JP3764234B2

JP3764234B2 - 保護回路

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Publication number: JP3764234B2
Application number: JP01234197A
Authority: JP
Inventors: ビジャイ・マンタニ
Original assignee: International Rectifier Corp USA
Current assignee: Infineon Technologies Americas Corp
Priority date: 1996-01-26
Filing date: 1997-01-27
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2017-01-27
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力半導体デバイスに、特に、例えば電力変換／逆変換回路のような電力回路を、過電流の障害に対してのみならず、二相,相〜アース間の、および、シュートスルー(shoot through)の短絡障害に対して保護する方法及び回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＧＢＴ(insulated gate bipolar mode transistor:絶縁ゲートバイポーラモードトランジスタ)インバータは、様々な変換に際して一般的に適用されている。１つの適用例では、これらのインバータが、直流バス電圧を単相又は三相交流電圧出力へ変換するために有用である。ＩＧＢＴは、過負荷のコンデンサ又は障害の許容度について制限されている。従って、敏速に動作する検出器および保護回路が、例えば短絡のようないかなる障害をも検出し、障害がある場合には、デバイスの破壊を防ぐのに十分に敏速に電力デバイスに対してゲート駆動を閉鎖する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
過剰な電流についての障害は、短絡障害および過電流障害として大きく分類づけられ得る。短絡障害は、電流が通じる電力デバイスが、通常、電力変換回路に接続された負荷器(load)を含まない経路を経由して、過剰量の電流を搬送させられる場合に生じる。大きな電流によって、デバイスにかかる電圧が高い値へ上昇する。その値は、デバイス固有の特性にのみならず、直流バスの電圧,インピーダンスおよびその障害経路にある他のデバイスに依存している。デバイスにかかる高電圧は、次第にデバイス内の過度の電力損失を引き起こし、それによって、デバイスが過熱し、破壊する。
そこで、その破壊を防止するために短絡障害の発生時に、電力回路を迅速に閉鎖することが必要である。
【０００４】
前述した短絡障害の分類は３つの下位区分に細分され得る。
a) 二相短絡: このタイプの障害は、インバータの２つ(又はそれ以上)の出力がショートする場合に生じる。
b) 相〜アース間の短絡: このタイプの障害は、インバータの１つ(又はそれ以上)の出力がアースに対してショートする場合に生じる。
c) シュートスルー(shoot through)短絡: もし、インバータ回路の同じ区間にある２つのデバイス(例えば、直列にあるデバイス)が同時にオン状態に入れられれば、あるいは、同じ区間の導電する又はショートしたデバイスへ電流を伝えるべく、デバイスがオン状態に入れられれば、過剰な電流が正のバスから同じ区間のデバイスを経由して負のバスへ流れる。事実上、このタイプの障害は、二相障害に類似しており、二相障害として検出され処理され得る。
【０００５】
過電流障害は、インバータにおける１つ又はそれ以上のデバイスが、短絡電流よりも小さいが、デバイスの連続電流搬送容量よりも大きな電流を搬送する場合に生じる。このタイプの障害電流は、通常、インバータの２つ(又はそれ以上)の出力の間で、それらの間に接続される負荷器を通って流れる。電流の大きさが短絡電流より小さいので、デバイスにかかる電圧は、おおよそデバイス固有の特性に依存する。従って、それに関連した損失は、短絡状態の間にあった損失よりも小さい。これらのタイプの障害は、短絡電流と比較して割合に長い時間許容され得る。この分類の障害に関して、電力デバイスによって安全に許容され得る一時的な過負荷の間にデバイスが閉鎖されないように、逆限時特性(inverse time characteristics)を備えた過電流の保護を有することが好ましい。
