JP3239728B2 - 半導体装置の保護方法 - Google Patents
半導体装置の保護方法Info
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- H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
- H02H7/122—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. dc/ac converters
- H02H7/1227—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. dc/ac converters responsive to abnormalities in the output circuit, e.g. short circuit
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はブリッジインバータ
回路などを構成するパワートランジスタ，ＩＧＢＴなど
の自己消弧スイッチング素子（以下自己消弧半導体装置
又は単に半導体装置とも呼ぶ）を持つ電力変換装置にお
いて、特に短絡事故時に半導体装置を簡単な保護回路で
保護し得るようにするための、半導体装置の保護方法に
関する。
回路などを構成するパワートランジスタ，ＩＧＢＴなど
の自己消弧スイッチング素子（以下自己消弧半導体装置
又は単に半導体装置とも呼ぶ）を持つ電力変換装置にお
いて、特に短絡事故時に半導体装置を簡単な保護回路で
保護し得るようにするための、半導体装置の保護方法に
関する。
【０００２】なお、以下各図において同一の符号は同一
もしくは相当部分を示す。
もしくは相当部分を示す。
【０００３】
【従来の技術】図４は半導体装置の短絡保護回路を備え
た従来の電力変換装置の構成例を示す。同図において０
１は直流電源、ＰとＮは夫々この直流電源０１の正極と
負極、Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１は３相ブリッジインバータ回路
を構成する上アームのＩＧＢＴ、Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２は同
じく下アームのＩＧＢＴである。なお、各ＩＧＢＴ Ｘ
１〜Ｚ１，Ｘ２〜Ｚ２は夫々還流用のダイオードが逆並
列に接続されている。ここで上アームと下アームの対と
なるＩＧＢＴとしてのＸ１とＸ２，Ｙ１とＹ２，Ｚ１と
Ｚ２は夫々直流電源０１の正極Ｐと負極Ｎ間に直列に接
続され、その対のＩＧＢＴ同士の接続点Ｕ，Ｖ，Ｗから
３相交流が取出される。
た従来の電力変換装置の構成例を示す。同図において０
１は直流電源、ＰとＮは夫々この直流電源０１の正極と
負極、Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１は３相ブリッジインバータ回路
を構成する上アームのＩＧＢＴ、Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２は同
じく下アームのＩＧＢＴである。なお、各ＩＧＢＴ Ｘ
１〜Ｚ１，Ｘ２〜Ｚ２は夫々還流用のダイオードが逆並
列に接続されている。ここで上アームと下アームの対と
なるＩＧＢＴとしてのＸ１とＸ２，Ｙ１とＹ２，Ｚ１と
Ｚ２は夫々直流電源０１の正極Ｐと負極Ｎ間に直列に接
続され、その対のＩＧＢＴ同士の接続点Ｕ，Ｖ，Ｗから
３相交流が取出される。
【０００４】また、２は各ＩＧＢＴ Ｘ１〜Ｚ１，Ｘ２
〜Ｚ２の制御端子（この場合ゲート）を駆動する駆動回
路、１は各ＩＧＢＴ Ｘ１〜Ｚ２に設けられた飽和電圧
・監視制御方式の短絡保護回路である。この短絡保護回
路１は短絡事故発生時に、短絡電流が流れる半導体装置
（この例ではＩＧＢＴ）の主端子間電圧としてのコレク
タ・エミッタ電圧ＶCEが飽和電圧ＶCE（ｓａｔ）＝ｌｏ
ｗ以上の所定のしきい値を越え、ＶCE＝ｈｉｇｈとなる
現象を利用して、当該の半導体装置に保護動作をかける
ものである。
〜Ｚ２の制御端子（この場合ゲート）を駆動する駆動回
路、１は各ＩＧＢＴ Ｘ１〜Ｚ２に設けられた飽和電圧
・監視制御方式の短絡保護回路である。この短絡保護回
路１は短絡事故発生時に、短絡電流が流れる半導体装置
（この例ではＩＧＢＴ）の主端子間電圧としてのコレク
タ・エミッタ電圧ＶCEが飽和電圧ＶCE（ｓａｔ）＝ｌｏ
ｗ以上の所定のしきい値を越え、ＶCE＝ｈｉｇｈとなる
現象を利用して、当該の半導体装置に保護動作をかける
ものである。
【０００５】具体的にはゲート駆動入力＝ｈｉｇｈ
（有）、且つＶCE＝ｈｉｇｈのとき、短絡事故と判定し
てゲート駆動入力信号（＝順バイアスゲート電圧＝ゲー
ト・エミッタ電圧）をしぼり（減少させ）、短絡電流を
