流を検出する第2のコンパレータと、前記第1
コンパレータと第2コンパレータの出力のアンド条件に
より前記電圧駆動形自己消弧素子のゲート電位を通常の
オン時のゲート電位より低下させるゲート回路を設け
る。
【0013】更に、前記第1,第2のコンパレータのア
ンド条件により前記電圧駆動形自己消弧素子に対するオ
ン指令を保持し所定時間経過後に前記電圧駆動形自己消
弧素子のゲート電位を通常のオフ時のゲート電位に低下
させるゲートしゃ断回路を設ける。
【0014】また、上記構成の電圧駆動形自己消弧素子
の過電流保護回路を複数回路備え、いずれかの回路の第
1,第2コンパレータのアンド条件により過電流が検出
されたとき、該第1,第2のコンパレータのアンド条件
の出力を全てのゲート回路に入力し全ての前記電圧駆動
形自己消弧素子のゲート電位を低下させる手段を設け
る。
【0015】
【0016】
【作用】第1発明の構成において、電圧駆動形自己消弧
素子に過電流が流れると、電流検出手段の出力が所定値
を越え、コンパレータにより過電流を判定される。この
判定によりゲート回路は電圧駆動形自己消弧素子のゲー
ト電位を低下させ電圧駆動形自己消弧素子のコレクター
エミッタ間電圧を増加させ過電流を抑制する。また、同
時に、ゲートしゃ断回路により電圧駆動形自己消弧素子
に対するオン指令が保持され、所定時間経過後に電圧駆
動形自己消弧素子のゲート電位を通常のオフ時のゲート
電位に低下させ抑制された過電流をしゃ断する。従っ
て、過電流が検出された直後に電圧駆動形自己消弧素子
に対するオフ指令は禁止される。更に、複数の電圧駆動
形自己消弧素子を用いそれぞれの電圧駆動形自己消弧素
子に対して第1発明の構成を備え、いずれかの電圧駆動
形自己消弧素子に過電流が流れると、いずれかのコンパ
レータにより過電流が検出され、該コンパレータの出力
により全てのゲート回路が電圧駆動形自己消弧素子のゲ
ート電位を低下させる。これにより、電圧駆動形自己消
弧素子の過電流は確実に抑制される。
【0017】また、コンパレータにより過電流が検出さ
れたとき、ゲート回路は直ちに電圧駆動形自己消弧素子
のゲート電位を所定値に低下させ過電流を抑制し、一定
時間後に更にゲート電位を低下させ、過電流抑制時の電
流変化率も抑制し過電圧の発生を防止する。
【0018】第2発明の構成において、電圧駆動形自己
消弧素子に過電流が流れると、電流検出手段の出力が所
定値を越え、第1コンパレータにより過電流を判定され
る。また、過電流により直流端子間の電圧が所定値以下
に低下すると第2コンパレータにより過電流と判定され
る。この第1,第2コンパレータのアンド条件によりゲ
ート回路は電圧駆動形自己消弧素子のゲート電位を低下
させ電圧駆動形自己消弧素子のコレクターエミッタ間電
圧を増加させ過電流を抑制する。また、同時に、ゲート
しゃ断回路により電圧駆動形自己消弧素子に対するオン
指令が保持され、所定時間経過後に電圧駆動形自己消弧
素子のゲート電位を通常のオフ時のゲート電位に低下さ
せ抑制された過電流をしゃ断する。従って、過電流が検
出された直後に電圧駆動形自己消弧素子に対するオフ指
令は禁止される。更に、複数の電圧駆動形自己消弧素子
を用いそれぞれの電圧駆動形自己消弧素子に対して第2
発明の構成を備え、いずれかの電圧駆動形自己消弧素子
に過電流が流れると、いずれかの第1,第2コンパレー
タにより過電流が検出され、該第1,第2コンパレータ
の出力により全てのゲート回路が電圧駆動形自己消弧素
子のゲート電位を低下させる。これにより、電圧駆動形
自己消弧素子の過電流は確実に抑制される。