【０００６】
以下の２つの一般的な解決法を用いて、短絡および過電流の障害を検出することが知られている。第１の解決法は、不飽和検出(desaturation detection)手段を含んでいる。短絡の間に、デバイスにかかる電圧は、デバイス固有の特性のみならず、インバータの直流バスの電圧,インピーダンスおよび短絡経路における他のデバイスの存在によって決定される高い値に上昇する。その結果、デバイスがオン状態に入れられている場合にデバイスにかかる高電圧は、短絡障害として判断され得る。続いて、その電圧は、電力デバイスと制御回路との間を通過する制御信号によって、電力デバイスの閉鎖を開始するために、制御回路にフィードバックされ得る。それら作用する電圧間の電位差が数百ボルトに達するので、これらの信号をインターフェースすることはささいなことではない。そこで、信号は、通常、オプトカップラー(optocoupler)のような、ある形式の電流アイソレータ(current isolator)経由で、上記制御回路へ、また、制御回路から供給される。公知のように、典型的なインバータでは、幾つかのデバイスが直流バスの高い側に接続され、他のデバイスがその低い側に接続されている。高い側の各デバイスは、上記制御回路へ、また、制御回路から信号を供給するために、少なくとも１つのオプトカップラーを使用しなければならない。
【０００７】
更に、先行技術の不飽和検出の機構は、それ自体で検出し、過電流に対する保護をもたらすことはできない。その結果、過電流に対する保護が、典型的には、例えば、分流器,ホール効果電流変圧器,高周波直流検出素子、若しくはその同様のものを使用することにより、ある形式の電流感知(current sensing)手段を用いて付加される。
【０００８】
短絡を検出するための２つの公知の解決法のうちの第２のものは、電流感知手段を有している。この解決法に従って、直流電流は、電流分流器,ホール効果センサ等のような、ある形式の電流感知手段を用いて、正の直流バス,負の直流バス若しくは両方の直流バスにおいて感知される。時には、電流変圧器(ＣＴ)が、Ｐ−Ｅ(相〜アース)の障害を差動感知(differential sensing)するために出力に設けられる。
【０００９】
電流感知手段としては、多くの機構が知られている。これらの機構のうちの１つは、負の直流バスおよび正の直流バスの両方に電流センサを備える。このことは、正および負のバスにおける別々の電流センサ、そして、各センサについての別々の検出回路を備えることを必要とする。高い側の直流バスとともに作動する感知および検出回路は、あらゆる状態を制御回路へ伝えるために、ある形式の電流アイソレーション(current isolation)を使用しなければならない。これらの回路は、(a)オプトカップラーを備えた正のバスにおける分流器、(b)正のバスにおけるホール効果の電流センサ、(c)正のバスにおける高周波直流変圧器(high frequency ＤＣＣＴ)として配列され得る。負のバスへの障害の分離又は非分離出力のうちの、正のバスを経由した障害の分離出力が制御回路に供給され、いかなる障害の場合にも、その制御回路が、電力処理デバイスのゲートに対する駆動信号を検出し、カットオフする。
【００１０】
また別の公知の電流感知の機構は、付加的な感知手段用に接続されるたった１つの電流センサを用いるものである。すなわち、単一の電流センサが付加的な様式で２つの主系(primary)として作用する正および負の直流バスとともに使用される。負直流バスのみならず正のバスからの電流がともに同じセンサを通過させられる。通常の、過負荷および二相短絡状態の間に、上記センサの出力は、正および負のバスの電流の合計に比例しており、各々は、主系におけるそれぞれの切替わりの数により概算される。相〜アース間の障害の間には、上記センサの出力は、正直流バス又は負直流バスの各主系の切替わりの回数により概算される障害電流に比例している。上記センサの分離出力は制御回路に供給され、いかなる障害が検出される場合にも、その制御回路は、ゲート駆動信号を検出し、カットオフする。
【００１１】
