JP3477566B2 - 過電流保護機能を有するゲート駆動回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は過電流保護回路に利用
し、導電損失の小さい静電誘導型トランジスタ（以下、
「ＳＩＴ」と記す。）、静電誘導サイリスタ（以下、
「ＳＩＴｈｙ」と記す。）又はＭＯＳトランジスタ等が
ほぼ定格電流値以上で、負の温度特性を有する電力スイ
ッチング素子の過電流による破損を高速なターンオフで
防止する過電流保護機能を有するゲート駆動回路に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】ＳＩＴなどの電力素子の過電流耐量限界
において連続駆動を行う場合、電力素子応用装置の信頼
性を維持するためには過電流に対する保護対策が必要不
可欠である。従来の技術における過電流保護回路には、
ダイオードを検出素子として利用する回路が知られてい
る。図１０は、従来の過電流保護回路を一部に含む電力
素子応用装置の一例を示す回路図である。図１０におい
て、電源７及び負荷９と直列に接続された電力素子８が
オン・オフ信号に基づいてゲート駆動回路２により制御
されているが、過電流保護回路１０は、所定電位を設定
する抵抗器３と直列接続された順方向の検出ダイオード
６が電力素子８のアノード側５に接続され、検出ダイオ
ード６のアノード側４の所定電位がターンオフ信号とし
てゲート駆動回路２に入力されるように構成されてい
る。なお、ゲート駆動回路の電源は図示を省略した。

【０００３】この電力素子応用装置に過電流が流れる
と、電力素子８の順方向降下電圧が過電流により上昇す
ることによって、検出ダイオード６の順方向電流が阻止
され、検出ダイオード６のアノード側４の電位が上昇
し、この電位によって過電流が検出され、ターンオフ信
号としてゲート駆動回路２に入力されて電力素子８がオ
フにされることにより電力素子応用装置が保護されてい
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高速電
力スイッチング回路で用いられるＳＩＴｈｙやノーマリ
オフＳＩＴのような順方向降下電圧の極めて小さい高速
スイッチング電力素子に対する過電流保護のためには、
上記従来の過電流保護回路を適用すると以下のような解
決すべき課題が生じる。

【０００５】先ず、上記のような電力素子の過電流を検
出すべき領域の順方向降下電圧が極めて小さいため、図
１０で示したような従来の技術ではこの小さな電圧変化
に対応して過電流を検出することが困難であった。つま
り、過電流の検出に従来のような構成で検出ダイオード
６を用いた場合、過電流を検出するダイオードの順方向
特性の小電流領域における電流の小さな電圧変化に対応
した緩やかな電流変化によっては、電力素子８の順方向
降下電圧の上昇によるダイオード電流の阻止を検出する
ことは困難である。

【０００６】また、この順方向に降下した微小電圧差を
検出するために増幅器を用いた場合、このような増幅器
を含めた過電流保護回路の利得を大きくすると、保護回
路全体の利得の得られる周波数の上限が制限されるた
め、ターンオフのための高速な保護動作を行うことがで
きず、ＳＩＴｈｙなどの順方向降下電圧の極めて小さい
高速スイッチング電力素子に対する過電流保護ができな
い。

【０００７】さらに、従来の過電流保護回路には電力素
子の温度が上昇した場合に、その温度における適切な過
電流保護動作電流とすることが考慮されていなかった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明の過電流保護機能を有するゲート駆動回路
は、電力素子の導通状態における順方向降下電圧を検出
するダイオードを電力素子のアノード側に接続し、過電
流時の順方向降下電圧の上昇によるダイオード電流の阻
止を検出することで電力素子の過電流防止を行うゲート
駆動回路において、電力素子のアノードに逆方向に接続
した検出ダイオードと、電力素子遮断状態のときに逆流
電流を防止する逆流防止ダイオードと、逆流防止ダイオ
ードの順方向降下電圧，検出ダイオードの逆降伏電圧及
び過電流時の電力素子の順方向降下電圧の加算値から過
電流の検出値を決定するレベルシフト電圧部と、過電流
検出のときにレベルシフト電圧部及び検出ダイオードに
流れる電流を抑制するための電流制限素子を備えてお
り、検出ダイオードの降伏現象における電流の停止信号
を、ゲート駆動回路のターンオフ信号とする構成とし
た。