【0019】第3発明の構成において、電圧駆動形自己
消弧素子に過電流が流れると、電圧駆動形自己消弧素子
に内蔵した電流センサとコンデンサの電流を検出する電
流検出手段のそれぞれの出力が所定値を越え、第1,第
2コンパレータによりそれぞれ過電流と判定される。こ
の第1,第2コンパレータのアンド条件によりゲート回
路は電圧駆動形自己消弧素子のゲート電位を低下させ電
圧駆動形自己消弧素子のコレクターエミッタ間電圧を増
加させ過電流を抑制する。また、同時に、ゲートしゃ断
回路により電圧駆動形自己消弧素子に対するオン指令が
保持され、所定時間経過後に電圧駆動形自己消弧素子の
ゲート電位を通常のオフ時のゲート電位に低下させ抑制
された過電流をしゃ断する。従って、過電流が検出され
た直後に電圧駆動形自己消弧素子に対するオフ指令は禁
止される。更に、複数の電圧駆動形自己消弧素子を用い
それぞれの電圧駆動形自己消弧素子に対して第3発明の
構成を備え、いずれかの電圧駆動形自己消弧素子に過電
流が流れると、いずれかのコンパレータにより過電流が
検出され、該コンパレータの出力により全てのゲート回
路が電圧駆動形自己消弧素子のゲート電位を低下させ
る。これにより、電圧駆動形自己消弧素子の過電流は確
実に抑制される。
【0020】
【0021】
【実施例】本発明の第1発明による第1実施例を図1に
示す。図1において、1は平滑コンデンサ、2はIGB
T、3は逆並列ダイオード、5はゲート回路、6はゲー
ト信号発生回路、7はゲート絞り回路、8はゲート抵
抗、9は電流センサ、10はコンパレータ回路、11は
過電流検出レベルの設定器、12はラッチ回路、14は
フォトカプラである。また、ゲート回路5はゲート電源
51P,51N、フォトカプラ52、トランジスタ回路
53の各構成要素よりなる。これらのゲート回路5、ゲ
ート信号発生回路6、ゲート絞り回路7、ゲート抵抗
8、フォトカプラ14は各IGBT毎に回路を構成す
る。
【0022】図2に上記第1実施例の動作を説明するた
めの波形図を示す。以下、図1及び図2を用いて、本発
明の動作を説明する。もし、何らかの理由で図2に示す
時刻tA の時点でIGBT2による直流短絡や出力短
絡等の事故が発生し、IGBT2に過大な電流が流れた
場合、電流センサ9によりこれを検知する。電流センサ
9の出力である電流信号ICAP をコンパレータ回路
10に入力して、過電流検出レベル設定器11の出力I
0Cと比較し、もし電流信号ICAP の方が大きい場
合、過電流信号OCを出力する(時刻tB )。ラッチ
回路12はこれを保持し、ゲート絞り信号GSを出力
し、これをフォトカプラ14により絶縁して、ゲート絞
り回路7に伝える。ゲート絞り回路7により、ゲート信
号GP2を下げると、トランジスタ回路53のベース電
位が下がりゲート信号GP の電位も下がって、IGB
T2のオン抵抗を上昇させコレクタ電流を減少または増
加率を下げる事が可能となる。その後ゲート信号GP
を遮断(実際にはマイナスとする)する事により(時刻
tC )、IGBTを破損する事無く安全に停止する事
が可能となる。
【0023】ゲート絞り信号GSをフォトカプラ14を
用いて絶縁するのはゲート回路5がIGBT2のエミッ
タEの電位に等しく高電圧から絶縁するためである。ま
たIGBT2のコレクタ電流IC と平滑コンデンサ1
の放電電流ICAP は直流短絡時の様なごく短時間の
現象の場合ほぼ等しいものと考えて良い。また、平滑コ
ンデンサ1に直列に接続された電流センサ9はインバー
タの直流入力回路(図1の9Aまたは9Bの位置)に有