更に別の先行技術の機構は、１つの比例電流センサおよび１つの差分電流センサ(differential current sensor)を使用するものである。(分離又は非分離の)比例電流のセンサが、正のバスの電流又は負のバスの電流のどちらか一方をモニターするために用いられる。出力センサが、二相短絡、及び／又は、過電流の障害を検出すべく用いられる。分離された差分電流のセンサは、正および負のバスにおける、又は、インバータの出力における差分電流を測定するために用いられる。この差分電流のセンサの出力が、相〜アース間の障害を検出するために用いられる。
前述した先行技術の機構のすべてが、回路を制御するために障害の状態を反映する信号を結合するために、例えばオプトカップラーのようなある形式のアイソレーションを用いるものである。
【００１２】
本発明の目的の１つは、様々な短絡や過電流の障害に対して電力デバイスを保護するための、より簡単な構成を有し、より少ない部品を用いる方法及び回路を提供することである。
本発明の他の目的は、検出し、電力デバイスを制御するために必要とされる電流アイソレータの数を削減する、電流回路保護のための方法および回路を提供することである。
【００１３】
本発明のまた他の目的は、高い側の電力デバイスのための局部的な保護をもたらす回路および方法を実現することであり、この場合には、高い側の電力デバイスの障害に対する保護について他の方法により必要とされるような、高い側から低い側への分離された感知信号又はフィードバック信号を用いることを回避するために、高い側の障害は、それらが低い側の電力デバイスにおいて検出されるときにラッチされる。
本発明の更に他の目的は、抵抗感知素子が用いられる場合に、電流センサをただ１つ使用することにより、経済的であり、且つ、効率を向上させる半導体電力デバイスの保護のための方法および回路を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、先行技術の機構が障害の発生を感知し、閉鎖を引き起こすために、その障害を反映する信号を制御回路へフィードバックするという認識から生ずる。もし、以下の２つの状態が判断されれば、より効率的な回路が得られる。
１．(上記正のバスからアースまでの相〜アース間の障害を除く)前述した障害のすべてが、上記負のバスにおいて感知され得る。
２．もし、高い側のデバイスが局部的な保護回路によってオフ状態に入れられれば、上記正のバスからアースまでの相〜アース間の障害の発生は、それが検出され得る場合に、(障害電流におけるインダクタンスにより)低い側の電流デバイスに並列に接続されるダイオードを通じて負のバスへ伝えられる。
【００１５】
前述した目的および認識が、上記負のバスにおける電流センサ、高い側のトランジスタのための不飽和検出および局部閉鎖の機構のみ用いる本発明に至った。高い側と制御回路との間の信号の供給若しくは結合は必要とされない。
従って、上記負のデバイスを通じて、過電流障害,二相短絡障害、若しくは、相〜アース間の障害のいずれかがある場合には、低い側の電流センサが障害電流を感知し、それと同様のものを制御回路に伝える。この制御回路は、上記電力デバイスに対するゲート信号を止める制御信号を生じる。二相短絡障害の間には、高い側の不飽和検出手段の閉鎖処理が、低い側の電流感知手段の閉鎖の反応速度よりも僅かに遅い速度で反応するように為される。その結果、まず低い側の電流感知手段の閉鎖が実行されフォールト・ピン(ＦＡＵＬＴ pin)をアクティブにし、障害をラッチし、それによって、すべてのゲート入力信号を停止する。このことにより、回路が障害の状態をラッチし、全デバイスに対する入力信号をカットオフすることができる。
【００１６】
上記正のバスを通じて、相〜アース間の短絡障害がある場合には、高い側のデバイスの不飽和検出の閉鎖が、高電圧を出す特定のＩＧＢＴデバイスについての駆動信号をカットオフし、１周期ずつ、高い側のデバイスの間違いを防止している。それから、障害経路におけるインピーダンスにより、電流が低い側のダイオードに整流する。その電流は、負のバスからアースの方向に流れる。もし、障害経路におけるインダクタンスが十分に小さければ、低い側のトランジスタがオン状態になる前に、電流はゼロになる。電流は低い側のダイオードから低い側のトランジスタへ整流し、アースから負のバスに流れる。その後、前述したように、用いた感知方法に依存して、上記負のバスから(低い側のダイオードに対する)アースへ流れる電流、又は、アースから負のバスへ流れる電流のどちらか一方を感知することにより、電流感知の回路はアクティブになる。
