JP3336488B2 - 電圧駆動型素子用ゲート駆動装置 - Google Patents
電圧駆動型素子用ゲート駆動装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電圧駆動型素子（ＩＧ
ＢＴ）のゲート駆動装置に関する。
ＢＴ）のゲート駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、大容量の電力変換装置の半導体ス
イッチング素子は、電流駆動型の素子であるＧＴＯ（ゲ
ート・ターンオフ・サイリスタ）が主流であったが、近
年、電圧駆動型の素子であるＩＧＢＴの大容量化が進
み、その適用範囲が拡大されつつある。電圧駆動型のス
イッチング素子のゲート電流は、ターンオン、ターンオ
フ時に流れるのみであり、その駆動制御は小電力で簡単
にできるため、電力容量が小さな回路ですみ、装置が小
形になるという特徴がある。このため、近年の小形・軽
量化のニーズにマッチし、よく用いられるようになって
きている。ところで、電力変換装置の半導体スイッチン
グ素子の故障の検知法としては、特開昭６１−２９３１
７９号公報に「ＧＴＯサイリスタインバータの保護装
置」としてあるように、ＧＴＯのＡ−Ｋ間電圧によっ
て、素子のオン・オフを判別し、素子の事故時には、電
力変換装置の同一のアームに直列に接続されている他の
ＧＴＯのゲートを点弧しないようにブロックすることに
よって、アーム短絡事故を防止する技術が報告されてい
る。一方、ＩＧＢＴの故障の検知法としては、特開平４
−２４８３７３号公報に「電圧型インバータ装置」とし
てあるように、ＩＧＢＴの故障には、ゲート−エミッタ
間が短絡され、そのため、ゲート駆動装置の出力が過負
荷になり、ＩＧＢＴのゲート抵抗の電圧降下が増加す
る。この電圧降下の増加を検出してＩＧＢＴの故障を検
知し、ゲート駆動装置の出力を遮断する技術が報告され
ている。しかし、この公報の「電圧型インバータ装置」
には、ＧＴＯのゲート駆動装置のようなアーム短絡事故
を防止する機能までは備えていない。
イッチング素子は、電流駆動型の素子であるＧＴＯ（ゲ
ート・ターンオフ・サイリスタ）が主流であったが、近
年、電圧駆動型の素子であるＩＧＢＴの大容量化が進
み、その適用範囲が拡大されつつある。電圧駆動型のス
イッチング素子のゲート電流は、ターンオン、ターンオ
フ時に流れるのみであり、その駆動制御は小電力で簡単
にできるため、電力容量が小さな回路ですみ、装置が小
形になるという特徴がある。このため、近年の小形・軽
量化のニーズにマッチし、よく用いられるようになって
きている。ところで、電力変換装置の半導体スイッチン
グ素子の故障の検知法としては、特開昭６１−２９３１
７９号公報に「ＧＴＯサイリスタインバータの保護装
置」としてあるように、ＧＴＯのＡ−Ｋ間電圧によっ
て、素子のオン・オフを判別し、素子の事故時には、電
力変換装置の同一のアームに直列に接続されている他の
ＧＴＯのゲートを点弧しないようにブロックすることに
よって、アーム短絡事故を防止する技術が報告されてい
る。一方、ＩＧＢＴの故障の検知法としては、特開平４
−２４８３７３号公報に「電圧型インバータ装置」とし
てあるように、ＩＧＢＴの故障には、ゲート−エミッタ
間が短絡され、そのため、ゲート駆動装置の出力が過負
荷になり、ＩＧＢＴのゲート抵抗の電圧降下が増加す
る。この電圧降下の増加を検出してＩＧＢＴの故障を検
知し、ゲート駆動装置の出力を遮断する技術が報告され
ている。しかし、この公報の「電圧型インバータ装置」
には、ＧＴＯのゲート駆動装置のようなアーム短絡事故
を防止する機能までは備えていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、ＩＧＢ
Ｔのゲート駆動回路は、事故時にゲート駆動装置の出力
を遮断することが可能であっても、ＧＴＯのゲート駆動
装置のように同一アームの他の素子のゲートをブロック
し、アーム短絡を防止する機能までは備えていない。ま
た、上記のＩＧＢＴのゲート駆動回路は、ＩＧＢＴが故
障し、ゲート抵抗にゲート−エミッタ間の短絡電流が流
れて事故を検出するものであり、平常時のＩＧＢＴがオ
ンまたはオフであることを検出することが不可能であ
る。そのため、従来のＩＧＢＴのゲート駆動回路では、
アーム短絡を防止すること、ＩＧＢＴの事故の兆候を検
知して重故障を未然に防ぐことが不可能であった。
Ｔのゲート駆動回路は、事故時にゲート駆動装置の出力
を遮断することが可能であっても、ＧＴＯのゲート駆動
装置のように同一アームの他の素子のゲートをブロック
し、アーム短絡を防止する機能までは備えていない。ま
た、上記のＩＧＢＴのゲート駆動回路は、ＩＧＢＴが故
障し、ゲート抵抗にゲート−エミッタ間の短絡電流が流
れて事故を検出するものであり、平常時のＩＧＢＴがオ
ンまたはオフであることを検出することが不可能であ
る。そのため、従来のＩＧＢＴのゲート駆動回路では、
アーム短絡を防止すること、ＩＧＢＴの事故の兆候を検
知して重故障を未然に防ぐことが不可能であった。
【０００４】本発明の目的は、電圧駆動型素子（ＩＧＢ
Ｔ）のオン・オフ状態を常時監視してアーム短絡を防止
すると共に、重故障を未然に防ぐに好適な電圧駆動型素
子用ゲート駆動装置を提供することにある。
Ｔ）のオン・オフ状態を常時監視してアーム短絡を防止
すると共に、重故障を未然に防ぐに好適な電圧駆動型素
