JP4021985B2

JP4021985B2 - 直列に接続されたターン・オフ型の電力用半導体デバイスに対する短絡回路現象の検出および処理のための方法とデバイス

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Publication number: JP4021985B2
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はその第１の状況では、直列に接続されたターン・オフ型の複数個の電力用半導体デバイスを有する回路の中に生ずる短絡回路状態をその検出の後に処理するための方法と、このような状況を処理するためのデバイスとに関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
直列に接続された電力用半導体デバイスを有するこのような回路は、例えば、高電圧直流 (ＨＶＤＣ、High Voltage Direct Current)により電力を送るために、または直流電圧を交流電圧に変換するおよびその逆に変換するための無効電力補償器 (ＲＰＣ、reactive power compensation)のために、工場設備の中の大きな耐電圧性を有する変換器に用いることができる。これらの変換器はこのような工場設備の中では、他の電圧範囲も考えることができるけれども、典型的には10kV〜 500kVの範囲の電圧を保持しなければならない。電力用半導体デバイスのおのおのは通常 1kV〜 5kVだけを保持することができるから、電力用半導体デバイスの間で電圧が分配されるように、比較的多数個のこのような電力用半導体デバイスを直列に接続することが行われる。けれども、本発明はこのようないわゆる高電圧変換器回路に決して限定されるのでないことを強調しておく。しかし、本発明が基づいている問題点を示すためにこの特別の応用の場合が下記で説明されるであろう。
【０００３】
ターン・オフ型のこのような電力用半導体デバイスの例は、ターン・オフ・サイリスタ（ＧＴＯ）、ＭＯＳＦＥＴ、およびＩＧＢＴ (絶縁されたゲート・バイポーラ・トランジスタ、Insulated Gate Bipolar Transistor)である。ここで、ＩＧＢＴは多くの点で好ましいデバイスである。それはＩＧＢＴは、良好な電力処理能力と、変換器の中のいわゆるＩＧＢＴバルブの中での直列接続に対して十分に適切である性質と、を組み合わせて有しているからであり、そしてＩＧＢＴは高い精度でターン・オンおよびターン・オフを同時に行うことができるからである。
【０００４】
短絡回路状態がこれらの回路の中でまれに起こることがある。この場合には、ＩＧＢＴバルブの全体がブレークダウンしないように、これらの状態を処理できることが必要である。このような短絡回路は、前記の応用の場合において、例えば電力用半導体デバイスの制御を行う制御装置のなんらかの欠陥により生ずることがある。この短絡回路は、前記工場設備の直流電圧の側に通常配置されるいわゆる直流コンデンサが放電することを意味し、したがって短絡回路電流が変換器の位相分肢の１つを通して流れるであろう。位相分肢は、このような変換器が同じ方向に有する２個のＩＧＢＴバルブにより形成される。短絡回路に対するまた別の可能性は、位相端子と直流コンデンサの端子の１つとの間で短絡回路が生ずる、または２個の位相端子の間で短絡回路が生ずる、または位相端子の中でアースに欠陥が生ずる、および中点がアースされた２個のコンデンサにより直流コンデンサが形成されることである。
【０００５】
もし短絡回路がＩＧＢＴバルブを備えた位相分肢の中に生ずるならば、下記のことが起こる。すなわち、正規動作中のＩＧＢＴバルブを流れる公称電流よりも短絡回路電流が通常３〜１０倍大きい値に限定されるような電圧を、個々のＩＧＢＴが受け取る。他のトランジスタと丁度同じように、その電流制限ＩＶ特性により、ＩＧＢＴがこのことを行う。電流制限工程の期間中、電力用半導体デバイスは非常に大きな電力損失を生じ、このために電力用半導体デバイスは非常に限定された時間間隔、典型的には10μｓ、だけ耐えることができる。
【０００６】