【００１７】
いかなる場合にも、本発明の方法は、保護回路の効率的な動作のために、高い側のデバイスから制御回路へ結合されるべき分離された障害の信号およびフィードバック信号をいずれも必要としない。それにもかかわらず、もし何等かの理由のために、かかるアイソレーション回路を含むことが好ましければ、オプトカップラー又は他の分離機構が容易に付加され得る。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、公知のインバータ回路１０を示しており、正の直流バス１２および負の直流バス１４を伴って作動する。両バス１２,１４間の電位差は高く、時には６００ボルトＤＣであるかそれより高い。インバータ１０には三相交流ライン電力を供給されており、第１相が、ダイオード２２のアノード(陽極)およびダイオード２８のカソード(陰極)間の入力端子１６に加えられ、第２相が、ダイオード２４のアノードおよびダイオード３０のカソード間の入力端子１８に供給され、そして、第３相が、ダイオード２６のアノードおよびダイオード３２のカソード間の入力端子２０に加えられる。ダイオード２２,２４および２６のアノードが、正の直流バス１２へ共通に接続される一方、低い側のダイオード２８,３０および３２のアノードは負の直流バス１４に接続される。上記バス１２,１４間には電圧積分(平滑化)コンデンサ３４が備えられている。
【００１９】
よく知られた様式では、上記入力端子１６,１８および２０に加えられる電力の正相が、正の直流電圧を生じて、上記ダイオード２２,２４および２６により整流される一方、負相は、上記バス１４における負の直流電圧をもたらして、上記ダイオード２８,３０および３２によって整流される。上記バス１２および１４間の直流電圧の電位は、例えば三相から出力端子Ｕ,ＶおよびＷにおける高周波のパルスエネルギー(ＡＣ)電圧の出力を生じるＩＧＢＴ３６〜４６のような電力デバイス用の入力直流電圧源として用いられる。これらの出力は、高周波において、そして、またよく知られた様式で、例えば電力デバイスの第１の対３６,４２のような、各出力端子Ｕ,ＶおよびＷに関連した２つのデバイスが互いに相容れずにオン状態にされるように、上記電圧デバイスの第１〜第３の対３６〜４６のオンとオフの状態を切り替えることにより得られる。図示されてはいないが、上記デバイス３６〜４６は、それぞれ、それらのゲート電極３６a,３８a,４０a,４２a,４４aおよび４６aへ制御信号を与えることによって制御されることが広く知られている。図１の回路１０はまた、公知のフリー・ホイリング・ダイオード(free wheeling diode)３６b〜４６bを示しており、それらダイオード３６b〜４６bは、それぞれ、上記電力デバイス３６〜４６に関連している。
【００２０】
図１の上記インバータ回路１０は、出力端子Ｕ,Ｖ間に延びるライン５０により図式的に示されるように、出力端子Ｕ,ＶおよびＷのいずれかの間に短絡があらわれる場合に破壊する可能性を有している。上記インバータ回路１０の通常の動作では、両電力デバイス３６b,４４bが、部分的に重なる周期でオン状態に入れられるので、上記短絡５０は、電流経路ライン５２によって示されるように、上記正の直流バス１２からＩＧＢＴ３６,４４を経由して上記負の直流バス１４へ流れる二相短絡電流をもたらす。
【００２１】
図２では、相〜アース間の短絡障害の電流経路が示されている。このタイプの障害は、ライン５４によって指示されるアースに対してショートしている出力端子Ｕから、若しくは、ライン５６によって指示されるアースに対してショートしている出力Ｗからもたらされる可能性がある。短絡電流の経路ライン５８が、上記デバイス４２がオン状態に入れられている場合に流れる相〜アース間の短絡電流を表している一方、ライン６０は、上記デバイス４０が切り替えられる場合に正の直流バス１２からアースに流れる相〜アース間の短絡電流を示している。
【００２２】
例えばデバイス３６および４２のような、インバータ回路１０のいずれか１つの区間における両デバイスが同時にオン状態に入れられる場合には、シュートスルー(shoot through)障害が生じる。上記短絡電流経路がライン６２によって示されている(図３参照)。
【００２３】