【０００９】この過電流保護機能を有するゲート駆動回
路は電力素子に過電流が流れると、電力素子のアノード
・カソード間電圧がわずかに上昇し、この電圧と、逆流
防止ダイオードの順方向降下電圧と、検出ダイオードの
降伏電圧との加算値が、適切に設定されたレベルシフト
電圧部の電圧値より大きくなると、電流制限素子によっ
て制限された検出ダイオード及び逆流防止ダイオードに
流れる電流が停止し、この電流はレベルシフト電圧部を
通ってターンオフ制御部に急激に流れ、電力素子を高速
でターンオフ制御する。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の過電流保護機能を有する
ゲート駆動回路は、過電流発生時の電力素子のわずかな
順方向降下電圧を検出するために、従来とは逆方向に電
力素子のアノード側に接続した検出ダイオードと、電力
素子遮断状態の際に逆流電流を防止する逆流防止ダイオ
ードと、逆流防止ダイオードの順方向降下電圧、検出ダ
イオードの逆降伏電圧及び過電流時の電力素子の順方向
降下電圧の加算値から、過電流の検出値を決定するレベ
ルシフト電圧部と、検出ダイオード及び過電流検出の際
にレベルシフト電圧部に流れる電流を抑制するための、
定電流ダイオード、抵抗等を含む電流制限素子とを備え
ている。

【００１１】この検出ダイオードは、逆方向降伏がトン
ネル現象によるダイオードであり、電力素子と熱的に結
合されている。なお、ここで熱的に結合とは、素子が同
程度の温度に保たれている場合や同程度の温度に保たれ
ていなくても素子の温度係数を考慮して組み合わせる構
成を含む意味である。

【００１２】さらに、レベルシフト電圧部自体、或いは
レベルシフト電圧部の基準電圧発生部に逆方向降伏がト
ンネル現象によるダイオードを用い、電力素子と熱的に
結合させるのがよい。ＳＩＴやＳＩＴｈｙのような電力
素子は、素子の温度が上昇しほぼ連続的に通流される直
流定格電流値以上で電流の温度係数が負に変わるので、
素子温度が高いほど、過電流保護を行うべき電流領域で
は順方向電圧降下は大きくなる。したがって、過電流検
出電圧は温度上昇に伴い大きくする必要がある。これに
対応すべくトンネル現象を有するツェナーダイオードの
逆方向降伏電圧の温度係数が負であることを応用して、
過電流保護を行うべき電流値を一定電流値に定めること
ができる。

【００１３】また、ツェナーダイオードの代わりにアバ
ランシェダイオードを用いると逆方向降伏電圧の温度係
数を正にできるので、検出ダイオードの特性をトンネル
効果とアバランシェ効果とを適宜組み合わせて所望の温
度特性を得て、過電流保護を行う動作点電流を設定でき
る。さらに、アバランシェダイオードは、逆方向降伏現
象に雪崩現象を生じるので、検出ダイオードやレベルシ
フト電圧部或いはレベルシフト電圧部の基準電圧発生源
に用いてもよい。なお、ここで用いられる電力素子はＳ
ＩＴの代わりにＳＩＴｈｙ，ＭＯＳトランジスタ，ＩＧ
ＢＴ，ＧＴＯ及びバイポーラトランジスタであってもよ
い。

【００１４】以上のような構成の過電流保護機能を有す
るゲート駆動回路では、ダイオードの逆方向特性におけ
る逆方向耐圧付近での、小さな電圧変化がトンネル現象
を引き起こし極めて大きな電流変化を高速に誘発する現
象に着目し、また降伏電圧の負の電圧値が温度の上昇と
ともに小さくなることを積極的に応用している。また、
過電流の検出ダイオードを従来とは逆方向に接続するこ
とにより、従来用いられる順方向の電流立上がり特性よ
りも急峻な降伏電圧付近の小さな電圧変化による大きな
電流変化を応用できる。

【００１５】すなわち、オン状態のＳＩＴｈｙなどの電
力素子に過電流が流れた際、アノード・カソード間の電
圧がわずかに上昇する。この電圧と、逆流防止ダイオー
ドの順方向降下電圧と、検出ダイオードの降伏電圧との
加算値が、レベルシフト電圧部の電圧値より大きくなる
と、電流制限素子によって制限された検出ダイオード及
び逆流防止ダイオードに流れる電流が停止する。