子用ゲート駆動装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、電力変換器の主回路の同一アームに直列接続される
各電圧駆動型素子をオン・オフ制御するためのゲートパ
ルスを発生するパルス発生手段と、該ゲートパルスに基
づき前記素子を駆動するゲート駆動手段と、該素子のオ
ン・オフ状態を示すフィードバック信号を発する手段
と、前記同一アームの一方の素子への前記ゲートパルス
とそれに対応する前記フィードバック信号との論理をと
る手段と、その論理の結果、前記両者が共にオフである
とき、前記同一アームの他の素子への前記ゲートパルス
のブロックを解除する手段を備える。また、その論理の
結果、前記両者が共にまたはいずれか一方がオンである
とき、前記同一アームの他の素子への前記ゲートパルス
をブロックする手段を備える。
に、電力変換器の主回路の同一アームに直列接続される
各電圧駆動型素子をオン・オフ制御するためのゲートパ
ルスを発生するパルス発生手段と、該ゲートパルスに基
づき前記素子を駆動するゲート駆動手段と、該素子のオ
ン・オフ状態を示すフィードバック信号を発する手段
と、前記同一アームの一方の素子への前記ゲートパルス
とそれに対応する前記フィードバック信号との論理をと
る手段と、その論理の結果、前記両者が共にオフである
とき、前記同一アームの他の素子への前記ゲートパルス
のブロックを解除する手段を備える。また、その論理の
結果、前記両者が共にまたはいずれか一方がオンである
とき、前記同一アームの他の素子への前記ゲートパルス
をブロックする手段を備える。
【０００６】
【作用】本発明は、電圧駆動型素子（ＩＧＢＴ）がオン
またはオフであることを常時監視し、同一アームの一方
の素子（ＩＧＢＴ）がオンしているとき、同一アームの
他の素子（ＩＧＢＴ）にはオンのゲート電圧が与えられ
ないようにブロックすることによって、アーム短絡を防
止することが可能になる。また、ゲートパルス発生回路
からのゲートパルスと素子（ＩＧＢＴ）のオン・オフの
検出結果とを常時監視しているので、これは素子（ＩＧ
ＢＴ）の事故の兆候を検知していることになり、重故障
を未然に防ぐことができる。
またはオフであることを常時監視し、同一アームの一方
の素子（ＩＧＢＴ）がオンしているとき、同一アームの
他の素子（ＩＧＢＴ）にはオンのゲート電圧が与えられ
ないようにブロックすることによって、アーム短絡を防
止することが可能になる。また、ゲートパルス発生回路
からのゲートパルスと素子（ＩＧＢＴ）のオン・オフの
検出結果とを常時監視しているので、これは素子（ＩＧ
ＢＴ）の事故の兆候を検知していることになり、重故障
を未然に防ぐことができる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。なお、本発明の一実施例として電圧駆動型素子であ
るＩＧＢＴについて説明するが、本発明は、ＩＧＢＴ以
外のトランジスタやＦＥＴのような電圧駆動型素子にも
適用可能である。図１は、本発明の一実施例を示すＩＧ
ＢＴ用ゲート駆動装置である。図１において、電力変換
回路の主回路の素子として、上アームＩＧＢＴ５８と下
アームＩＧＢＴ５９が直列に接続され、両アームの両端
は電源に接続され、上アームＩＧＢＴ５８と下アームＩ
ＧＢＴ５９の接続点に負荷が接続される。ＩＧＢＴ５８
とＩＧＢＴ５９のゲートとエミッタ間には、それぞれ上
アームゲート駆動回路５１、下アームゲート駆動回路５
２が接続される。一方、ゲートパルス発生回路５３は、
ゲートパルスを発する機能を有し、ゲートパルスをブロ
ックするＡＮＤゲート５４、５５を介して上アームゲー
ト駆動回路５１、下アームゲート駆動回路５２に接続さ
れる。また、ゲートパルス発生回路５３と上アームゲー
ト駆動回路５１、下アームゲート駆動回路５２はそれぞ
れ極性を反転して入力するＡＮＤゲート５６、５７に接
続され、ＡＮＤゲート５６、５７はそれぞれＡＮＤゲー
ト５５、５４に接続される。
る。なお、本発明の一実施例として電圧駆動型素子であ
るＩＧＢＴについて説明するが、本発明は、ＩＧＢＴ以
外のトランジスタやＦＥＴのような電圧駆動型素子にも
適用可能である。図１は、本発明の一実施例を示すＩＧ
ＢＴ用ゲート駆動装置である。図１において、電力変換
回路の主回路の素子として、上アームＩＧＢＴ５８と下
アームＩＧＢＴ５９が直列に接続され、両アームの両端
は電源に接続され、上アームＩＧＢＴ５８と下アームＩ
ＧＢＴ５９の接続点に負荷が接続される。ＩＧＢＴ５８
とＩＧＢＴ５９のゲートとエミッタ間には、それぞれ上
アームゲート駆動回路５１、下アームゲート駆動回路５
２が接続される。一方、ゲートパルス発生回路５３は、
ゲートパルスを発する機能を有し、ゲートパルスをブロ
ックするＡＮＤゲート５４、５５を介して上アームゲー
ト駆動回路５１、下アームゲート駆動回路５２に接続さ
れる。また、ゲートパルス発生回路５３と上アームゲー
ト駆動回路５１、下アームゲート駆動回路５２はそれぞ
れ極性を反転して入力するＡＮＤゲート５６、５７に接
続され、ＡＮＤゲート５６、５７はそれぞれＡＮＤゲー
ト５５、５４に接続される。
【０００８】本実施例の動作を説明する。上アームＩＧ
ＢＴ５８と下アームＩＧＢＴ５９の正常動作時には、ゲ
ートパルス発生回路５３からゲートパルス信号６４とし
てオンパルス”Ｈ”、ゲートパルス信号６５としてオフ
パルス”Ｌ”が発せられると、ＡＮＤゲート５４の入力
端にはオンパルス”Ｈ”とＡＮＤゲート５７から出力さ