したがって、このような短絡回路が生ずる時、電力用半導体デバイスのいずれかがブレークダウンすることを防止するために、異なる電力用半導体デバイスをできるだけ速やかにターン・オフできることが要請される。けれども、個々の電力用半導体デバイスのおのおのを制御する駆動装置の変動のために、１つの問題点が存在する。この問題点は、異なる速さでターン・オフすることである。異なる電力用半導体デバイスの間で個々の変動のために、したがって電流制限工程の期間中に電力用半導体デバイスは非常に異なる電圧を受け取り、そして異なる速さでターン・オフしおよびそれらの間で他の個別の変動も起こる。その結果、短絡回路が生ずる時、ターン・オフの時にもそうであるが電流制限工程の期間中にもかなりの問題点が生ずる。電流制限工程とターン・オフ工程の期間中との両方の間、電力用半導体デバイスの直列接続体の全体が一定の電圧を受け取らなければならなく、一定の１個の電力用半導体デバイスにより受け取られるべき電圧が前記の変動により非常に大きいことがあり、一方他の電力用半導体デバイスにはかなり小さな電圧が加わるそして完全に受入れ可能な電圧が加わることがある。このことは、いずれかの電力用半導体デバイスが故障する危険が高いことを意味する。例えばこのことが生ずることが可能であるのは、電力用半導体デバイスに加わる電圧が非常に大きく、そこに発生する大きな電界強度のために「なだれ現象」が起こる時であり、この時にはほぼすべての電力が特定の点に集中することを意味する。この大きな電圧は大きな短絡回路電流と組み合わされ、その結果として電力用半導体デバイスの非常にホットなブレークダウンを生ずることがまた可能である。
【０００７】
本発明はその第２の状況では、直列に接続されたターン・オフ型の複数個の電力用半導体デバイスを有する回路の中で短絡回路を検出する方法に関する。この場合、個々の電力用半導体デバイスのおのおのの２個の電極に加わる電圧が測定され、そしてこの電圧が電力用半導体デバイスの正規動作における与えられた瞬間において電極に加わる最大電圧レベルよりも高い基準電圧値と比較される。ここで、着目する電力用半導体デバイスの電圧が基準電圧値を越える時、短絡回路が検出される。そして本発明は、このような検出を可能にするデバイスにも関する。
【０００８】
先行技術によるこのような方法では、電力用半導体デバイスに加わるオン状態電圧は、電力用半導体デバイスがオンになる時、ダイオードを通して電流が流れるのを検出することにより間接的に検出される。この場合、ダイオードの陽極は低電圧（典型的には＋15Ｖ）に接続され、そしてダイオードの陰極は電力用半導体デバイスのコレクタに接続される。電力用半導体デバイスの電極に加わる電圧が前記低電圧以下に降下する時、ダイオードを流れる電流はオンになると期待され、そしてこの期待された電流が生じない時、短絡回路の検出が行われる。けれどもこのことは、短絡回路は場合によっては非常に長い遅延でもって検出されることを意味する。したがって、ターン・オフ工程が開始する前に、それを流れる電流が非常に高いレベルになるのに時間を要するのと同じ時間で、着目する電力用半導体デバイスに加わる電圧が非常に大きくなるのに時間を要する。したがって、「なだれ現象」の結果またはその中で非常に大きな電力が発生する結果として、電力用半導体デバイスが破壊する危険がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の目的は、前記で説明した本発明の第１の状況の問題点を大幅に減少させる方法およびデバイスを得ることである。
【００１０】
この目的は本発明に従い、個々の電力用半導体デバイスのおのおのの２個の電極に加わる電圧を測定され、そして加えられた前記電圧に応じて電力用半導体デバイスのおのおのに対しそれにより達成されるターン・オフ工程の個別の制御のために、前記電圧の大きさに応じて個々の電力用半導体デバイスのゲートに電流が供給されるまたはゲートから電流が取り出されることにより得られる。そしてまた本発明により、個々の電力用半導体デバイスのおのおのの２個の電極に加わる電圧を測定するのに適合した部品と、その導電状態を個別に制御するために個々の電力用半導体デバイスのおのおののゲートに電流が独立に供給されるまたはゲートから電流が独立に取り出されるのに適合した装置と、前記電圧に関する情報を受け取るのに適合しそして短絡回路の検出の後電力用半導体デバイスのおのおのに対しそれにより生ずるターン・オフ工程を個別に制御するために前記装置を制御するのに適合した部品と、を有するデバイスが得られる。