【００１６】これによって、検出ダイオード及び逆流防
止ダイオードを流れていた電流は、レベルシフト電圧部
を通ってゲート駆動回路のターンオフ制御部に急激に流
れ、電力素子を高速でターンオン制御する。この際、検
出ダイオードが電力素子と熱的に結合されているので、
電力素子の温度が上昇していると、検出ダイオードの降
伏電圧は小さくなる。したがって、過電流保護を行うべ
き電流値を温度変化にかかわらず一定電流値に設定でき
る。

【００１７】また、電力素子の特性によっては、トンネ
ル現象になるツェナーダイオードと、雪崩降伏現象を示
すアバランシェダイオードを適宜組み合わせて、過電流
保護動作点を自由に設定できる。

【００１８】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の第１の実施例を示す回路構成図で
ある。図１において、第１の実施例の過電流保護機能を
有するゲート駆動回路２０は、電源２７及び負荷２９と
直列に接続されて一電気回路をなす電力素子２８と、オ
ン・オフ信号に基づいて電力素子２８を駆動制御するゲ
ート駆動回路２２と、電力素子２８のアノード側に逆方
向に接続された検出ダイオード２４と、この検出ダイオ
ード２４と電力素子２８のカソード側との間に接続され
た逆流阻止ダイオード２５及びレベルシフト電圧部２６
と、ゲート駆動回路の電源端子から逆流阻止ダイオード
２５のアノード側に接続された電流制限素子２３とを備
えており、逆流阻止ダイオード２５のアノード側電位が
レベルシフト電圧部の電位より高くなると、検出ダイオ
ード２４の降伏電流が停止し、検出ダイオード及び逆流
阻止ダイオードを流れていた電流がターンオフ信号とし
てゲート駆動回路２２に入力するように構成されてい
る。

【００１９】さらに、図１において点線で囲んだ箇所２
１は検出ダイオード２４，レベルシフト電圧部２６及び
電力素子２８とが熱的に結合して配置されていることを
示している。なお、第１の実施例では電力素子２８とし
てＳＩＴを使用した。レベルシフト電圧部２６は可変で
あり、この電圧が、電力素子２８に過電流が流れたとき
の順方向降下電圧と、検出ダイオード２４の逆方向降伏
電圧と、逆流阻止ダイオード２５の順方向降下電圧とを
加算した値となるようにしている。

【００２０】図２はＳＩＴの順方向降下電圧−順方向電
流の温度特性図である。図３はツェナーダイオードの電
圧−電流の温度特性図である。図２において、直流定格
電流以上の領域、つまり１５アンペア以上においては、
素子温度が高いほどドレイン・ソース間の順方向電圧降
下が大きい。この温度変化に対する電圧降下の変動を補
正するために、図３に示されるような素子温度の上昇と
ともに逆降伏電圧が小さくなるツェナーダイオードを用
いる。これによりダイオードの降伏現象を利用して過電
流保護が働く電圧設定値を温度変化によらず一定に保つ
ように設定する。

【００２１】この第１の実施例では電力素子としてＳＩ
Ｔを使用しているが、ＳＩＴｈｙのような高速スイッチ
ング素子に対しても、本発明では高速の過電流保護を行
うことができる。図４はＳＩＴｈｙの順方向降下電圧−
順方向電流の温度特性図である。図４に示すようにＳＩ
Ｔｈｙも約１２アンペア以上の順方向電流に対して温度
係数が逆転するので、過電流保護を行う動作点電流を温
度変化によらず一定になるように上記のアバランシェダ
イオードやツェナーダイオードの適宜のダイオードを組
み合わせて設定する。

【００２２】次に、第１の実施例の動作を説明する。図
１を参照して、オン状態の電力素子２８に過電流が流れ
ると、電力素子２８のドレイン・ソース間の電圧が上昇
し、逆流阻止ダイオード２５のアノードの電位が上昇す
る。この電圧、すなわち、逆流阻止ダイオード２５の順
方向降下電圧、検出ダイオード２４の降伏電圧及びドレ
イン・ソース間の順方向降下電圧の加算値が、レベルシ
フト電圧部２６より大きくなると、検出ダイオード２４
を流れる電流が停止し、代わってレベルシフト電圧部２
６に流れ込む。これをターンオフ信号としてゲート駆動
回路２２に入力される。電流制限素子２３は検出ダイオ
ード２４及びレベルシフト電圧部２６に流れる電流を制
限している。