っても同じである。
【0024】上述の第1実施例により、素子特性に関わ
り無く、高速かつ確実にゲート絞り動作により過電流保
護が可能となる。本発明の第1発明による第2実施例を
図3に示す。図3において図1と同一の構成要素には同
一番号を賦し、説明は省略する。図3において、15は
オンタイムディレー回路である。また、図4に第2実施
例の動作説明図を示す。以下、図3及び図4を用いて、
第2実施例の動作を説明する。この第2実施例におい
て、何らかの理由で図4に示す時刻tA の時点でIG
BT2による直流短絡や出力短絡等の事故が発生し、I
GBT2に過大な電流が流れた場合、電流センサ9によ
りこれを検知する。電流センサ9の出力である電流信号
ICAP をコンパレータ回路10に入力して、過電流
検出レベル設定器11の出力IOCと比較し、もし電流
信号ICAP の方が大きい場合、過電流信号OCを出
力する(時刻tB )。ラッチ回路12はこれを保持
し、ゲート絞り信号GSを出力し、これをフォトカプラ
14により絶縁して、ゲート絞り回路7に伝える。ゲー
ト絞り回路7により、ゲート信号GP2を下げると、ト
ランジスタ回路53のベース電位が下がりゲート信号G
P の電位も下がって、IGBT2のオン抵抗を上昇さ
せコレクタ電流を減少または増加率を下げる事が可能と
なる。ゲート絞り信号GSはオンタイムディレー回路1
5にも入力され、一定のディレー時間後(tdelay
)ゲートブロック信号GBを出力する。この信号によ
り、ゲートブロック回路13はゲート信号GSIG2を
遮断する(時刻tD )。これにより、ゲート信号GP
は遮断され、IGBT2はオフし、IGBTを破損す
る事無く安全に停止する事ができる。過電流検出後、一
定時間ゲート絞りを継続する事により、事故電流を減衰
させ、最後にゲートを遮断する際、ージ電圧を低く抑え
る事が可能となる。
【0025】本発明の第1発明による第3実施例を図5
に示す。図5において図3と同一の構成要素には同一番
号を賦し、説明は省略する。図5において、16はゲー
トホールド回路である。また、図6に第3実施例の動作
説明図を示す。以下、図5及び図6を用いて、第3実施
例の動作を説明する。過電流検出からゲート絞り信号G
S出力までは図3の第2実施例と同様なため説明を省略
する。ゲート絞り信号GSは、これをフォトカプラ14
により絶縁して、ゲート絞り回路7に伝える。ゲート絞
り回路7により、ゲート信号GP2を下げると、トラン
ジスタ回路53のベース電位が下がりゲート信号GP
の電位も下がって、IGBT2のオン抵抗を上昇させコ
レクタ電流を減少または増加率を下げる事が可能とな
る。また、ゲート絞り信号GSはゲートホールド回路1
6に入力されて、ゲート信号GSIG1がオンの場合オ
ン状態をホールドしてGSIG2に出力する。従って、
ゲート絞り時間中にゲート信号がオフになって、大きな
事故電流を遮断する事が妨げる。ゲート絞り信号GSは
オンタイムディレー回路15にも入力され、一定のディ
レー時間後(tdelay )ゲートブロック信号GB
を出力する。この信号により、ゲートブロック回路13
はゲート信号GSIG2を遮断する(時刻tD)。これ
により、ゲート信号GP は遮断され、IGBT2はオ
フし、IGBTを破損する事無く安全に停止する事がで
きる。本来、IGBTはオン、オフのスイッチング動作
を繰り返しており、過電流検出後、直ちにオン中のゲー
ト信号をホールドする事により、通常のオフ動作のタイ
ミングが偶然短絡事故発生直後に当たって大きな事故電
流を遮断し、IGBTが過電圧により破壊されるのを防