れるパルス”Ｈ”が印加され、ＡＮＤゲート５４による
ブロックを解除し、ゲート駆動回路入力６０を”Ｈ”と
して上アームゲート駆動回路５１が作動し、上アームＩ
ＧＢＴ５８のゲートに正電位の電圧が印加され、上アー
ムＩＧＢＴ５８をターンオンする。負荷には上アームＩ
ＧＢＴ５８を通して電源から電力が供給される。上アー
ムゲート駆動回路５１は、上アームＩＧＢＴ５８のゲー
ト電圧を検出し、ゲート駆動回路出力（フィードバック
信号）６１を”Ｈ”としてＡＮＤゲート５６に出力す
る。ＡＮＤゲート５６には、ゲートパルス信号６４とし
てのオンパルス”Ｈ”とゲート駆動回路出力６１の”
Ｈ”がそれぞれ極性を反転して印加され、パルス”Ｌ”
をＡＮＤゲート５５の一方の入力端に印加し、他方の入
力端にゲートパルス信号６５のとしてオフパルス”Ｌ”
が印加され、ＡＮＤゲート５５から下アームゲート駆動
回路５２にゲート駆動回路入力６３”Ｌ”が出力され、
下アームＩＧＢＴ５９のゲートに負電位の電圧が印加さ
れ、下アームＩＧＢＴ５９をターンオフする。続いて、
ゲートパルス発生回路５３からゲートパルス信号６４と
してオフパルス”Ｌ”、ゲートパルス信号６５としてオ
ンパルス”Ｈ”が発せられると、ＡＮＤゲート５５の入
力端にはオンパルス”Ｈ”とＡＮＤゲート５６から出力
されるパルス”Ｈ”が印加され、ＡＮＤゲート５５によ
るブロックを解除し、ゲート駆動回路入力６３を”Ｈ”
として下アームゲート駆動回路５２が作動し、下アーム
ＩＧＢＴ５９のゲートに正電位の電圧が印加され、下ア
ームＩＧＢＴ５９をターンオンする。負荷には下アーム
ＩＧＢＴ５９を通して電源から電力が供給される。下ア
ームゲート駆動回路５２は、下アームＩＧＢＴ５９のゲ
ート電圧を検出し、ゲート駆動回路出力（フィードバッ
ク信号）６２を”Ｈ”としてＡＮＤゲート５７に出力す
る。ＡＮＤゲート５７には、ゲートパルス信号６５とし
てのオンパルス”Ｈ”とゲート駆動回路出力６２の”
Ｈ”がそれぞれ極性を反転して印加され、パルス”Ｌ”
をＡＮＤゲート５４の一方の入力端に印加し、他方の入
力端にゲートパルス信号６４のとしてオフパルス”Ｌ”
が印加され、ＡＮＤゲート５４から上アームゲート駆動
回路５１にゲート駆動回路入力６０”Ｌ”が出力され、
上アームＩＧＢＴ５８のゲートに負電位の電圧が印加さ
れ、上アームＩＧＢＴ５８をターンオフする。
ＢＴ５８と下アームＩＧＢＴ５９の正常動作時には、ゲ
ートパルス発生回路５３からゲートパルス信号６４とし
てオンパルス”Ｈ”、ゲートパルス信号６５としてオフ
パルス”Ｌ”が発せられると、ＡＮＤゲート５４の入力
端にはオンパルス”Ｈ”とＡＮＤゲート５７から出力さ
れるパルス”Ｈ”が印加され、ＡＮＤゲート５４による
ブロックを解除し、ゲート駆動回路入力６０を”Ｈ”と
して上アームゲート駆動回路５１が作動し、上アームＩ
ＧＢＴ５８のゲートに正電位の電圧が印加され、上アー
ムＩＧＢＴ５８をターンオンする。負荷には上アームＩ
ＧＢＴ５８を通して電源から電力が供給される。上アー
ムゲート駆動回路５１は、上アームＩＧＢＴ５８のゲー
ト電圧を検出し、ゲート駆動回路出力（フィードバック
信号）６１を”Ｈ”としてＡＮＤゲート５６に出力す
る。ＡＮＤゲート５６には、ゲートパルス信号６４とし
てのオンパルス”Ｈ”とゲート駆動回路出力６１の”
Ｈ”がそれぞれ極性を反転して印加され、パルス”Ｌ”
をＡＮＤゲート５５の一方の入力端に印加し、他方の入
力端にゲートパルス信号６５のとしてオフパルス”Ｌ”
が印加され、ＡＮＤゲート５５から下アームゲート駆動
回路５２にゲート駆動回路入力６３”Ｌ”が出力され、
下アームＩＧＢＴ５９のゲートに負電位の電圧が印加さ
れ、下アームＩＧＢＴ５９をターンオフする。続いて、
ゲートパルス発生回路５３からゲートパルス信号６４と
してオフパルス”Ｌ”、ゲートパルス信号６５としてオ
ンパルス”Ｈ”が発せられると、ＡＮＤゲート５５の入
力端にはオンパルス”Ｈ”とＡＮＤゲート５６から出力
されるパルス”Ｈ”が印加され、ＡＮＤゲート５５によ
るブロックを解除し、ゲート駆動回路入力６３を”Ｈ”
として下アームゲート駆動回路５２が作動し、下アーム
ＩＧＢＴ５９のゲートに正電位の電圧が印加され、下ア
ームＩＧＢＴ５９をターンオンする。負荷には下アーム
ＩＧＢＴ５９を通して電源から電力が供給される。下ア
ームゲート駆動回路５２は、下アームＩＧＢＴ５９のゲ
ート電圧を検出し、ゲート駆動回路出力（フィードバッ
ク信号）６２を”Ｈ”としてＡＮＤゲート５７に出力す
る。ＡＮＤゲート５７には、ゲートパルス信号６５とし
てのオンパルス”Ｈ”とゲート駆動回路出力６２の”
Ｈ”がそれぞれ極性を反転して印加され、パルス”Ｌ”
をＡＮＤゲート５４の一方の入力端に印加し、他方の入
力端にゲートパルス信号６４のとしてオフパルス”Ｌ”
が印加され、ＡＮＤゲート５４から上アームゲート駆動
回路５１にゲート駆動回路入力６０”Ｌ”が出力され、
上アームＩＧＢＴ５８のゲートに負電位の電圧が印加さ
れ、上アームＩＧＢＴ５８をターンオフする。
【０００９】いま、上アームＩＧＢＴ５８がターンオ
ン、下アームＩＧＢＴ５９がターンオフの状態に維持さ
れいる正常動作時において、下アームＩＧＢＴ５９に短
絡故障が発生すると、下アームゲート駆動回路５２は、
下アームＩＧＢＴ５９のゲート電圧を検出し、ゲート駆
動回路出力（フィードバック信号）６２を”Ｈ”として
ＡＮＤゲート５７に出力する。ＡＮＤゲート５７は、ゲ
ートパルス信号６５としてのオフパルス”Ｌ”とゲート