前述した短絡及びシュートスルーの過電流状態についての第１の先行技術の保護回路が図４に示されている。ゲート駆動不飽和検出器(gate drive desaturation detector)６４を含む保護回路とともに電力デバイス３６〜４６を示す。上記ゲート駆動不飽和検出器は、各電力デバイスのゲートを駆動するための出力６６と、電力デバイスのコネクタ接合部およびエミッタ接合部にかかる電圧を感知するための入力６８,７０を有している。短絡がある場合には、コレクタ−エミッタ間の電圧が上昇する。この電圧上昇が、局部的な保護回路６４により検出される。保護回路６４は特定のＩＧＢＴを閉鎖し、フィードバック・アイソレータ(feedback isolator)７２経由で制御回路の不飽和フィードバック受信部(desat saturation feedback section)７６へフィードバックを送る。
【００２４】
制御回路の閉鎖ロジック７８が、上記不飽和フィードバック検出器７６からライン７４を経由したシステムの閉鎖信号を受信して、全トランジスタに供給されているゲート駆動Ｔ１〜Ｔ６をカットオフする。検出されたこれらの電圧は、フィードバック・アイソレータ７２を通過して、制御回路７４へ供給される。この制御回路７４では、ベースエミッタ飽和フィードバック部７６が、検出された電圧の大きさを決定し、閉鎖ロジック７８が、上記電力デバイスのゲートを制御するためにＴ１〜Ｔ６を制御する。例として、制御信号Ｔ１が、ライン８０をわたり、信号のアイソレータ８２を経由してゲート駆動回路６４へ供給されるように図示されている。これらの信号は、上記電力デバイスをオフ状態に入れるために用いられ得る。例えば、電力デバイス３６は、例えば、上記ゲート駆動６６をアクティブでないようにする信号によりオフ状態に切り替えられる。
【００２５】
容易に分かるように、回路ブロック６４,７２および８２は、上記電力デバイス３６〜４６の各々について繰り返される。図４の保護回路はまた、電流センサ８４を有しており、この電流センサ８４は、過電流、すなわち負荷器によって招かれるべき最大電流を超える電流の状態を感知するために、負の直流バス１４に配置されている。この状態がライン８５をわたり上記制御回路７４へ伝えられ、上記回路６４,８２を前述したように反応させる。
【００２６】
図５の第２の先行技術の保護回路は、正の直流バス１２,負の直流バス１４における電流をそれぞれ感知する電流センサ８６,８８と、電流センサ８６用の信号アイソレータ９０と、電流センサ８８用の任意のアイソレーション回路９１とを有している。通常通り、制御回路９２が、制御信号を(適当なアイソレーション素子経由で)電力デバイス３６〜４６へ供給するゲート駆動部を有している。
【００２７】
保護を為すための第３の先行技術にかかる解決法が、正のバス１２および負のバス１４において流れる電流の合計を表している出力１０２をもたらす単一の電流センサ１００の形で図６に示されている。そのセンサの出力は、アイソレーション回路１０４経由で、制御回路１０６に供給される。通常通り、複数の制御信号１０８が、適当なアイソレータ経由で、電力デバイス３６〜４６へ供給される。
【００２８】
図６に対して、図７に示された第４の先行技術の保護回路は、上記バス１２および１４に流れる正味の電流を別々に感知する電流センサ１１０を用いる。このセンサの出力は、アイソレーション回路１１２経由で、制御回路１１４へ供給される。また別の電流センサ１１６が、負の直流バス１４における電流に比例する出力１１８を上記制御回路１１４に提供するために、負のバス１４と直列に接続されている。他の点では、上記制御回路１１４が、前述した制御回路と同様に作動する。
【００２９】
あらゆる先行技術の保護回路の機構が、少なくとも高い側に関し、検出素子と制御回路との間で、障害の状態についての情報および応答する制御信号についての情報を伝えるために、それらの間に幾らかのアイソレータの形態を用いている。対照的に、図８に示す本発明は、高い側の電力デバイス３６,３８および４０の各々について、ゲート駆動不飽和保護回路１２０,１２２および１２４を設けるものである。この結果、アイソレーション回路を使用する必要性はなくなった。低い側の電力デバイス４２,４４および４６は、それぞれ、ゲート駆動回路１２６,１２８および１３０のみ有している。
尚、以下の説明においては、前述した先行技術における場合と同じものには、同一の符号を付し、それ以上の説明は省略する。
【００３０】