抑制する。そして図４ではこの短絡保護回路１が各相，
各アームの全ての半導体装置（Ｘ１〜Ｚ１，Ｘ２〜Ｚ
２）に夫々設置されている。
（有）、且つＶCE＝ｈｉｇｈのとき、短絡事故と判定し
てゲート駆動入力信号（＝順バイアスゲート電圧＝ゲー
ト・エミッタ電圧）をしぼり（減少させ）、短絡電流を
抑制する。そして図４ではこの短絡保護回路１が各相，
各アームの全ての半導体装置（Ｘ１〜Ｚ１，Ｘ２〜Ｚ
２）に夫々設置されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図４のような短絡保護
回路１は出力の相間短絡（例えばＵＶ相間）又はアーム
間短絡（上，下アームの対の半導体装置間の短絡）にお
ける半導体装置の保護を主目的としており、その意味か
らは上，下何れかのアームの半導体装置で短絡保護を行
えば良い。しかし短絡事故時の上，下アームの半導体装
置の電圧分担（従ってその主端子間の電圧）はまちまち
で、上，下どのアームの主端子間電圧がしきい値以上と
なって短絡検出がなされるかは特定できない。このため
従来は図４のように各相，各アームの全ての半導体装置
に夫々短絡保護回路が必要であり、短絡保護回路が複雑
になるという課題があった。
回路１は出力の相間短絡（例えばＵＶ相間）又はアーム
間短絡（上，下アームの対の半導体装置間の短絡）にお
ける半導体装置の保護を主目的としており、その意味か
らは上，下何れかのアームの半導体装置で短絡保護を行
えば良い。しかし短絡事故時の上，下アームの半導体装
置の電圧分担（従ってその主端子間の電圧）はまちまち
で、上，下どのアームの主端子間電圧がしきい値以上と
なって短絡検出がなされるかは特定できない。このため
従来は図４のように各相，各アームの全ての半導体装置
に夫々短絡保護回路が必要であり、短絡保護回路が複雑
になるという課題があった。
【０００７】そこで本発明はこの課題を解消し上，下何
れかのアームのみの検出で短絡保護を行い、保護回路を
簡単化できる半導体装置の保護方法を提供することを課
題とする。
れかのアームのみの検出で短絡保護を行い、保護回路を
簡単化できる半導体装置の保護方法を提供することを課
題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、請求項１の保護方法では、夫々上アーム，下アー
ムとなる対の自己消弧スイッチング素子としての半導体
装置が直列に接続され、この対の半導体装置を直流電源
（０１）間に複数並列に接続してなり、これらの半導体
装置を夫々（駆動回路２を介し）スイッチング駆動する
ことにより、夫々の対の半導体装置の相互の接続点
（Ｕ，Ｖ，Ｗなど）から前記直流電源の電力を変換して
取出す電力変換装置において、前記半導体装置を電流駆
動形の半導体装置（バイポーラトランジスタなど）と
し、前記半導体装置に対する駆動信号の大きさ又は駆動
回路の定数が上アームの半導体装置と下アームの半導体
装置とで異なるようにし、上アーム又は下アームの何れ
か一方の半導体装置のみに、当該の半導体装置の主端子
間の電圧を監視して当該の半導体装置の駆動信号を制御
し、当該の半導体装置の過電流を抑制する保護手段（保
護回路１など）を設け、前記保護手段を設けるアーム側
の半導体装置（Ｕ２〜Ｗ２）の順バイアス電流（＋
Ｉ B2 ）を、保護手段を設けないアーム側の半導体装置
（Ｕ１〜Ｗ１）の順バイアス電流（＋Ｉ B1 ）よりも小さ
く設定するようにする。
めに、請求項１の保護方法では、夫々上アーム，下アー
ムとなる対の自己消弧スイッチング素子としての半導体
装置が直列に接続され、この対の半導体装置を直流電源
（０１）間に複数並列に接続してなり、これらの半導体
装置を夫々（駆動回路２を介し）スイッチング駆動する
ことにより、夫々の対の半導体装置の相互の接続点
（Ｕ，Ｖ，Ｗなど）から前記直流電源の電力を変換して
取出す電力変換装置において、前記半導体装置を電流駆
動形の半導体装置（バイポーラトランジスタなど）と
し、前記半導体装置に対する駆動信号の大きさ又は駆動
回路の定数が上アームの半導体装置と下アームの半導体
装置とで異なるようにし、上アーム又は下アームの何れ
か一方の半導体装置のみに、当該の半導体装置の主端子
間の電圧を監視して当該の半導体装置の駆動信号を制御
し、当該の半導体装置の過電流を抑制する保護手段（保
護回路１など）を設け、前記保護手段を設けるアーム側
の半導体装置（Ｕ２〜Ｗ２）の順バイアス電流（＋
Ｉ B2 ）を、保護手段を設けないアーム側の半導体装置
（Ｕ１〜Ｗ１）の順バイアス電流（＋Ｉ B1 ）よりも小さ
く設定するようにする。
【０００９】また請求項２の保護方法では、夫々上アー
ム，下アームとなる対の自己消弧スイッチング素子とし
ての半導体装置が直列に接続され、この対の半導体装置
を直流電源（０１）間に複数並列に接続してなり、これ