【００２３】また、検出ダイオード２４、レベルシフト
電圧部２６及び電力素子２８が熱的に結合されているの
で、電力素子２８の温度が上昇し順方向電圧降下が大き
くなるのに対応して、検出ダイオード２４の降伏電圧は
小さくなる。したがって、温度変化しても検出ダイオー
ド２４の動作点を不変にできる。

【００２４】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。図５は第２の実施例の回路構成図である。図５に
おいて過電流保護機能を有するゲート駆動回路の第２の
実施例では、信号監視回路４２、基準電圧回路４４、遮
断回路４６、ゲート駆動回路４８及びドレイン電圧監視
回路５０を備えており、Ｒ１〜Ｒ５は抵抗器を示し、特
に抵抗器Ｒ３はドレイン電圧監視回路５０の電流制限素
子である。またＴ１〜Ｔ５はトランジスタを示す。な
お、入力端には電源により（図示せず）所定電圧が印加
されている。

【００２５】オンオフ信号発振器４０の出力側は、抵抗
器Ｒ１を介してトランジスタＴ１のベースに接続され、
電源（図示せず）の所定電圧が抵抗器Ｒ２を介してトラ
ンジタＴ１に印加されている。このトランジスタＴ１の
コレクタ側（Ａ点）がゲート駆動回路のトランジスタＴ
４及びＴ５の共通ベース側（Ｅ点）と遮断回路４６を構
成するトランジスタＴ３のコレクタ側（Ｄ点）に接続さ
れている。さらに、トランジスタＴ１のベースがトラン
ジスタＴ２のベースに接続され、抵抗器Ｒ３がコレクタ
側（Ｂ点）に接続され、所定電圧が印加されている。こ
のトランジスタＴ２のコレクタ側には、遮断回路のトラ
ンジスタＴ３のベースに逆方向に接続されて基準電圧回
路４４を構成する定電圧ダイオードが接続され、順方向
の逆流阻止ダイオード３５と逆方向の検出ダイオード３
４が、直列にＳＩＴ５２のドレイン側（Ｆ点）との間に
接続されている。

【００２６】ゲート駆動回路４８は、抵抗器Ｒ４と、ト
ランジスタＴ４及びＴ５と、抵抗器Ｒ５とが直列に接続
され、共通の電源（図示せず）により所定電圧が印加さ
れており、トランジスタＴ４のエミッタ出力がＳＩＴ５
２のゲートに接続され、ＳＩＴ５２のドレイン側に負荷
３９と負荷の保護回路であるダイオード３２が逆方向に
接続されている。基準電圧回路４４は定電圧ダイオード
であり、過電流検出値を決定している。なお、この第２
の実施例においても、基準電圧回路４４、検出ダイオー
ド３４及びＳＩＴ５２は熱的に結合され配置されてい
る。

【００２７】次に、第２の実施例の動作を説明する。発
振器４０のオンオフ信号により所定電位がゲート駆動回
路のトランジスタＴ４及びＴ５のベースに入力され、電
力素子のＳＩＴ５２が駆動制御される。また、信号監視
回路４２は発振器４０のオンオフ信号に基づいてトラン
ジスタＴ２がオンオフすることによりＢ点の電位でＳＩ
Ｔ５２のオンオフを監視している。遮断回路４６のトラ
ンジスタＴ３は基準電圧回路４４に逆電流が流れない限
りオフ状態である。

【００２８】電力素子のＳＩＴ５２に過電流が流れる
と、順方向降下電流が増大してＳＩＴ５２のアノード・
カソード間の電圧、つまりＦ点の電位が上昇する。この
上昇した電圧と、検出ダイオード３４の逆方向電流が停
止したときの逆流防止ダイオード３５の順方向降下電圧
と、検出ダイオード３４の逆方向降伏電圧との加算値
（Ｃ点の電圧）が基準電圧回路４４の定電圧ダイオード
の設定値より大きくなると逆電流がトランジスタＴ３の
ベースに流れてトランジスタＴ３がオンし、Ｄ点の電位
が急激にマイナス電位に落ちる。このため、ゲート駆動
回路４８のベース電位が低下してトランジスタＴ４がオ
フ、Ｔ５がオンになり、ＳＩＴ５２が遮断する。