本発明の制御回路１３２が、従来の様式で、それぞれ、ゲート駆動回路１２６,１２８および１３０についてのゲート駆動出力Ｔ２,Ｔ４およびＴ６を備えている。上記保護回路は、高い側のゲート駆動不飽和保護回路１２０,１２２および１２４と、上記制御回路１３２との間に、障害のフィードバック経路を要しない。それにもかかわらず、所望であれば、破線で示されるように、高い側のゲート駆動不飽和保護回路から、アイソレーション回路経由で、上記制御回路１３２の閉鎖ロジックへの搬送手段が付加され得る。電流センサ１３４が、上記負の直流バス１４に流れる電流を感知し、上記制御回路１３２への出力１３６をもたらしている。本発明の保護回路は効率的であり、従来の保護回路と比較して必要とされる構成要素がより少ない。それは、高い側のゲート駆動回路用のアイソレーション回路を要しない(しかし、有することはできる)。
【００３１】
前述したように、様々な障害の状態にある間の、図８の回路の動作は以下の通りである。過電流の障害、二相短絡障害、若しくは相〜アース間の障害のいずれかがある場合には、上記電流センサ１３４が、障害電流を感知し、それに関連した制御回路１３２は、全デバイスへのゲート信号を停止するであろう。
二相短絡障害の間には、不飽和検出回路１２０,１２２及び１２４は、電流センサ１３４がまず動作可能となることを保証するのに十分な長さの遅延後に、高い側の電力デバイス３６,３８および４０を閉鎖するように設計されており、フォールト・ピン(ＦＡＵＬＴ pin)をアクティブにさせ、ラッチ(latch)によりあらゆる入力信号を停止させる。このことによって、回路が障害の状態をラッチして、あらゆるデバイスに対する入力信号をカットオフすることが可能になる。(高い側が最初に反応した場合には、障害がラッチされることはないので、上記障害は各連続的なサイクルにあらわれ続けることになる。)
【００３２】
正のバスを経由する相〜アース間の短絡があれば、不飽和検出デバイス１２０,１２２および１２４が、高い側の特定の電力デバイス(ＩＧＢＴ)を１周期ずつカットオフして、デバイスの障害を防止することになる。
その後、電流は、障害経路におけるインダクタンスによって、低い側のダイオードへ整流する。電流は、負のバス１４からアースへ流れる。例えば、上記電力デバイス３６が、高い不飽和電圧をかけられた場合には、過電流が、保護回路の同じ区間にある低い側のダイオード４２bへ整流する。もし、障害経路におけるインダクタンスが十分に低ければ、低い側のトランジスタ(例えばトランジスタ４２)がオン状態になる前に、電流がゼロになる。電流は、アースから負のバス１４へ流れて、例えばダイオード４２bのような低い側のダイオードから、ダイオード４２のような低い側の電力デバイスへ整流する。前述したように、電流感知回路１３４は、用いた感知方法に従って、低い側のダイオードを経由して、負のバスからアースへ流れる電流、若しくは、アースから負のバス１４へ流れる電流を感知することによってアクティブになる。
【００３３】
図９は、入力信号として相電力を受信する回路を使用する場合についての本発明の実施態様の詳細図である。６００ボルトＤＣ電圧を負荷された１対の直列式のコンデンサ１５２および１５４の中間点へ、短絡１５０で出力端子Ｕを短絡することにより、相〜アース間の短絡が得られる。上記電力デバイス１５６は、図８の素子１２０に対応するゲート駆動不飽和保護回路を有しており、高い側の電力デバイス３６に結合されている。この電力デバイス１５６としては、パートＩＲ２１２５としてインターナショナル・レクティファー(Ｉnternational Ｒectifier)社により市販される業務用の回路を用いることができる。上記電力デバイス１５６は、外部コンデンサとともに、前述した高い側の遅延をもたらす。
【００３４】
例えば、インターナショナル・レクティファー社のパート２１１７のようなゲート駆動回路１５８が、低い側の電力デバイス４２についてのゲート駆動を供給する。参照符号１６０は、図８の電流センサ１３４からなる。この電流センサ１３４は、負の直流バス１４における電流を感知するように設計されている。
【００３５】