らの半導体装置を夫々（駆動回路２を介し）スイッチン
グ駆動することにより、夫々の対の半導体装置の相互の
接続点（Ｕ，Ｖ，Ｗなど）から前記直流電源の電力を変
換して取出す電力変換装置において、 前記半導体装置を
電圧駆動形（ＩＧＢＴなど）とし、前記半導体装置に対
する駆動信号の大きさ又は駆動回路の定数が上アームの
半導体装置と下アームの半導体装置とで異なるように
し、上アーム又は下アームの何れか一方の半導体装置の
みに、当該の半導体装置の主端子間の電圧を監視して当
該の半導体装置の駆動信号を制御し、当該の半導体装置
の過電流を抑制する保護手段（保護回路１など）を設
け、前記保護手段を設けるアーム側の半導体装置（Ｘ２
〜Ｚ２）の順バイアス電圧（＋Ｖ GE2 ）を保護手段を設
けないアーム側の半導体装置（Ｘ１〜Ｚ１）の順バイア
ス電圧（＋Ｖ GE1 ）よりも小さく設定する。
ム，下アームとなる対の自己消弧スイッチング素子とし
ての半導体装置が直列に接続され、この対の半導体装置
を直流電源（０１）間に複数並列に接続してなり、これ
らの半導体装置を夫々（駆動回路２を介し）スイッチン
グ駆動することにより、夫々の対の半導体装置の相互の
接続点（Ｕ，Ｖ，Ｗなど）から前記直流電源の電力を変
換して取出す電力変換装置において、 前記半導体装置を
電圧駆動形（ＩＧＢＴなど）とし、前記半導体装置に対
する駆動信号の大きさ又は駆動回路の定数が上アームの
半導体装置と下アームの半導体装置とで異なるように
し、上アーム又は下アームの何れか一方の半導体装置の
みに、当該の半導体装置の主端子間の電圧を監視して当
該の半導体装置の駆動信号を制御し、当該の半導体装置
の過電流を抑制する保護手段（保護回路１など）を設
け、前記保護手段を設けるアーム側の半導体装置（Ｘ２
〜Ｚ２）の順バイアス電圧（＋Ｖ GE2 ）を保護手段を設
けないアーム側の半導体装置（Ｘ１〜Ｚ１）の順バイア
ス電圧（＋Ｖ GE1 ）よりも小さく設定する。
【００１０】また請求項３の保護方法では、夫々上アー
ム，下アームとなる対の自己消弧スイッチング素子とし
ての半導体装置が直列に接続され、この対の半導体装置
を直流電源（０１）間に複数並列に接続してなり、これ
らの半導体装置を夫々（駆動回路２を介し）スイッチン
グ駆動することにより、夫々の対の半導体装置の相互の
接続点（Ｕ，Ｖ，Ｗなど）から前記直流電源の電力を変
換して取出す電力変換装置において、 前記半導体装置を
電流検出用エミッタ（３１）利用の過電流制限回路
（３）を持つ電圧駆動形の半導体装置（ＩＧＢＴなど）
とし、前記半導体装置に対する駆動信号の大きさ又は駆
動回路の定数が上アームの半導体装置と下アームの半導
体装置とで異なるようにし、上アーム又は下アームの何
れか一方の半導体装置のみに、当該の半導体装置の主端
子間の電圧を監視して当該の半導体装置の駆動信号を制
御し、当該の半導体装置の過電流を抑制する保護手段
（保護回路１など）を設け、前記保護手段を設けるアー
ム側の半導体装置（Ｘ１２〜Ｚ１２）のゲート抵抗（Ｒ
G2 ）の値を、保護手段を設けないアーム側の半導体装置
（Ｘ１１〜Ｚ１１）のゲート抵抗（Ｒ G1 ）の値よりも大
きく設定する。
ム，下アームとなる対の自己消弧スイッチング素子とし
ての半導体装置が直列に接続され、この対の半導体装置
を直流電源（０１）間に複数並列に接続してなり、これ
らの半導体装置を夫々（駆動回路２を介し）スイッチン
グ駆動することにより、夫々の対の半導体装置の相互の
接続点（Ｕ，Ｖ，Ｗなど）から前記直流電源の電力を変
換して取出す電力変換装置において、 前記半導体装置を
電流検出用エミッタ（３１）利用の過電流制限回路
（３）を持つ電圧駆動形の半導体装置（ＩＧＢＴなど）
とし、前記半導体装置に対する駆動信号の大きさ又は駆
動回路の定数が上アームの半導体装置と下アームの半導
体装置とで異なるようにし、上アーム又は下アームの何
れか一方の半導体装置のみに、当該の半導体装置の主端
子間の電圧を監視して当該の半導体装置の駆動信号を制
御し、当該の半導体装置の過電流を抑制する保護手段
（保護回路１など）を設け、前記保護手段を設けるアー
ム側の半導体装置（Ｘ１２〜Ｚ１２）のゲート抵抗（Ｒ
G2 ）の値を、保護手段を設けないアーム側の半導体装置
（Ｘ１１〜Ｚ１１）のゲート抵抗（Ｒ G1 ）の値よりも大
きく設定する。
【００１１】また請求項４の保護方法では、請求項１な
いし請求項３のいずれか１項に記載の保護方法におい
て、前記保護手段を設けるアームが下アームであるよう
にする。
いし請求項３のいずれか１項に記載の保護方法におい
て、前記保護手段を設けるアームが下アームであるよう
にする。
【００１２】本発明の作用は次の如くである。即ち短絡
事故発生時に半導体装置の主端子間電圧が飽和電圧以上
に上昇する現象は半導体装置の駆動条件に依存する。こ