ぐ事が出来る。
【0026】本発明の第1発明による第4実施例を図7
に示す。図7において図1と同一の構成要素には同一番
号を賦し、説明を省略する。図7において、IGBTの
ゲート回路5、ゲート信号発生回路6、ゲート絞り回路
7、ゲート抵抗8、フォトカプラ14は各IGBT毎に
回路を構成するものとする。各構成要素はそれぞれ、直
流入力端子のP側のIGBT回路、N側のIGBT回路
を識別するためP,Nの番号を賦した。以下、図7を用
いて、第4実施例の動作を説明する。図7において、I
GBT2PとIGBT2Nを同時にオンする事は直流短
絡を発生するから、ゲート信号発生回路6がP側とN側
同時にオン信号GSIGP,GSIGNを出力する事は
ない。しかしながら、回路にノイズによる誤動作が発生
したり、何らかの理由でオン信号が同時に出力されたり
する事が有り得る。このような事故の場合には、電流セ
ンサ9の出力である電流信号ICAP をコンパレータ
回路10に入力して、過電流検出レベル設定器11の出
力IOCと比較し、もし電流信号ICAP の方が大き
い場合、過電流信号OCを出力する。ラッチ回路12は
これを保持し、ゲート絞り信号GSを出力し、これをP
側フォトカプラ14PとN側フォトカプラ14Nにより
絶縁して、ゲート絞り回路7Pと7Nに伝える。ゲート
絞り回路7P,7Nにより、ゲート信号GP2P ,G
P2N を下げると、ゲート信号GPP,GPNの電位
も下がって、2個のIGBT2P,2Nのオン抵抗を上
昇させコレクタ電流を減少または増加率を下げる事が可
能となる。その後ゲート信号GPP,GPNを遮断(実
際にはマイナスとする)する事により、IGBTを破損
する事無く安全に停止する事が可能となる。短絡電流を
2個のIGBTで電圧を分担しながら減流、遮断する事
になるため、信頼性の高い保護が可能となる。過電流を
検出したら、電力変換装置を構成する全IGBTのゲー
ト信号にゲート絞りを行う事で、結果としてオン信号を
出している素子のみ、ゲート絞りを選択的に行う事が出
来る。
【0027】本発明の第1発明による第5実施例を図8
に示す。図8において図1と同一の構成要素には同一番
号を賦し、説明を省略する。図8において、7Aはゲー
ト絞り回路、7Bもゲート絞り回路、17はオンタイム
ディレー回路である。また、図9に第5実施例の動作説
明図を示す。以下、図8および図9を用いて、第5実施
例の動作を説明する。この第5実施例では、過電流検出
により出力されたゲート絞り信号GSをフォトカプラ1
4を介してゲート絞り回路7Aとオンタイムディレー回
路17にゲート信号GSA として入力する。ゲート絞
り回路7Aはゲート絞り信号GP2A を出力してゲー
ト信号GP の電位を下げIGBT2に流れているコレ
クタ電流を減流する。オンタイムディレー回路17はゲ
ート絞り信号GSA を入力後一定時間(tdelay
)経過後にゲート絞り信号GSB を出力して、ゲー
ト信号GP をさらに下げ(時刻tD )、IGBT2
のコレクタ電流を減流、遮断する。このように保護回路
を構成する事で、遮断時のサージ発生をほとんど0に出
来る。ゲート絞りを二度に分ける理由は、ゲート信号G
P の電位を急激に下げると電流遮断時のサージが大き
くなるためである。
【0028】本発明の第2発明による第6実施例を図1
0に示す。図10において図1と同一の構成要素には同
一番号を賦し、説明を省略する。図10において、18
は絶縁器、19はコンパレータ回路、20は過電流検出
レベルの設定器、21はラッチ回路、22はアンド回路