尚、本発明は、以上の例示された実施態様に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良あるいは設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、過電流障害のみならず、二相の,相〜アース間の、及び、ショートスルーの短絡障害に対して、例えば電力変換／逆変換回路のような電力回路における電力デバイスを保護するための障害保護回路が、上記電力回路の高い側におけるデバイスのための局部的な保護をもたらし、障害が検出される場合にその障害の存在を低い側に知らせ、適当な制御回路がその障害をラッチするように作動させられるので、上記電力回路全体のみならず、高い側のデバイスを保護するための分離された感知信号又はフィードバック信号の必要を回避することができる。また、本発明によれば、電力デバイスを制御するための保護回路が簡単化され、必要とされる部品数が削減されるので、経済的に且つ効率的に、電力デバイスを保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】先行技術のインバータ回路における二相短絡障害を示すブロック図である。
【図２】上記インバータ回路における相〜アース間の短絡障害を示すブロック図である。
【図３】上記インバータ回路におけるシュートスルー(shoot through)障害を示すブロック図である。
【図４】先行技術に係る第１の保護回路のブロック図である。
【図５】先行技術に係る第２の保護回路のブロック図である。
【図６】先行技術に係る第３の保護回路のブロック図である。
【図７】先行技術に係る第４の保護回路のブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る高電力デバイス用の保護回路のブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る保護回路のブロック図である。
【符号の説明】
１２…高い側の直流バス
１４…低い側の直流バス
３６,３８,４０,４２,４４,４６…電力デバイス
１２０,１２２,１２４…ゲート駆動不飽和保護回路
１２６,１２８,１３０…ゲート駆動回路
１３２…制御回路
１３４…電流センサ

Claims

高電力開閉装置用の保護回路であって、
直流バスの高い側と低い側との間にそれぞれ接続され、高い側および低い側の電力デバイスを含む少なくとも１対の直列式の電力デバイスと、
上記入力直流電圧から交流出力電圧をもたらすべく、互いに相容れない条件で、上記電力デバイスのオンオフを切り替えるための第１の制御回路と、
上記高い側の電力デバイスに接続されるゲート駆動不飽和保護回路と、
上記低い側の直流バスに流れる電流を感知するための、上記直流バスの低い側に接続される電流センサと、
上記低い側の直流バスに流れ、ゲート駆動を経由して上記低い側の電力デバイスをオフ状態に入れるように影響する障害電流を感知するための、上記電流センサに結合された第２の制御回路と、を備えており、
上記高い側の電力デバイスが上記第２の制御回路からの制御信号に応じて不能になるまで、上記ゲート駆動不飽和保護回路が、障害電流の状態に対して、上記高い側の電力デバイスを１周期ずつ保護するように機能することを特徴とする高電力開閉装置用の保護回路。
更に、第２及び第３の対をなす電力デバイスが設けられていることを特徴とする請求項１記載の保護回路。
上記電力デバイスの各対が、高い側の電力デバイスおよび低い側の電力デバイスを有しており、各高い側の電力デバイスが、それと関連したゲート駆動不飽和保護回路を有する一方、各低い側の電力デバイスが、それと関連したゲート駆動回路を有することを特徴とする請求項２記載の保護回路。
上記ゲート駆動不飽和保護回路が、上記第２の制御回路が、過電流及び短絡電流の少なくとも１つを検出し、上記電力デバイスを不能にするように、上記高い側の電力デバイスの閉鎖を遅延させることを特徴とする請求項１記載の保護回路。
上記電流センサが、分流器であることを特徴とする請求項１記載の保護回路。
上記電流センサが、電流感知式変圧器であることを特徴とする請求項１記載の保護回路。
上記障害電流が、過電流及び短絡電流の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１記載の保護回路。
上記ゲート駆動不飽和保護回路が、上記高い側の電力デバイスを通過する電圧を検出し、該高い側の電力デバイスにわたる過剰な電圧が存在すれば、該高い電力デバイスの閉鎖をもたらすように機能することを特徴とする請求項１記載の保護回路。
更に、電力ラインの交流入力を受信し、直流バスにおける入力直流電圧をもたらすべく該交流入力を整流するための整流回路が設けられていることを特徴とする請求項１記載の保護回路。