のことを利用して上アームの半導体装置と下アームの半
導体装置の駆動条件に差を設けることにより、上アーム
又は下アームのどちらか一方のみで短絡を検出して保護
を行う。
事故発生時に半導体装置の主端子間電圧が飽和電圧以上
に上昇する現象は半導体装置の駆動条件に依存する。こ
のことを利用して上アームの半導体装置と下アームの半
導体装置の駆動条件に差を設けることにより、上アーム
又は下アームのどちらか一方のみで短絡を検出して保護
を行う。
【００１３】
（実施例１）図１は電流駆動形の自己消弧半導体装置と
してのバイポーラトランジスタを用いた３相ブリッジイ
ンバータ回路に本発明を適用した場合の構成例を示し、
この図は図４に対応している。
してのバイポーラトランジスタを用いた３相ブリッジイ
ンバータ回路に本発明を適用した場合の構成例を示し、
この図は図４に対応している。
【００１４】図１においてＵ１，Ｖ１，Ｗ１は上アーム
のバイポーラトランジスタ、Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２は夫々上
アームのトランジスタＵ１，Ｖ１，Ｗ１に直列接続され
た下アームのバイポーラトランジスタである。なお、各
バイポーラトランジスタＵ１〜Ｗ１，Ｕ２〜Ｗ２にも還
流ダイオードが逆並列に接続されている。この図１にお
いては短絡保護回路１は下アームのトランジスタＵ２〜
Ｗ２のみに設けられている。そして各トランジスタＵ１
〜Ｗ２の制御端子（この場合ベース）を駆動する駆動回
路２においては、上アームのバイポーラトランジスタＵ
１〜Ｗ１のベース駆動用順バイアスベース電流＋ＩB1よ
り、下アームのバイポーラトランジスタＵ２〜Ｗ２のベ
ース駆動用順バイアスベース電流＋ＩB2が小さく、つま
り次式（１）のように設定されている。
のバイポーラトランジスタ、Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２は夫々上
アームのトランジスタＵ１，Ｖ１，Ｗ１に直列接続され
た下アームのバイポーラトランジスタである。なお、各
バイポーラトランジスタＵ１〜Ｗ１，Ｕ２〜Ｗ２にも還
流ダイオードが逆並列に接続されている。この図１にお
いては短絡保護回路１は下アームのトランジスタＵ２〜
Ｗ２のみに設けられている。そして各トランジスタＵ１
〜Ｗ２の制御端子（この場合ベース）を駆動する駆動回
路２においては、上アームのバイポーラトランジスタＵ
１〜Ｗ１のベース駆動用順バイアスベース電流＋ＩB1よ
り、下アームのバイポーラトランジスタＵ２〜Ｗ２のベ
ース駆動用順バイアスベース電流＋ＩB2が小さく、つま
り次式（１）のように設定されている。
【００１５】
【数１】 ＋ＩB1＞＋ＩB2 ・・・（１） いま短絡事故として、例えばトランジスタＵ１，Ｖ２の
オンのタイミングにおいて、３相出力のＵＶ相間の短絡
が生じたとすれば、短絡電流は直流電源０１→トランジ
スタＵ１→３相出力ＵＶ間→トランジスタＶ２→直流電
源０１の経路で流れ、直流電源０１の電圧を上アームの
トランジスタＵ１と下アームのトランジスタＶ２とで分
担することになる。
オンのタイミングにおいて、３相出力のＵＶ相間の短絡
が生じたとすれば、短絡電流は直流電源０１→トランジ
スタＵ１→３相出力ＵＶ間→トランジスタＶ２→直流電
源０１の経路で流れ、直流電源０１の電圧を上アームの
トランジスタＵ１と下アームのトランジスタＶ２とで分
担することになる。
【００１６】また短絡事故として、例えばトランジスタ
Ｕ１のオンのタイミングに何らかの原因でトランジスタ
Ｕ２もオンし、アーム間短絡を生じたとすれば、短絡電
流は直流電源０１→トランジスタＵ１→トランジスタＵ
２→直流電源０１の経路で流れ、この場合も直流電源０
１の電圧を上アームのトランジスタＵ１と下アームのト
ランジスタＵ２とで分担することになる。
Ｕ１のオンのタイミングに何らかの原因でトランジスタ
Ｕ２もオンし、アーム間短絡を生じたとすれば、短絡電
流は直流電源０１→トランジスタＵ１→トランジスタＵ
２→直流電源０１の経路で流れ、この場合も直流電源０
１の電圧を上アームのトランジスタＵ１と下アームのト
ランジスタＵ２とで分担することになる。
【００１７】しかしながら前述のように上アームのトラ
ンジスタＵ１〜Ｗ１の順バイアスベース電流＋ＩB1より
下アームのトランジスタＵ２〜Ｗ２の順バイアスベース
電流＋ＩB2は小さく設定されているので、短絡事故時、
等価的に下アームのトランジスタの内部抵抗が、上アー
ムのトランジスタの内部抵抗より大きい形となり、下ア
ームのトランジスタＵ２〜Ｗ２が上アームのトランジス
タＵ１〜Ｗ１より直流電源０１の電圧をより多く（確実
にしきい値以上に）分担することとなる。これにより下
アームのトランジスタＵ２〜Ｗ２に設けられた短絡保護
回路１は確実に短絡事故を検出して順バイアスベース電