駆動回路出力６２の”Ｈ”がそれぞれ極性を反転して印
加され、パルス”Ｌ”をＡＮＤゲート５４の一方の入力
端に印加し、ゲートパルス信号６４のオンパルス”Ｈ”
をブロックする。このため、ＡＮＤゲート５４から上ア
ームゲート駆動回路５１にゲート駆動回路入力６０の”
Ｌ”が出力され、上アームＩＧＢＴ５８のゲートに負電
位の電圧が印加され、上アームＩＧＢＴ５８をターンオ
フする。これによりアーム短絡が防止される。上アーム
ＩＧＢＴ５８がターンオフ、下アームＩＧＢＴ５９がタ
ーンオンの状態に維持されいる正常動作時において、上
アームＩＧＢＴ５８に短絡故障が発生しても同様に動作
し、アーム短絡が防止される。このように、本実施例で
は、ゲートパルス発生回路５３からのゲートパルス信号
６４（６５）がオフであることと、ＩＧＢＴ５８（５
９）の状態を監視しているゲート駆動回路５１（５２）
からのフィードバック信号６１（６２）がオフである２
つの条件を満足したときに、対となるＩＧＢＴのゲート
電圧のインターロックが解除され、一方、ゲートパルス
発生回路５３からのゲートパルス信号６４（６５）がオ
フであるにも拘らず、ＩＧＢＴ５８（５９）の状態を監
視しているゲート駆動回路５１（５２）からのフィード
バック信号６１（６２）がオンであるとき、対となるＩ
ＧＢＴのゲート電圧をブロックする構成とすることによ
り、ＩＧＢＴ５８、５９間のインターロックの機能を備
えることになり、アーム短絡を防止することができる。
ン、下アームＩＧＢＴ５９がターンオフの状態に維持さ
れいる正常動作時において、下アームＩＧＢＴ５９に短
絡故障が発生すると、下アームゲート駆動回路５２は、
下アームＩＧＢＴ５９のゲート電圧を検出し、ゲート駆
動回路出力（フィードバック信号）６２を”Ｈ”として
ＡＮＤゲート５７に出力する。ＡＮＤゲート５７は、ゲ
ートパルス信号６５としてのオフパルス”Ｌ”とゲート
駆動回路出力６２の”Ｈ”がそれぞれ極性を反転して印
加され、パルス”Ｌ”をＡＮＤゲート５４の一方の入力
端に印加し、ゲートパルス信号６４のオンパルス”Ｈ”
をブロックする。このため、ＡＮＤゲート５４から上ア
ームゲート駆動回路５１にゲート駆動回路入力６０の”
Ｌ”が出力され、上アームＩＧＢＴ５８のゲートに負電
位の電圧が印加され、上アームＩＧＢＴ５８をターンオ
フする。これによりアーム短絡が防止される。上アーム
ＩＧＢＴ５８がターンオフ、下アームＩＧＢＴ５９がタ
ーンオンの状態に維持されいる正常動作時において、上
アームＩＧＢＴ５８に短絡故障が発生しても同様に動作
し、アーム短絡が防止される。このように、本実施例で
は、ゲートパルス発生回路５３からのゲートパルス信号
６４（６５）がオフであることと、ＩＧＢＴ５８（５
９）の状態を監視しているゲート駆動回路５１（５２）
からのフィードバック信号６１（６２）がオフである２
つの条件を満足したときに、対となるＩＧＢＴのゲート
電圧のインターロックが解除され、一方、ゲートパルス
発生回路５３からのゲートパルス信号６４（６５）がオ
フであるにも拘らず、ＩＧＢＴ５８（５９）の状態を監
視しているゲート駆動回路５１（５２）からのフィード
バック信号６１（６２）がオンであるとき、対となるＩ
ＧＢＴのゲート電圧をブロックする構成とすることによ
り、ＩＧＢＴ５８、５９間のインターロックの機能を備
えることになり、アーム短絡を防止することができる。
【００１０】図２に、本実施例のゲート駆動回路の詳細
例１を示す。ここで、上アームゲート駆動回路５１と下
アームゲート駆動回路５２は構成が同一であるので、上
アームゲート駆動回路５１をゲート駆動回路として説明
する。図２において、１はＩＧＢＴ５８のオン電圧を供
給する正電源、２はオフ時の逆バイアス電圧を供給する
負電源、１１はゲートパルス６４（６０）を入力するフ
ォトカプトラランジスタ、１２は次段トランジスタ、１
３、１４は最終段トランジスタ、１５はコンパレータ、
１６はフィードバック信号６１を出力するフォトカプラ
トランジスタ、２１、２２、２４、２５コレクタ抵抗、
２３はエミッタ抵抗、２６はゲート抵抗、２７、２８は
分圧抵抗である。
例１を示す。ここで、上アームゲート駆動回路５１と下
アームゲート駆動回路５２は構成が同一であるので、上
アームゲート駆動回路５１をゲート駆動回路として説明
する。図２において、１はＩＧＢＴ５８のオン電圧を供
給する正電源、２はオフ時の逆バイアス電圧を供給する
負電源、１１はゲートパルス６４（６０）を入力するフ
ォトカプトラランジスタ、１２は次段トランジスタ、１
３、１４は最終段トランジスタ、１５はコンパレータ、
１６はフィードバック信号６１を出力するフォトカプラ
トランジスタ、２１、２２、２４、２５コレクタ抵抗、
２３はエミッタ抵抗、２６はゲート抵抗、２７、２８は
分圧抵抗である。
【００１１】ＩＧＢＴをオンする時は、ゲートパルス６
４（６０）を入力する。フォトカプラトランジスタ１１
がオンし、次段のトランジスタ１２がオフし、最終段の
トランジスタ１３、１４のベース電圧が正電位となるた
め、ｎｐｎトランジスタ１３がオンし、主回路のＩＧＢ
Ｔ５８にはコレクタ抵抗２４、ｎｐｎトランジスタ１
３、ゲート抵抗２６を通してゲート電流が流れ、ＩＧＢ
Ｔ５８のゲート電圧は正電位となり、ＩＧＢＴ５８はオ
ンする。一方、ＩＧＢＴをオフする時は、ゲートパルス
６４（６０）をオフする。フォトカプラトランジスタ１
１がオフし、次段のトランジスタ１２がオンし、最終段
のトランジスタ１３、１４のベース電圧が負電位となる