である。図10の構成において、もし、何らかの理由で
IGBT2により、直流短絡等の事故が発生して、過電
流が流れた場合、これを図1と同様に、電流センサ9、
コンパレータ回路10、過電流検出レベルの設定器1
1、ラッチ回路12により検出するだけでなく、これと
別にIGBT2の端子に接続した絶縁器18により、直
流電圧VDCを使用して事故検出を行う。直流短絡が発
生した場合、IGBT2に接続された直流端子は一時的
に電圧が降下するため、これを過電流検出レベル設定器
20とコンパレータ回路19により検知して、過電流信
号OC2を出力する。ラッチ回路21によりこれを保持
し、ゲート絞り信号GS2として、前記電流センサ9に
よるゲート絞り信号GS1とのアンド条件でゲート絞り
信号GSを出力する。このように、過電流検出を二つの
異なる手段で行う事で、より確実な過電流保護回路を構
成できる。
【0029】
【0030】本発明の第3発明による第7実施例を図1
1に示す。図11において図1と同一の構成要素には同
一番号を賦し、説明を省略する。図11において、23
はセンサ付きIGBT、24はIGBTに内蔵された電
流センサ(抵抗)である。センサ付きIGBTとは通常
のIGBT素子内にコレクタ電流を計測する目的を持っ
て低抵抗24を内蔵したものを言う。図11の構成にお
いて、もし、何らかの理由でIGBT23による直流短
絡や出力短絡等の事故が発生し、IGBT23に過大な
電流が流れた場合、電流センサ24によりこれを検知す
る。電流センサ24の出力である電流信号IC をコン
パレータ回路10に入力して、過電流検出レベル設定器
11の出力IOC1 と比較し、もし電流信号IC の
方が大きい場合、過電流信号OC1を出力する。ラッチ
回路12はこれを保持し、ゲート絞り信号GS1を出力
し、アンド回路22に入力する。同時にIGBT23に
流れた電流を電流センサ9により検知する。電流センサ
9の出力である電流信号ICAP をコンパレータ回路
10に入力して、過電流検出レベル設定器11の出力I
OC2 と比較し、もし電流信号ICAP の方が大き
い場合、過電流信号OC2を出力する。ラッチ回路12
はこれを保持し、フォトカプラ14を介してゲート絞り
信号GS2を出力し、アンド回路22に入力する。アン
ド回路22の出力GSをゲート絞り回路7に入力し、こ
れによりゲート信号GP2を下げると、トランジスタ回
路53のベース電位が下がりゲート信号GP の電位も
下がって、IGBT23のオン抵抗を上昇させコレクタ
電流を減少または増加率を下げる事が可能となる。その
後ゲート信号GP を遮断(実際にはマイナスとする)
する事により、IGBTを破損する事無く安全に停止す
る事が可能となる。ゲート絞りの実施条件をコンデンサ
電流のOCとアーム電流のOCのANDにする事により
保護動作を確実なものにすることができる。
【0031】本発明の第1発明による第8実施例を図1
2に示す。図12において図3と同一の構成要素には同
一番号を賦し、説明を省略する。この第9実施例の動作
説明図は図4と同じである。以下、図3及び図4を用い
て、第9実施例の動作を説明する。
【0032】もし、何らかの理由で図4に示す時刻tA
の時点でIGBT23による直流短絡や出力短絡等の
事故が発生し、IGBT23に過大な電流が流れた場
合、電流センサ24によりこれを検知する。電流センサ
24の出力である電流信号ICをコンパレータ回路10
に入力して、過電流検出レベル設定器11の出力IOC
と比較し、もし電流信号IC の方が大きい場合、過電