流をしぼり、これにより短絡電流を抑制して、当該の
上，下アームのトランジスタを保護する。
ンジスタＵ１〜Ｗ１の順バイアスベース電流＋ＩB1より
下アームのトランジスタＵ２〜Ｗ２の順バイアスベース
電流＋ＩB2は小さく設定されているので、短絡事故時、
等価的に下アームのトランジスタの内部抵抗が、上アー
ムのトランジスタの内部抵抗より大きい形となり、下ア
ームのトランジスタＵ２〜Ｗ２が上アームのトランジス
タＵ１〜Ｗ１より直流電源０１の電圧をより多く（確実
にしきい値以上に）分担することとなる。これにより下
アームのトランジスタＵ２〜Ｗ２に設けられた短絡保護
回路１は確実に短絡事故を検出して順バイアスベース電
流をしぼり、これにより短絡電流を抑制して、当該の
上，下アームのトランジスタを保護する。
【００１８】（実施例２）図２は電圧駆動形の自己消弧
形半導体装置としてのＩＧＢＴを用いた３相ブリッジイ
ンバータ回路に本発明を適用した場合の構成例を示し、
この図も図４に対応している。図２においては図４に対
し上アームのＩＧＢＴ Ｘ１〜Ｚ１の短絡保護回路１が
省略されている。そして各ＩＧＢＴ Ｘ１〜Ｚ２の制御
端子（この場合ゲート）を駆動する駆動回路２において
は、上アームのＩＧＢＴ Ｘ１〜Ｚ１のゲート駆動用順
バイアスゲート電圧＋ＶGE1 より、下アームのＩＧＢＴ
Ｘ２〜Ｚ２のゲート駆動用順バイアスゲート電圧＋Ｖ
GE2 が小さく、つまり次式（２）のように設定されてい
る。
形半導体装置としてのＩＧＢＴを用いた３相ブリッジイ
ンバータ回路に本発明を適用した場合の構成例を示し、
この図も図４に対応している。図２においては図４に対
し上アームのＩＧＢＴ Ｘ１〜Ｚ１の短絡保護回路１が
省略されている。そして各ＩＧＢＴ Ｘ１〜Ｚ２の制御
端子（この場合ゲート）を駆動する駆動回路２において
は、上アームのＩＧＢＴ Ｘ１〜Ｚ１のゲート駆動用順
バイアスゲート電圧＋ＶGE1 より、下アームのＩＧＢＴ
Ｘ２〜Ｚ２のゲート駆動用順バイアスゲート電圧＋Ｖ
GE2 が小さく、つまり次式（２）のように設定されてい
る。
【００１９】
【数２】 ＋ＶGE1 ＞＋ＶGE2 ・・・（２） 従って短絡事故時、等価的に下アームのＩＧＢＴの内部
抵抗が、上アームのＩＧＢＴの内部抵抗より大きい形と
なり、下アームのＩＧＢＴ Ｘ２〜Ｚ２が上アームのＩ
ＧＢＴ Ｘ１〜Ｚ１より直流電源０１の電圧をより多く
分担することとなる。これにより下アームのＩＧＢＴ
Ｘ２〜Ｚ２に設けられた短絡保護回路１は確実に短絡事
故を検出して順バイアスゲート電圧をしぼり、これによ
り短絡電流を抑制して、当該の上，下アームのＩＧＢＴ
を保護する。
抵抗が、上アームのＩＧＢＴの内部抵抗より大きい形と
なり、下アームのＩＧＢＴ Ｘ２〜Ｚ２が上アームのＩ
ＧＢＴ Ｘ１〜Ｚ１より直流電源０１の電圧をより多く
分担することとなる。これにより下アームのＩＧＢＴ
Ｘ２〜Ｚ２に設けられた短絡保護回路１は確実に短絡事
故を検出して順バイアスゲート電圧をしぼり、これによ
り短絡電流を抑制して、当該の上，下アームのＩＧＢＴ
を保護する。
【００２０】（実施例３）図３は電流検出用エミッタを
利用した過電流制限回路を持つ電圧駆動形の自己消弧形
半導体装置としてのＩＧＢＴ（電流検出用エッミタ付Ｉ
ＧＢＴと呼ぶ）を用いた３相ブリッジインバータ回路に
本発明を適用した場合の構成例を示し、この図は図２に
対応している。
利用した過電流制限回路を持つ電圧駆動形の自己消弧形
半導体装置としてのＩＧＢＴ（電流検出用エッミタ付Ｉ
ＧＢＴと呼ぶ）を用いた３相ブリッジインバータ回路に
本発明を適用した場合の構成例を示し、この図は図２に
対応している。
【００２１】図３において３１はＩＧＢＴの主電流を流
すエミッタとは別に設けられた主電流検出用エミッタで
あり、図３ではＩＧＢＴが図２のＩＧＢＴ Ｘ１〜Ｚ
１，Ｘ２〜Ｚ２に代わり、夫々、電流検出用エミッタ付
ＩＧＢＴ Ｘ１１〜Ｚ１１，Ｘ１２〜Ｚ１２に置換わっ
ている。そして３は各電流検出用エミッタ付ＩＧＢＴ
Ｘ１１〜Ｚ１１，Ｘ１２〜Ｚ１２に付加されて、夫々当
該のＩＧＢＴの電流検出用エミッタ３１，ゲート及びエ
ミッタに接続された過電流制限回路である。この過電流
制限回路３は短絡事故時、当該の電流検出用エミッタ付
ＩＧＢＴに流れる短絡電流が上昇する時間を遅らせ、保
護回路の作動を容易にする目的で付設されている。
すエミッタとは別に設けられた主電流検出用エミッタで
あり、図３ではＩＧＢＴが図２のＩＧＢＴ Ｘ１〜Ｚ
１，Ｘ２〜Ｚ２に代わり、夫々、電流検出用エミッタ付
ＩＧＢＴ Ｘ１１〜Ｚ１１，Ｘ１２〜Ｚ１２に置換わっ
ている。そして３は各電流検出用エミッタ付ＩＧＢＴ
Ｘ１１〜Ｚ１１，Ｘ１２〜Ｚ１２に付加されて、夫々当
該のＩＧＢＴの電流検出用エミッタ３１，ゲート及びエ
ミッタに接続された過電流制限回路である。この過電流
制限回路３は短絡事故時、当該の電流検出用エミッタ付