ため、ｐｎｐトランジスタ１４がオンし、主回路のＩＧ
ＢＴ５８からゲート抵抗２６、ｐｎｐトランジスタ１
４、コレクタ抵抗２５を通してゲート電流が引き抜か
れ、ＩＧＢＴ５８はオフする。ＩＧＢＴのゲート−エミ
ッタ電圧は、コンパレータ１５によって監視される。Ｉ
ＧＢＴ５８のオン・オフを判定するにあたって、ＩＧＢ
Ｔのゲート電圧は、ゲート抵抗２６のＩＧＢＴ側から取
り込まれ、分圧抵抗２７、２８によって得られる基準電
圧とコンパレータ１５において比較される。ＩＧＢＴ５
８にオン電圧が与えられていて、ゲート電圧がコンパレ
ータ１５の基準電圧よりも高いと、コンパレータ１５
は”Ｌ”を出力し、フォトカプラトランジスタ１６の出
力をオフし、外部のプルアップ抵抗（図示せず）により
フィードバック信号６１は”Ｈ”を出力する。ＩＧＢＴ
５８に逆バイアス電圧が与えられていて、ゲート電圧が
コンパレータ１５の基準電圧よりも低いと、コンパレー
タ１５は”Ｈ”を出力し、フィードバック信号６１は”
Ｌ”を出力する。
４（６０）を入力する。フォトカプラトランジスタ１１
がオンし、次段のトランジスタ１２がオフし、最終段の
トランジスタ１３、１４のベース電圧が正電位となるた
め、ｎｐｎトランジスタ１３がオンし、主回路のＩＧＢ
Ｔ５８にはコレクタ抵抗２４、ｎｐｎトランジスタ１
３、ゲート抵抗２６を通してゲート電流が流れ、ＩＧＢ
Ｔ５８のゲート電圧は正電位となり、ＩＧＢＴ５８はオ
ンする。一方、ＩＧＢＴをオフする時は、ゲートパルス
６４（６０）をオフする。フォトカプラトランジスタ１
１がオフし、次段のトランジスタ１２がオンし、最終段
のトランジスタ１３、１４のベース電圧が負電位となる
ため、ｐｎｐトランジスタ１４がオンし、主回路のＩＧ
ＢＴ５８からゲート抵抗２６、ｐｎｐトランジスタ１
４、コレクタ抵抗２５を通してゲート電流が引き抜か
れ、ＩＧＢＴ５８はオフする。ＩＧＢＴのゲート−エミ
ッタ電圧は、コンパレータ１５によって監視される。Ｉ
ＧＢＴ５８のオン・オフを判定するにあたって、ＩＧＢ
Ｔのゲート電圧は、ゲート抵抗２６のＩＧＢＴ側から取
り込まれ、分圧抵抗２７、２８によって得られる基準電
圧とコンパレータ１５において比較される。ＩＧＢＴ５
８にオン電圧が与えられていて、ゲート電圧がコンパレ
ータ１５の基準電圧よりも高いと、コンパレータ１５
は”Ｌ”を出力し、フォトカプラトランジスタ１６の出
力をオフし、外部のプルアップ抵抗（図示せず）により
フィードバック信号６１は”Ｈ”を出力する。ＩＧＢＴ
５８に逆バイアス電圧が与えられていて、ゲート電圧が
コンパレータ１５の基準電圧よりも低いと、コンパレー
タ１５は”Ｈ”を出力し、フィードバック信号６１は”
Ｌ”を出力する。
【００１２】この時、分圧抵抗２７、２８で得られるコ
ンパレータ１５の基準電圧は、ＩＧＢＴ５８のしきい値
電圧よりも低く設定する。この理由を図３のタイムチャ
ートにより説明する。時間ｔ１において、上アームゲー
ト駆動回路のゲート電圧１０３がオフからオンになる
と、上アームＩＧＢＴ５８のゲート−エミッタ間電圧１
０２が上昇し、ｔ３でしきい値電圧１０６を超えて、上
アームＩＧＢＴ５８のコレクタ−エミッタ間電圧１０１
が減少し、上アームＩＧＢＴ５８はターンオン状態とな
る。さらに、ｔ４で上アームゲート駆動回路のゲート電
圧１０３がオンからオフになると、上アームＩＧＢＴ５
８のゲート−エミッタ間電圧１０２が減少し、ｔ５にお
いてゲート−エミッタ間電圧１０２がしきい値１０６を
下回ったときに、コレクタ−エミッタ間電圧１０１が増
加し、上アームＩＧＢＴ５８が電圧を阻止し始める。そ
して、ｔ６においてゲート−エミッタ間電圧１０２がコ
ンパレータ基準電圧１０７を下回ったときに、上アーム
フィードバック信号１０４がオフ判定を出力する。この
ｔ４からｔ６の期間は、上アームＩＧＢＴ５８のオン時
にゲート−エミッタ間に蓄積している電荷がケート抵抗
２６、最終段トランジスタ１４、コレクタ抵抗２５の経
路で引き抜かれている期間である。上アームＩＧＢＴ５
８はｔ６においてコレクタ−エミッタ間に電圧を持ち始
めるので、上アームＩＧＢＴ５８のオン期間は、ゲート
電圧１０３がオンかつ上記の引き抜き期間ｔ４〜ｔ６と
なる。このように、コンパレータ１５の基準電圧をＩＧ
ＢＴのしきい値電圧よりも低く設定することにより、上
アームＩＧＢＴ５８のターンオフ時にＩＧＢＴが実際に
電圧を阻止してからオフ判定を出力することができる。
下アームＩＧＢＴ５９のゲート電圧のインターロックを
解除する条件は、上アームゲート電圧１０３がオフ、か
つ上アームフィードバック１０４の出力がオフであるか
ら、下アームＩＧＢＴ５９のゲート電圧のインターロッ
クが解除されるときは、ｔ６であり、その後は上アーム
ＩＧＢＴ５８が電圧を阻止しているので、アーム短絡を
防止することができる。ところで、ｔ６において、上ア
ームＩＧＢＴ５８に短絡故障が発生すると、上アームＩ
ＧＢＴ５８のコレクタ−エミッタ間電圧１０１は２点鎖
線で示すように０Ｖになり、ゲート−エミッタ間電圧１
０２が２点鎖線で示すようにしきい値電圧１０６を維持
するので、上アームフィードバック１０４の出力は２点
鎖線で示すようにオンを継続し、下アームＩＧＢＴ５９
のゲート電圧は２点鎖線で示すようにインターロックさ
れ、これにより、下アームＩＧＢＴ５９が電圧を阻止
し、アーム短絡を防止することができる。また、ｔ
６後、下アームＩＧＢＴ５９がターンオンし、上アーム
ＩＧＢＴ５８がターンオフしている状態において、上ア