【００２９】図６はドレイン電圧監視回路５０の逆流阻
止ダイオード３５と、検出ダイオード３４を直列接続し
たときの電圧−電流特性を測定した結果である。図６に
おいて、６０は本発明による第２の実施例のドレイン電
圧監視回路５０の特性を示し、６２はこのドレイン電圧
監視回路５０のかわりに従来技術で用いられている検出
ダイオードが順方向に一つだけ接続されているドレイン
電圧監視回路の特性を示す。なお、この特性は図５にお
けるＣ−Ｆ間の電流−電圧値である。

【００３０】従来から用いられているダイオードの順方
向接続を用いる構成では、ダイオードに印加される電圧
０．５Ｖ〜０．７Ｖの変化でほぼ０〜０．５ｍＡの変化
が生じる。一方、本発明の逆流阻止ダイオードと、検出
ダイオードを直列接続の組み合わされた静特性からは、
５．０Ｖからの微小な電圧変化に対してほぼ０Ａ〜１ｍ
Ａ以上の変化が生じる。このことから、本発明の過電流
の検出で急峻な電流の増加の特性が得られることが分か
る。

【００３１】なお、この検出ダイオード３４は、基準電
圧回路４４の基準ダイオードとともにＳＩＴ５２と熱的
に結合されており、ＳＩＴ５２との温度係数の差を補う
ために、検出ダイオードと基準ダイオードの取付位置
は、ＳＩＴ５２の実装される放熱器の温度勾配を考慮し
た適切な位置としている。

【００３２】次に本発明の第３の実施例について説明す
る。図７は本発明による過電流保護回路を使用したＰＷ
Ｍ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：
パルス幅変調）インバータ装置の回路図である。図７に
おいて、ローパスフィルタ７３はフルブリッジ回路から
出力される交流方形波電圧に含まれた基本波成分と高調
波成分のうち、高調波成分を低減する回路である。微分
回路７９は、交流出力電圧Ｖ_OUT に含まれているごくわ
ずかな高調波成分を強調してエラーアンプ７４に入力
し、それを受けたエラーアンプ７４は基本波発生回路７
５から入力される基本波Ｖ_S との差を増幅し、比較信号
Ｖ_Cを電圧比較回路７７，７８に出力する。

【００３３】次に、電圧比較回路７７は、比較信号Ｖ_C
と搬送三角波発生回路７６の出力電圧Ｖ_t とを比較し、
比較信号Ｖ_C の電圧値に比例するパルス幅に変調された
制御信号ＰＷＭ１を出力する。一方、電圧比較回路７８
は、制御信号ＰＷＭ１と逆論理の制御信号ＰＷＭ２を出
力する。制御信号ＰＷＭ１は、ＳＩＴドライブ回路８
２，８４に入力され、ＳＩＴ７０，７１はそれぞれＳＩ
Ｔドライブ回路８２，８４により制御される。これによ
り、フルブリッジ回路から交流方形波電圧が出力され
る。

【００３４】図７を参照して、各ＳＩＴドライブ回路８
０，８２，８４，８６には、ゲートを直接駆動するオン
・オフ回路１ｅ〜４ｅと、ＳＩＴ６９〜７２のドレイン
・ソース間の電圧を監視するドレイン電圧監視回路１ｄ
〜４ｄと、ドライブ回路に入力される信号を読み取り、
ＳＩＴ６９〜７２がオン・オフどちらの状態にあるかを
判断するドライブ信号監視回路１ａ〜４ａと、ドライブ
信号オン指令時において、ＳＩＴ６９〜７２のドレイン
電流が過電流か否かを判断するために基準となる基準電
圧回路１ｃ〜４ｃと、同じくドライブ信号オン指令時に
おいて、ＳＩＴ６９〜７２のドレイン電圧が基準電圧値
以上になった時に過電流と判断し、ＳＩＴ６９〜７２を
オフに至らせる遮断回路１ｂ〜４ｂと、からなってい
る。なお、第３の実施例のドライブ信号監視回路１ａ〜
４ａ、遮断回路１ｂ〜４ｂ、基準電圧回路１ｃ〜４ｃ及
びドレイン電圧監視回路１ｄ〜４ｄの具体的回路構成
は、例えば第２の実施例の信号監視回路４２、遮断回路
４６、基準電圧回路４４及びドレイン電圧監視回路５０
が各々対応する。