ＩＧＢＴに流れる短絡電流が上昇する時間を遅らせ、保
護回路の作動を容易にする目的で付設されている。
【００２２】また、図３においては上アームの電流検出
用エミッタ付ＩＧＢＴ Ｘ１１〜Ｚ１１にはゲートに直
列にゲート抵抗ＲG1が挿入され、又下アームの電流検出
用エミッタ付ＩＧＢＴ Ｘ１２〜Ｚ１２には同じくゲー
トに直列にゲート抵抗ＲG2が挿入されている。そして上
アームのゲート抵抗ＲG1より下アームのゲート抵抗Ｒ G2
が大きく、つまり下式（３）を満たすように設定されて
いる。
用エミッタ付ＩＧＢＴ Ｘ１１〜Ｚ１１にはゲートに直
列にゲート抵抗ＲG1が挿入され、又下アームの電流検出
用エミッタ付ＩＧＢＴ Ｘ１２〜Ｚ１２には同じくゲー
トに直列にゲート抵抗ＲG2が挿入されている。そして上
アームのゲート抵抗ＲG1より下アームのゲート抵抗Ｒ G2
が大きく、つまり下式（３）を満たすように設定されて
いる。
【００２３】
【数３】 ＲG2＞ＲG1 ・・・（３） 過電流制限回路３を持つ電流検出用エミッタ付ＩＧＢＴ
は、ゲート抵抗が増加するにつれ、又は順バイアスゲー
ト電圧が減少するにつれ過電流時の等価的な内部抵抗が
増加する性質を持っている。従って上，下アームのＩＧ
ＢＴのゲート抵抗ＲG1，ＲG2を式（３）のように設定し
たとき、短絡事故時には下アームの電流検出用エミッタ
付ＩＧＢＴ Ｘ１２〜Ｚ１２が、上アームの電流検出用
エミッタ付ＩＧＢＴ Ｘ１１〜Ｚ１１より、直流電源０
１の電圧をより多く分担することになる。これにより下
アームのＩＧＢＴ Ｘ１２〜Ｚ１２に設けられた短絡保
護回路１は確実に短絡事故を検出して順バイアスゲート
電圧をしぼり、これにより短絡電流を抑制して当該の
上，下アームの電流検出用エミッタ付ＩＧＢＴを保護す
る。
は、ゲート抵抗が増加するにつれ、又は順バイアスゲー
ト電圧が減少するにつれ過電流時の等価的な内部抵抗が
増加する性質を持っている。従って上，下アームのＩＧ
ＢＴのゲート抵抗ＲG1，ＲG2を式（３）のように設定し
たとき、短絡事故時には下アームの電流検出用エミッタ
付ＩＧＢＴ Ｘ１２〜Ｚ１２が、上アームの電流検出用
エミッタ付ＩＧＢＴ Ｘ１１〜Ｚ１１より、直流電源０
１の電圧をより多く分担することになる。これにより下
アームのＩＧＢＴ Ｘ１２〜Ｚ１２に設けられた短絡保
護回路１は確実に短絡事故を検出して順バイアスゲート
電圧をしぼり、これにより短絡電流を抑制して当該の
上，下アームの電流検出用エミッタ付ＩＧＢＴを保護す
る。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、上，下アームの対の自
己消弧形半導体装置の直列回路を直流電源間に複数並列
に接続して、これらの半導体装置を夫々スイッチング駆
動し、夫々の対の半導体装置の相互の接続点から直流電
源の電力を変換して取出す電力変換装置において、上ア
ームと下アームの半導体装置の駆動条件を異なるように
したので、半導体装置に対する飽和電圧監視方式の短絡
保護回路を上アーム又は下アームのみとすることがで
き、短絡保護回路が簡素化され制御用プリント板の小型
化などが可能になる。
己消弧形半導体装置の直列回路を直流電源間に複数並列
に接続して、これらの半導体装置を夫々スイッチング駆
動し、夫々の対の半導体装置の相互の接続点から直流電
源の電力を変換して取出す電力変換装置において、上ア
ームと下アームの半導体装置の駆動条件を異なるように
したので、半導体装置に対する飽和電圧監視方式の短絡
保護回路を上アーム又は下アームのみとすることがで
き、短絡保護回路が簡素化され制御用プリント板の小型
化などが可能になる。
【図１】本発明の第１の実施例としての要部の構成を示
す回路図
す回路図
【図２】本発明の第２の実施例としての要部の構成を示
す回路図
す回路図
【図３】本発明の第３の実施例としての要部の構成を示
す回路図
す回路図
【図４】従来の要部の構成を示す回路図
０１ 直流電源 Ｐ 直流電源の正極 Ｎ 直流電源の負極 Ｕ，Ｖ，Ｗ ３相出力（端子） １ 短絡保護回路 ２ 駆動回路 ３ 過電流制限回路 ３１ 電流検出用エミッタ Ｕ１〜Ｗ１，Ｕ２〜Ｗ２ バイポーラトランジスタ Ｘ１〜Ｚ１，Ｘ２〜Ｚ２ ＩＧＢＴ Ｘ１１〜Ｚ１１，Ｘ１２〜Ｚ１２ 電流検出用エミッ
タ付ＩＧＢＴ ＋ＩB1 上アームの順バイアスベース電流 ＋ＩB2 下アームの順バイアスベース電流 ＋ＶGE1 上アームの順バイアスゲート電圧 ＋ＶGE2 下アームの順バイアスゲート電圧 ＲG1 上アームのゲート抵抗 ＲG2 下アームのゲート抵抗
タ付ＩＧＢＴ ＋ＩB1 上アームの順バイアスベース電流 ＋ＩB2 下アームの順バイアスベース電流 ＋ＶGE1 上アームの順バイアスゲート電圧 ＋ＶGE2 下アームの順バイアスゲート電圧 ＲG1 上アームのゲート抵抗 ＲG2 下アームのゲート抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02M 7/537 H02H 7/122