ームＩＧＢＴ５８に短絡故障が発生しても、同様に下ア
ームＩＧＢＴ５９のゲート電圧はインターロックされ、
これにより、下アームＩＧＢＴ５９が電圧を阻止し、ア
ーム短絡を防止することができる。以上詳述したよう
に、本実施例では、ＩＧＢＴがオンまたはオフであるこ
とを常時監視し、同一アームの一方のＩＧＢＴがオンし
ているとき、同一アームの他のＩＧＢＴにはオンのゲー
ト電圧が与えられないようにブロックすることによっ
て、アーム短絡を防止することが可能になると共に、ゲ
ートパルス発生回路からのゲートパルスとＩＧＢＴのオ
ン・オフの検出結果とを常時監視しているので、これは
ＩＧＢＴの事故の兆候を検知していることになり、同一
アームの一方のＩＧＢＴのゲートパルスとフィードバッ
ク信号が共にオフであるとき、同一アームの他のＩＧＢ
Ｔのゲートパルスのブロックを解除し、また、同一アー
ムの一方のＩＧＢＴのゲートパルスとフィードバック信
号が共にまたはいずれか一方がオンであるとき、同一ア
ームの他のＩＧＢＴのゲートパルスをブロックし、重故
障を未然に防ぐことができる。
ンパレータ１５の基準電圧は、ＩＧＢＴ５８のしきい値
電圧よりも低く設定する。この理由を図３のタイムチャ
ートにより説明する。時間ｔ１において、上アームゲー
ト駆動回路のゲート電圧１０３がオフからオンになる
と、上アームＩＧＢＴ５８のゲート−エミッタ間電圧１
０２が上昇し、ｔ３でしきい値電圧１０６を超えて、上
アームＩＧＢＴ５８のコレクタ−エミッタ間電圧１０１
が減少し、上アームＩＧＢＴ５８はターンオン状態とな
る。さらに、ｔ４で上アームゲート駆動回路のゲート電
圧１０３がオンからオフになると、上アームＩＧＢＴ５
８のゲート−エミッタ間電圧１０２が減少し、ｔ５にお
いてゲート−エミッタ間電圧１０２がしきい値１０６を
下回ったときに、コレクタ−エミッタ間電圧１０１が増
加し、上アームＩＧＢＴ５８が電圧を阻止し始める。そ
して、ｔ６においてゲート−エミッタ間電圧１０２がコ
ンパレータ基準電圧１０７を下回ったときに、上アーム
フィードバック信号１０４がオフ判定を出力する。この
ｔ４からｔ６の期間は、上アームＩＧＢＴ５８のオン時
にゲート−エミッタ間に蓄積している電荷がケート抵抗
２６、最終段トランジスタ１４、コレクタ抵抗２５の経
路で引き抜かれている期間である。上アームＩＧＢＴ５
８はｔ６においてコレクタ−エミッタ間に電圧を持ち始
めるので、上アームＩＧＢＴ５８のオン期間は、ゲート
電圧１０３がオンかつ上記の引き抜き期間ｔ４〜ｔ６と
なる。このように、コンパレータ１５の基準電圧をＩＧ
ＢＴのしきい値電圧よりも低く設定することにより、上
アームＩＧＢＴ５８のターンオフ時にＩＧＢＴが実際に
電圧を阻止してからオフ判定を出力することができる。
下アームＩＧＢＴ５９のゲート電圧のインターロックを
解除する条件は、上アームゲート電圧１０３がオフ、か
つ上アームフィードバック１０４の出力がオフであるか
ら、下アームＩＧＢＴ５９のゲート電圧のインターロッ
クが解除されるときは、ｔ６であり、その後は上アーム
ＩＧＢＴ５８が電圧を阻止しているので、アーム短絡を
防止することができる。ところで、ｔ６において、上ア
ームＩＧＢＴ５８に短絡故障が発生すると、上アームＩ
ＧＢＴ５８のコレクタ−エミッタ間電圧１０１は２点鎖
線で示すように０Ｖになり、ゲート−エミッタ間電圧１
０２が２点鎖線で示すようにしきい値電圧１０６を維持
するので、上アームフィードバック１０４の出力は２点
鎖線で示すようにオンを継続し、下アームＩＧＢＴ５９
のゲート電圧は２点鎖線で示すようにインターロックさ
れ、これにより、下アームＩＧＢＴ５９が電圧を阻止
し、アーム短絡を防止することができる。また、ｔ
６後、下アームＩＧＢＴ５９がターンオンし、上アーム
ＩＧＢＴ５８がターンオフしている状態において、上ア
ームＩＧＢＴ５８に短絡故障が発生しても、同様に下ア
ームＩＧＢＴ５９のゲート電圧はインターロックされ、
これにより、下アームＩＧＢＴ５９が電圧を阻止し、ア
ーム短絡を防止することができる。以上詳述したよう
に、本実施例では、ＩＧＢＴがオンまたはオフであるこ
とを常時監視し、同一アームの一方のＩＧＢＴがオンし
ているとき、同一アームの他のＩＧＢＴにはオンのゲー
ト電圧が与えられないようにブロックすることによっ
て、アーム短絡を防止することが可能になると共に、ゲ
ートパルス発生回路からのゲートパルスとＩＧＢＴのオ
ン・オフの検出結果とを常時監視しているので、これは
ＩＧＢＴの事故の兆候を検知していることになり、同一
アームの一方のＩＧＢＴのゲートパルスとフィードバッ
ク信号が共にオフであるとき、同一アームの他のＩＧＢ
Ｔのゲートパルスのブロックを解除し、また、同一アー
ムの一方のＩＧＢＴのゲートパルスとフィードバック信
号が共にまたはいずれか一方がオンであるとき、同一ア
ームの他のＩＧＢＴのゲートパルスをブロックし、重故
障を未然に防ぐことができる。
【００１３】図４は、本実施例のゲート駆動回路の他の
詳細例２を示す。本詳細例２が図２の詳細例１と異なる
ところは、オン・オフを判定する電圧を最終段トランジ
スタ１３、１４のエミッタ電圧とする点であり、その他
は同様である。図５は、本実施例のゲート駆動回路の他
の詳細例３を示す。本詳細例３が図２の詳細例１と異な
るところは、オン・オフを判定する電圧を最終段トラン
ジスタ１３、１４のベース電圧とする点であり、その他
は同様である。図４、図５いずれの例においても、オン