流信号OCを出力する(時刻tB )。ラッチ回路12
はこれを保持し、ゲート絞り信号GSを出力し、ゲート
絞り回路7に伝える。ゲート絞り回路7により、ゲート
信号GP2を下げると、トランジスタ回路53のベース
電位が下がりゲート信号GP の電位も下がって、IG
BT23のオン抵抗を上昇させコレクタ電流を減少また
は増加率を下げる事が可能となる。ゲート絞り信号GS
は、これをフォトカプラ14により絶縁してオンタイム
ディレー回路15にも入力され、一定のディレー時間後
(tdelay )ゲートブロック信号GBを出力す
る。この信号により、ゲートブロック回路13はゲート
信号GSIG2を遮断する(時刻tD )。これによ
り、ゲート信号GP は遮断され、IGBT23はオフ
し、IGBTを破損する事無く安全に停止する事ができ
る。過電流検出後、一定時間ゲート絞りを継続する事に
より、事故電流を減衰させ、最後にゲート遮断する際、
サージ電圧を低く抑える事が可能となる。
【0033】
【0034】以上の実施例は、図13に示したような3
相インバータ回路以外でもIGBT等の電圧駆動形自己
消弧素子を使用した電力変換回路全般に付いて実施可能
である。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、IGBT等の電圧駆動
形自己消弧素子の過電流検出に電流センサを用い、過電
流検出後にまずゲート絞り動作を行い、これにより事故
電流を限流した後、ゲート信号により電圧駆動形自己消
弧素子の電流を遮断する。このように保護回路を構成す
る事で、素子特性に関わり無く、高速かつ確実にゲート
絞り動作により過電流保護が可能な電圧駆動形自己消弧
素子の過電流保護回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1発明による第1実施例の構成図
【図2】第1実施例の動作を説明するための波形図
【図3】本発明の第1発明による第2実施例の構成図
【図4】第2実施例の動作説明図
【図5】本発明の第1発明による第3実施例の構成図
【図6】第3実施例の動作説明図
【図7】本発明の第1発明による第4実施例の構成図
【図8】本発明の第1発明による第5実施例の構成図
【図9】第5実施例の動作説明図
【図10】本発明の第2発明による第6実施例の構成図
【図11】本発明の第3発明による第7実施例の構成図
【図12】本発明の第1発明による第8実施例の構成図
【図13】IGBTを使用するインバータ回路の一例を
示す図
【図14】従来のIGBTの過電流保護回路の構成図
【図15】従来のIGBTの過電流保護回路の他の構成
【符号の説明】
1 平滑コンデンサ 2,2P,2N IGBT 3,3P,3N 逆並列ダイオード 4 負荷 5,5P,5N IGBTのゲート回路 6,6P,6N ゲート信号発生回路 7,7P,7N,7A,7B ゲート絞り回路 8,8P,8N ゲート抵抗 9 電流センサ 10,10P,10N コンパレータ回路 11,11P,11N 過電流検出レベルの設定器 12,12P,12N ラッチ回路 13 ゲートブロック回路 14,14P,14N フォトカプラ 15 オンタイムディレー回路 16 ゲートホールド回路 17 オンタイムディレー回路 18 絶縁器 19 コンパレータ回路 20 過電流検出レベルの設定器 21 ラッチ回路 22 アンド回路 23,23P,23N センサ付きIGBT 24,24P,24N 電流センサ 25,25P,25N ゲート絞り回路 51,51P,51N ゲート電源 52 フォトカプラ 53 トランジスタ回路