Claims (4)
- 【請求項１】夫々上アーム，下アームとなる対の自己消
弧スイッチング素子としての半導体装置が直列に接続さ
れ、この対の半導体装置を直流電源間に複数並列に接続
してなり、これらの半導体装置を夫々スイッチング駆動
することにより、夫々の対の半導体装置の相互の接続点
から前記直流電源の電力を変換して取出す電力変換装置
において、前記半導体装置を電流駆動形の半導体装置とし、 前記半導体装置に対する駆動信号の大きさ又は駆動回路
の定数が上アームの半導体装置と下アームの半導体装置
とで異なるようにし、 上アーム又は下アームの何れか一方の半導体装置のみ
に、当該の半導体装置の主端子間の電圧を監視して当該
の半導体装置の駆動信号を制御し、当該の半導体装置の
過電流を抑制する保護手段を設け、 前記保護手段を設けるアーム側の半導体装置の順バイア
ス電流を、保護手段を設けないアーム側の半導体装置の
順バイアス電流よりも小さく設定した ことを特徴とする
半導体装置の保護方法。 - 【請求項２】夫々上アーム，下アームとなる対の自己消
弧スイッチング素子としての半導体装置が直列に接続さ
れ、この対の半導体装置を直流電源間に複数並列に接続
してなり、これらの半導体装置を夫々スイッチング駆動
することにより、夫々の対の半導体装置の相互の接続点
から前記直流電源の電力を変換して取出す電力変換装置
において、 前記半導体装置を電圧駆動形とし、 前記半導体装置に対する駆動信号の大きさ又は駆動回路
の定数が上アームの半導体装置と下アームの半導体装置
とで異なるようにし、 上アーム又は下アームの何れか一方の半導体装置のみ
に、当該の半導体装置の主端子間の電圧を監視して当該
の半導体装置の駆動信号を制御し、当該の半導体装置の
過電流を抑制する保護手段を設け、 前記保護手段を設けるアーム側の半導体装置の順バイア
ス電圧を保護手段を設けないアーム側の半導体装置の順
バイアス電圧よりも小さく設定 したことを特徴とする半
導体装置の保護方法。 - 【請求項３】夫々上アーム，下アームとなる対の自己消
弧スイッチング素子としての半導体装置が直列に接続さ
れ、この対の半導体装置を直流電源間に複数並列に接続
してなり、これらの半導体装置を夫々スイッチング駆動
することにより、夫々の対の半導体装置の相互の接続点
から前記直流電源の電力を変換して取出す電力変換装置
において、 前記半導体装置を電流検出用エミッタ利用の過電流制限
回路を持つ電圧駆動形の半導体装置とし、 前記半導体装置に対する駆動信号の大きさ又は駆動回路
の定数が上アームの半導体装置と下アームの半導体装置
とで異なるようにし、 上アーム又は下アームの何れか一方の半導体装置のみ
に、当該の半導体装置の主端子間の電圧を監視して当該
の半導体装置の駆動信号を制御し、当該の半導体装置の
過電流を抑制する保護手段を設け、 前記保護手段を設けるアーム側の半導体装置のゲート抵
抗の値を、保護手段を設けないアーム側の半導体装置の
ゲート抵抗の値よりも大きく設定 したことを特徴とする
半導体装置の保護方法。 - 【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれか１項に
記載の保護方法において、前記保護手段を設けるアーム
が下アームであることを特徴とする半導体装置の保護方
法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00192096A JP3239728B2 (ja) | 1996-01-10 | 1996-01-10 | 半導体装置の保護方法 |
| US08/779,156 US5737200A (en) | 1996-01-10 | 1997-01-03 | Semiconductor device protection method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00192096A JP3239728B2 (ja) | 1996-01-10 | 1996-01-10 | 半導体装置の保護方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09191662A JPH09191662A (ja) | 1997-07-22 |
| JP3239728B2 true JP3239728B2 (ja) | 2001-12-17 |
Family
ID=11515037