・オフを判定する電圧の動きはＩＧＢＴのゲート電圧と
同様の動きなので、図２の例と同様の機能を発揮するこ
とになる。
詳細例２を示す。本詳細例２が図２の詳細例１と異なる
ところは、オン・オフを判定する電圧を最終段トランジ
スタ１３、１４のエミッタ電圧とする点であり、その他
は同様である。図５は、本実施例のゲート駆動回路の他
の詳細例３を示す。本詳細例３が図２の詳細例１と異な
るところは、オン・オフを判定する電圧を最終段トラン
ジスタ１３、１４のベース電圧とする点であり、その他
は同様である。図４、図５いずれの例においても、オン
・オフを判定する電圧の動きはＩＧＢＴのゲート電圧と
同様の動きなので、図２の例と同様の機能を発揮するこ
とになる。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電力変換装置において同一アームに直列に接続されてい
る電圧駆動型素子（ＩＧＢＴ）のゲート電圧を互いにイ
ンターロックする機能を備えることにより、電圧駆動型
素子（ＩＧＢＴ）のオン・オフ状態を常時監視すること
が可能になり、アーム短絡を防止し、重故障を未然に防
ぎ、より安全性、信頼性の高い電圧駆動型素子（ＩＧＢ
Ｔ）用ゲート駆動装置を実現することが可能である。
電力変換装置において同一アームに直列に接続されてい
る電圧駆動型素子（ＩＧＢＴ）のゲート電圧を互いにイ
ンターロックする機能を備えることにより、電圧駆動型
素子（ＩＧＢＴ）のオン・オフ状態を常時監視すること
が可能になり、アーム短絡を防止し、重故障を未然に防
ぎ、より安全性、信頼性の高い電圧駆動型素子（ＩＧＢ
Ｔ）用ゲート駆動装置を実現することが可能である。
【図１】本発明の一実施例を示すＩＧＢＴ用ゲート駆動
装置
装置
【図２】本発明のゲート駆動回路の詳細例１
【図３】図２の回路の動作の説明図
【図４】本発明のゲート駆動回路の詳細例２
【図５】本発明のゲート駆動回路の詳細例３
１、２ 正負駆動電源 １１、１６ フォトカプラトランジスタ １２、１３、１４ トランジスタ １５ コンパレータ ２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８ 抵
抗 ５１、５２ ゲート駆動回路 ５３ ゲートパルス発生回路 ５４、５５、５６、５７ ＡＮＤゲート ５８、５９ 主回路ＩＧＢＴ ６０、６３ ゲート駆動回路入力 ６１、６２ ゲート駆動回路出力（フィードバック信
号） ６４、６５ ゲートパルス １０１ コレクタ−エミッタ間電圧波形 １０２ ゲート−エミッタ間電圧波形 １０３ ゲート電圧信号 １０４ フィードバック信号 １０５ ゲート電圧イターロック信号 １０６ ＩＧＢＴのしきい値電圧 １０７ コンパレータの基準電圧
抗 ５１、５２ ゲート駆動回路 ５３ ゲートパルス発生回路 ５４、５５、５６、５７ ＡＮＤゲート ５８、５９ 主回路ＩＧＢＴ ６０、６３ ゲート駆動回路入力 ６１、６２ ゲート駆動回路出力（フィードバック信
号） ６４、６５ ゲートパルス １０１ コレクタ−エミッタ間電圧波形 １０２ ゲート−エミッタ間電圧波形 １０３ ゲート電圧信号 １０４ フィードバック信号 １０５ ゲート電圧イターロック信号 １０６ ＩＧＢＴのしきい値電圧 １０７ コンパレータの基準電圧
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−218374（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−316514（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−79777（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−7967（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−178552（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−289781（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02M 7/537 H02M 1/00 H02M 1/08
Claims (3)
- 【請求項１】 電力変換器の主回路の同一アームに直列
接続される各電圧駆動型素子をオン・オフ制御するため
のゲートパルスを発生するパルス発生手段と、該ゲート
パルスに基づき前記素子を駆動するゲート駆動手段と、
該素子のオン・オフ状態を示すフィードバック信号を発
する手段と、前記同一アームの一方の素子への前記ゲー
トパルスとそれに対応する前記フィードバック信号との
論理をとる手段と、その論理の結果、前記両者が共にオ
フであるとき、前記同一アームの他の素子への前記ゲー
トパルスのブロックを解除する手段を備えたことを特徴
とする電圧駆動型素子用ゲート駆動装置。 - 【請求項２】 電力変換器の主回路の同一アームに直列
接続される各電圧駆動型素子をオン・オフ制御するため
のゲートパルスを発生するパルス発生手段と、該ゲート
パルスに基づき前記素子を駆動するゲート駆動手段と、
該素子のオン・オフ状態を示すフィードバック信号を発
する手段と、前記同一アームの一方の素子への前記ゲー
トパルスとそれに対応する前記フィードバック信号との
論理をとる手段と、その論理の結果、前記両者が共にま
たはいずれか一方がオンであるとき、前記同一アームの