【００３５】以上のような構成の第３の実施例に過電流
が生じた例として、ＳＩＴ６９，７２がオンし、インバ
ータ出力が短絡した場合を説明する。フルブリッジ回路
の電源Ｖ_E より短絡電流Ｉ_A が図７の点線で示す経路で
流れ、ＳＩＴ６９，７２のドレイン・ソース間の電圧が
急激に上昇する。ＳＩＴ６９，７２のドレイン・ソース
間の電圧が基準電圧回路の基準電圧値以上になった時点
で過電流と判断され、ＳＩＴをすばやく安全にオフにす
る。

【００３６】図８は第３の実施例のＰＷＭインバータ装
置に、コンデンサインプット型の負荷を接続したときの
波形を表している。点線がインバータの出力電圧波形、
実線が電流波形である。コンデンサインプット型の負荷
の特徴として、電源投入時に過大な突入電流が流れる。
図８の場合、時間４０ｍｓの時点で負荷の電源が投入さ
れ、電流１２０Ａ付近で過電流保護が働いてＳＩＴをオ
フに導き、それ以上の電流が流れないように制御してい
ることがわかる。

【００３７】また、時間７０ｍｓ以降においてはコンデ
ンサへの突入電流もなくなり、通常の動作に戻っている
ことも確認できた。実験に使用したコンデンサインプッ
ト型の負荷は過電流保護の作動により電流１２０Ａに抑
えられているが、過電流保護機能を取り付けなかった場
合、２５０Ａ以上もの電流が流れＳＩＴの定格電流を上
回るものになっていた。したがって、本発明の過電流保
護機能を有するゲート駆動回路により、ＳＩＴの過電流
による破損を防ぐことができている。この実施例によれ
ば、電力素子の温度変化による順方向電圧降下の変動に
無関係に、過電流保護の設定値を一定にすることができ
るが、検出ダイオードの選定と、電力素子の使用領域に
よっては様々な組み合わせが可能となる。

【００３８】次に図９に過電流の発生からその検出、イ
ンバータ入力電流の遮断に至までの波形を示す。図９に
おいてＳＩＴゲート電圧波形Ｖ_gk、インバータ入力電流
波形Ｉ_dc、ドレイン・ソース間の電圧波形Ｖ_dsをそれぞ
れ示す。インバータ入力電流Ｉ_dcが時間軸０ｍｓより徐
々に増していき、１４０Ａに達した時点で過電流を検出
している。ゲート電圧Ｖ_gkは即座にオフされ、ドレイン
・ソース間電圧Ｖ_dsもオフになることでインバータ入力
電流Ｉ_dcが遮断されていることが確認できた。また、ゲ
ート電圧Ｖ_gkオフ指令からインバータ入力電流Ｉ_dcが遮
断されるまでの時間が極めて短いことも同時に確認でき
る。ここで用いられる電力素子はＳＩＴの代わりにＳＩ
Ｔｈｙ，ＭＯＳトランジスタ，ＩＧＢＴ，ＧＴＯ及びバ
イポーラトランジスタであってもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の過電流保
護機能を有するゲート駆動回路は、過電流による順方向
降下電圧が極めて小さい電力素子であっても、検出ダイ
オード降伏現象による電流によりターンオフのための保
護動作が高速にできるという効果を有する。

【００４０】さらに、電力素子の温度が上昇しほぼ連続
的に通流される直流定格電流値以上で電流の温度係数が
負であるので、素子温度が高いほど過電流保護を行うべ
き電流領域では順方向降下電圧が大きくなり、したがっ
て、逆降伏特性にトンネル現象を有するツェナーダイオ
ードの温度係数が負であることを利用して、過電流保護
を行うべき電流値を一定電流値に定めることができると
いう効果を有する。

【００４１】また、ツェナーダイオードの代わりにアバ
ランシェダイオードを用いると逆方向降伏電圧の温度係
数を正にできるので、検出ダイオードの特性をトンネル
効果とアバランシェ効果とを適宜組み合わせて所望の温
度特性を得て、過電流保護を行う動作点電流を設定でき
るという効果を有する。