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00192096A Expired - Fee Related JP3239728B2 (ja) | 1996-01-10 | 1996-01-10 | 半導体装置の保護方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3239728B2 (ja) |
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| US6396721B1 (en) * | 2000-02-03 | 2002-05-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Power converter control device and power converter thereof |
| JP2002330593A (ja) * | 2001-05-07 | 2002-11-15 | Toshiba Corp | 電力変換装置 |
| DE102004059313B3 (de) * | 2004-12-09 | 2006-05-04 | Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg | Leistungshalbleitermodul mit verringerten parasitären Induktivitäten |
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| JP4240140B1 (ja) * | 2007-09-10 | 2009-03-18 | トヨタ自動車株式会社 | 給電装置とその駆動方法 |
| US8496425B2 (en) * | 2008-12-05 | 2013-07-30 | GM Global Technology Operations LLC | Reconfigurable end-effectors with articulating frame and indexable master boom |
| CN102349223B (zh) * | 2009-03-11 | 2015-03-25 | Abb技术有限公司 | 模块化的电压源变换器 |
| JP5454305B2 (ja) * | 2010-03-31 | 2014-03-26 | 株式会社デンソー | 電力変換システムの放電制御装置 |
| DE102012224336A1 (de) * | 2012-12-21 | 2014-06-26 | Ge Energy Power Conversion Gmbh | Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Stromrichters sowie elektrischer Stromrichter |
| JP6065597B2 (ja) * | 2013-01-16 | 2017-01-25 | 富士電機株式会社 | 電力変換装置 |
| JP5889498B2 (ja) * | 2014-03-05 | 2016-03-22 | 三菱電機株式会社 | 電力変換装置 |
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|---|---|---|---|---|
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| US5198969A (en) * | 1990-07-13 | 1993-03-30 | Design Automation, Inc. | Soft-switching full-bridge dc/dc converting |
| JP3079563B2 (ja) * | 1990-11-20 | 2000-08-21 | 松下電器産業株式会社 | インバータ駆動装置 |
| US5438498A (en) * | 1993-12-21 | 1995-08-01 | Raytheon Company | Series resonant converter having a resonant snubber |
-
1996
- 1996-01-10 JP JP00192096A patent/JP3239728B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-01-03 US US08/779,156 patent/US5737200A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09191662A (ja) | 1997-07-22 |
| US5737200A (en) | 1998-04-07 |
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