他の素子への前記ゲートパルスをブロックする手段を備
えたことを特徴とする電圧駆動型素子用ゲート駆動装
置。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２において、前記
ゲート駆動手段は、エミッタおよびベースが互いに接続
されたｎｐｎトランジスタおよびｐｎｐトランジスタ
と、前記エミッタと前記電圧駆動型素子のゲートを接続
するゲート抵抗を有し、前記電圧駆動型素子のオン・オ
フ状態は、該素子のゲートとエミッタ間の電圧または前
記ｐｎｐトランジスタのエミッタと前記素子のエミッタ
間の電圧または前記ｐｎｐトランジスタのベースと前記
素子のエミッタ間の電圧のいずれかから監視することを
特徴とする電圧駆動型素子用ゲート駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12440995A JP3336488B2 (ja) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | 電圧駆動型素子用ゲート駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12440995A JP3336488B2 (ja) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | 電圧駆動型素子用ゲート駆動装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001358833A Division JP2002199741A (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | Ｉｇｂｔ用ゲート駆動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08298786A JPH08298786A (ja) | 1996-11-12 |
| JP3336488B2 true JP3336488B2 (ja) | 2002-10-21 |
Family
ID=14884761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12440995A Expired - Lifetime JP3336488B2 (ja) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | 電圧駆動型素子用ゲート駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3336488B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7187226B2 (en) * | 2004-07-01 | 2007-03-06 | Analog Devices, Inc. | Anti-cross conduction drive control circuit and method |
| JP4449640B2 (ja) | 2004-08-10 | 2010-04-14 | 株式会社日立製作所 | インバータ装置 |
| JP4776368B2 (ja) * | 2005-12-20 | 2011-09-21 | 矢崎総業株式会社 | 電力供給回路のオン故障検出装置 |
| JP4841957B2 (ja) * | 2006-01-05 | 2011-12-21 | 株式会社日立製作所 | スイッチング素子の駆動装置 |
| JP5179954B2 (ja) * | 2008-06-03 | 2013-04-10 | 株式会社日立製作所 | 半導体スイッチング素子用ゲート駆動装置を備えた電力変換装置 |
| KR101319789B1 (ko) * | 2010-12-23 | 2013-10-17 | 전남대학교산학협력단 | 스위칭 장치 및 스위칭 장치의 오작동 방지방법 |
| CN102445647B (zh) * | 2011-10-10 | 2013-07-17 | 保定天威集团有限公司 | 一种igbt脉冲校验方法 |
| JP5840975B2 (ja) * | 2012-02-22 | 2016-01-06 | 三菱電機株式会社 | ゲート駆動回路 |
| JP6828662B2 (ja) * | 2017-11-15 | 2021-02-10 | トヨタ自動車株式会社 | 電力変換装置 |
| JP2022014594A (ja) * | 2020-07-07 | 2022-01-20 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 電力変換装置、半導体スイッチ装置及び製造方法 |
| WO2023148988A1 (ja) * | 2022-02-07 | 2023-08-10 | 日立Astemo株式会社 | ゲート駆動回路および電力変換装置 |
-
1995
- 1995-04-25 JP JP12440995A patent/JP3336488B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08298786A (ja) | 1996-11-12 |
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