【００４２】さらに、ダイオードの降伏現象を用いるこ
とになるので、順方向電圧降下の微小電位差から大きな
電流差を発生できる。すなわち、増幅器を含めた過電流
時にターンオフさせる保護回路の利得を大きくする必要
がないので、高速なターンオフ保護動作を行うことがで
きるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す回路構成図であ
る。

【図２】第１の実施例のＳＩＴの順方向降下電圧−順方
向電流の温度特性図である。

【図３】ツェナーダイオードの電圧−電流の温度特性図
である。

【図４】ＳＩＴｈｙの順方向降下電圧−順方向電流の温
度特性図である。

【図５】本発明の第２の実施例の回路構成図である。

【図６】第２の実施例におけるドレイン電圧監視回路の
電流−電圧特性図である。

【図７】本発明による過電流保護機能を有するゲート駆
動回路を使用したＰＷＭインバータ装置の回路図であ
る。

【図８】第３の実施例のＰＷＭインバータ装置に、コン
デンサインプット型の負荷を接続したときの波形を示
す。

【図９】過電流の発生からその検出、インバータ入力電
流の遮断に至までの、ＳＩＴゲート電圧波形Ｖ_gk、イン
バータ入力電流波形Ｉ_dc、ドレイン・ソース間の電圧波
形Ｖ_dsを示す。

【図１０】従来の過電流保護回路を一部に含む電力素子
応用装置の一例を示す回路図である。

【符号の説明】

２３ 電流制限素子 ２４ 検出ダイオード ２５ 逆流阻止ダイオード ２６ レベルシフト電圧部 ２８ 電力素子 ４２ 信号監視回路 ４４ 基準電圧回路 ４６ 遮断回路 ４８ ゲート駆動回路 ５０ ドレイン電圧監視回路 ５２ ＳＩＴ

フロントページの続き (72)発明者 土岐 泰義 青森県青森市橋本３丁目17−７ 橋本３ 番館203号 (56)参考文献 特開 平６−326579（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−86210（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−210727（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−308621（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−141719（ＪＰ，Ａ) 実開 昭49−72155（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03K 17/08 H02M 1/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力素子の導通状態における順方向降下
   電圧を検出するダイオードを電力素子のアノード側に接
   続し、過電流時の順方向降下電圧の上昇による上記検出
   ダイオードの電流の阻止を検出することで電力素子の過
   電流防止を行うゲート駆動回路において、 上記電力素子のアノード側に逆方向に接続した検出ダイ
   オードと、 上記電力素子遮断状態のときに逆流電流を防止する逆流
   防止ダイオードと、 この逆流防止ダイオードの順方向降下電圧，上記検出ダ
   イオードの逆降伏電圧及び過電流時の上記電力素子の順
   方向降下電圧の加算値から過電流の検出値を決定するレ
   ベルシフト電圧部と、 過電流検出のときに上記レベルシフト電圧部及び上記検
   出ダイオードに流れる電流を抑制するための電流制限素
   子とを備えており、 上記検出ダイオードの降伏現象における電流の停止信号
   を、上記ゲート駆動回路のターンオフ信号としたことを
   特徴とする、過電流保護機能を有するゲート駆動回路。
2. 【請求項２】 前記検出ダイオードがツェナーダイオー
   ドであって、電力素子と熱的に結合していることを特徴
   とする請求項１に記載の過電流保護機能を有するゲート
   駆動回路。
3. 【請求項３】 前記検出ダイオード、前記レベルシフト
   電圧部或いはレベルシフト電圧部の基準電圧発生源の少
   なくとも一つが、電力素子と熱的に結合され、かつ、ツ
   ェナーダイオードであることを特徴とする請求項１に記
   載の過電流保護機能を有するゲート駆動回路。
4. 【請求項４】 前記検出ダイオード、前記レベルシフト
   電圧部或いはレベルシフト電圧部の基準電圧発生源の少
   なくとも一つが、電力素子と熱的に結合され、かつ、ア
   バランシェダイオードであることを特徴とする請求項１
   または３に記載の過電流保護機能を有するゲート駆動回
   路。
5. 【請求項５】 前記電力素子の温度特性に対応して、前
   記検出ダイオードの温度特性をトンネル効果とアバラン
   シェ効果とを適宜組み合わせて過電流保護を行う動作点
   電流としたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに
   記載の過電流保護機能を有するゲート駆動回路。