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流端子間の直流電圧を平滑するコンデ
    ンサと直流端子間にブリッジ接続された電圧駆動形自己
    消弧素子とを有する電力変換装置の電圧駆動形自己消弧
    素子の過電流保護回路において、前記コンデンサに流れ
    る電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段の
    出力と予め定められた過電流検出レベルとを比較し電流
    検出手段の出力が過電流検出レベルより大きくなったこ
    とにより過電流を検出するコンパレータと、このコンパ
    レータにより過電流が検出されると前記電圧駆動形自己
    消弧素子のゲート電位を通常のオン時のゲート電位より
    低下させるゲート回路と、前記コンパレータにより過電
    流が検出されると前記電圧駆動形自己消弧素子に対する
    オン指令を保持し、所定時間経過後に前記電圧駆動形自
    己消弧素子のゲート電位を通常のオフ時のゲート電位に
    低下させるゲートしゃ断回路を設けたことを特徴とする
    電圧駆動形自己消弧素子の過電流保護回路。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の電圧駆動形自己消弧素
    子の過電流保護回路を複数回路備え、いずれかのコンパ
    レータにより過電流が検出されたとき、該コンパレータ
    の出力を全てのゲート回路に入力し全ての前記電圧駆動
    形自己消弧素子のゲート電位を低下させることを特徴と
    する電圧駆動形自己消弧素子の過電流保護回路。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の電圧駆動形自己消弧素
    子の過電流保護回路において、コンパレータの出力によ
    り直ちに前記電圧駆動形自己消弧素子のゲート電位を所
    定値に低下させ、一定時間後に更にゲート電位を低下さ
    せるゲート回路とすることを特徴とする電圧駆動形自己
    消弧素子の過電流保護回路。
  4. 【請求項4】 直流端子間の直流電圧を平滑するコンデ
    ンサと直流端子間にブリッジ接続された電圧駆動形自己
    消弧素子とを有する電力変換装置の電圧駆動形自己消弧
    素子の過電流保護回路において、前記コンデンサに流れ
    る電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段の
    出力と予め定められた第1の過電流検出レベルとを比較
    し電流検出手段の出力が第1の過電流検出レベルより大
    きくなったことにより過電流を検出する第1のコンパレ
    ータと、前記直流端子間の電圧を検出する電圧検出手段
    と、この電圧検出手段の出力と予め定められた第2の過
    電流検出レベルとを比較し電圧検出手段の出力が第2の
    過電流検出レベルより小さくなったことにより過電流を
    検出する第2のコンパレータと、前記第1,第2のコン
    パレータのアンド条件により、前記電圧駆動形自己消弧
    素子のゲート電位を通常のオン時のゲート電位より低下
    させるゲート回路を設けたことを特徴とする電圧駆動形
    自己消弧素子の過電流保護回路。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載の電圧駆動形自己消弧素
    子の過電流保護回路において、前記第1,第2のコンパ
    レータのアンド条件により前記電圧駆動形自己消弧素子
    に対するオン指令を保持し、所定時間経過後に前記電圧
    駆動形自己消弧素子のゲート電位を通常のオフ時のゲー
    ト電位に低下させるゲートしゃ断回路を設けたことを特
    徴とする電圧駆動形自己消弧素子の過電流保護回路。
  6. 【請求項6】 請求項4に記載の電圧駆動形自己消弧素
    子の過電流保護回路を複数回路備え、いずれかの回路の
    第1,第2コンパレータのアンド条件により過電流が検
    出されたとき、該第1,第2のコンパレータのアンド条
    件の出力を全てのゲート回路に入力し全ての前記電圧駆
    動形自己消弧素子のゲート電位を低下させることを特徴
    とする電圧駆動形自己消弧素子の過電流保護回路。
  7. 【請求項7】 直流端子間の直流電圧を平滑するコンデ
    ンサと直流端子間にブリッジ接続されたコレクタ電流検
    出する電流センサを内蔵した電圧駆動形自己消弧素子と
    を有する電力変換装置の電圧駆動形自己消弧素子の過電
    流保護回路において、前記コンデンサに流れる電流を検
    出する電流検出手段と、この電流検出手段の出力と予め
    定められた第1の過電流検出レベルとを比較し電流検出
    手段の出力が第1の過電流検出レベルより大きくなった
    ことにより過電流を検出する第1のコンパレータと、
    電圧駆動形自己消弧素子に内蔵した前記電流センサの
    出力と予め定められた第2の過電流検出レベルとを比較
    し電流検出手段の出力が第2の過電流検出レベルより大
    きくなったことにより過電流を検出する第2のコンパレ
    ータと、前記第1コンパレータと第2コンパレータの出
    力のアンド条件により前記電圧駆動形自己消弧素子のゲ
    ート電位を通常のオン時のゲート電位より低下させるゲ
    ート回路を設けたことを特徴とする電圧駆動形自己消弧
    素子の過電流保護回路。
  8. 【請求項8】 請求項7に記載の電圧駆動形自己消弧素
    子の過電流保護回路において、前記第1,第2のコンパ
    レータのアンド条件により前記電圧駆動形自己消弧素子
    に対するオン指令を保持し、所定時間経過後に前記電圧
    駆動形自己消弧素子のゲート電位を通常のオフ時のゲー
    ト電位に低下させるゲートしゃ断回路を設けたことを特
    徴とする電圧駆動形自己消弧素子の過電流保護回路。
  9. 【請求項9】 請求項7に記載の電圧駆動形自己消弧素
    子の過電流保護回路を複数回路備え、いずれかの回路の
    第1,第2コンパレータのアンド条件により過電流が検
    出されたとき、該第1,第2のコンパレータのアンド条
    件の出力を全てのゲート回路に入力し全ての前記電圧駆
    動形自己消弧素子のゲート電位を低下させることを特徴
    とする電圧駆動形自己消弧素子の過電流保護回路。
JP15315193A 1993-06-24 1993-06-24 電圧駆動形自己消弧素子の過電流保護回路 Expired - Lifetime JP3199910B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15315193A JP3199910B2 (ja) 1993-06-24 1993-06-24 電圧駆動形自己消弧素子の過電流保護回路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15315193A JP3199910B2 (ja) 1993-06-24 1993-06-24 電圧駆動形自己消弧素子の過電流保護回路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0715948A JPH0715948A (ja) 1995-01-17
JP3199910B2 true JP3199910B2 (ja) 2001-08-20

Family

ID=15556140

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP15315193A Expired - Lifetime JP3199910B2 (ja) 1993-06-24 1993-06-24 電圧駆動形自己消弧素子の過電流保護回路

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3199910B2 (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000134947A (ja) * 1998-10-29 2000-05-12 Toshiba Corp 電力変換器制御装置および電力変換器
US6518791B2 (en) 2000-03-21 2003-02-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Gate driver for driving a switching element, and a power converter in which the gate driver and an output element are integrated in one-chip
JP3582523B2 (ja) 2002-09-17 2004-10-27 トヨタ自動車株式会社 電気負荷装置、異常処理方法、および電気負荷の異常処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体
JP2010068585A (ja) * 2008-09-09 2010-03-25 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
JP6239024B2 (ja) * 2016-04-22 2017-11-29 三菱電機株式会社 電力変換装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0715948A (ja) 1995-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11139808B2 (en) Semiconductor device and power conversion system
US7463079B2 (en) Short circuit protection by gate voltage sensing
US8884660B2 (en) Driver for switching element and control system for machine using the same
US9698654B2 (en) Soft shutdown for isolated drivers
US9059709B2 (en) Gate drive circuit for transistor
EP2899886A1 (en) Semiconductor drive device and power conversion device using the same
US20150380926A1 (en) Power converter, short circuit protection circuit, and control method
JPH08316808A (ja) 半導体装置
JP2007259533A (ja) 半導体素子の保護回路
CN109599845B (zh) 一种保护电路、上桥驱动芯片及ipm模块
US8503146B1 (en) Gate driver with short-circuit protection
JP6773499B2 (ja) 半導体駆動装置ならびにこれを用いた電力変換装置
JP2018057105A (ja) 半導体駆動装置ならびにこれを用いた電力変換装置
US11757444B2 (en) Semiconductor element drive device and power conversion apparatus
JP3199910B2 (ja) 電圧駆動形自己消弧素子の過電流保護回路
JP4901083B2 (ja) ゲート駆動装置
US11824526B2 (en) Circuit and control method for preventing false turn-on of semiconductor switching device
JP4230190B2 (ja) 電力変換装置
WO2013174528A2 (en) Gate driver for a power converter
JP6298735B2 (ja) 半導体駆動装置ならびにそれを用いた電力変換装置
JPH06105448A (ja) 保護機能を備えたスイッチ装置
JP4313088B2 (ja) 半導体装置
JP2006014402A (ja) 電力変換装置の過電流保護装置
JP3918778B2 (ja) 保護回路
CN114094545B (zh) Apf/svg驱动回路故障快速保护系统和方法

Legal Events

Date Code Title Description
S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R371 Transfer withdrawn

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080615

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080615

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090615

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100615

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100615

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110615

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110615

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120615

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120615

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130615

Year of fee payment: 12

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term