【００１１】
短絡回路状態がこのように起こる時、個々の電力用半導体デバイスのおのおののターン・オフ工程が個別に完全に制御されるという事実により、一方その電力用半導体デバイスに正確に加わっている電圧を考えるならば、電力用半導体デバイスが電流制限モードにある時、与えられたゲート電圧に対する短絡回路安全動作領域を越えて電力用半導体デバイスが到達する高レベルを、個々の電力用半導体デバイスに加わる電圧が取得することが防止される。このようにして、直列接続された異なる電力用半導体デバイスの間の電圧の分布の平滑化が得られ、そして異なる電力用半導体デバイスの前記で説明した特性の大きな広がりまたは小さな広がりとは無関係に、良好な電圧の分割が達成される。この時、低い電流制限レベルを有する電力用半導体デバイスが前記の短絡回路安全動作領域を限定する電圧値を越える電極間電圧を受け取ることが回避される。したがって、電力用半導体デバイスの電極に加わる電圧に応じて電力用半導体デバイスのゲートに電流を確実に供給するおよびゲートから電流を確実に取り出すことにより、それぞれの電力用半導体デバイスのターン・オフが分離して制御される。ここでこの電流の供給は、電流源または電圧源のいずれかを通して達成することができる。
【００１２】
本発明の好ましい実施例により、ターン・オフ工程の期間中のターン・オフ速度は、測定されたそれに加わる電圧が増大する時、個々の電力用半導体デバイスのおのおのに対して減少する。電圧の増大の遅延が最大である１個または複数個の電力用半導体デバイスの電圧の増大のこの遅延が、このようにして得られる。その結果、良好な電圧の分割が得られ、そしてターン・オフ工程における瞬間の過大電圧が減少し、そしてそれにより電力用半導体デバイスを前記の短絡回路安全動作領域 (ＳＣＳＯＡ、short-circuit safe operation area)の範囲内に保持することができる。
【００１３】
本発明のまた別の好ましい実施例により、個々の電力用半導体デバイスの２個の電極の間に測定される電圧が予め定められた値を越える時、この電力用半導体デバイスのゲートに対する前記電流源の方向をターン・オフ期間中の方向に対して反転することにより、電力用半導体デバイスをオンにするように変えられる。電力用半導体デバイスをこのように再びオンにすることにより、その電極に加わる電圧が個々の電力用半導体デバイスの最大許容レベルを越えて増大することを回避することができる。
【００１４】
本発明のさらに別の好ましい実施例により、個々の電力用半導体デバイスのターン・オン工程の期間中に前記短絡回路状態が検出される時、そしてそれにより電力用半導体デバイスが電流制限モードにある時、電力用半導体デバイスの短絡回路安全動作領域に対する上限よりも低い前記予め定められた値を電圧が越える時に前記検出により生ずるターン・オフ工程の期間中に電力用半導体デバイスがオンに変えられる。その利点は前記説明から明らかである。
【００１５】
本発明のまた別の好ましい実施例により、個々の電力用半導体デバイスのおのおのに対し、電力用半導体デバイスの２個の電極の間に測定された電圧が予め定められた値よりも低い限り実質的に一定の強度を有する漏洩電流がゲートから供給され、そして電圧のこの値が越えられる時、漏洩電流の強度が減少して電力用半導体デバイスのターン・オフの速度がさらに遅くなる。個々の電力用半導体デバイスのおのおのの電圧が許容されないレベルにまで増大しないことが、このことにより得られる。
【００１６】
すぐ前で説明された実施例をさらに発展させた本発明の２つの好ましい実施例により、電力用半導体デバイスの電極に加わる電圧が増大する時、前記減少が、漏洩電流の強度の階段的減少または線形的減少により達成される。
【００１７】
本発明のまた別の好ましい実施例により、電力用半導体デバイスの中の１つ電力用半導体デバイスの短絡回路状態が検出される時、この個々の電力用半導体デバイスの前記ターン・オフ工程が直ちに開始し、そして前記検出を知らせる信号が電力用半導体デバイスに共通である装置に送られる。するとこの装置は、直列に接続された他のすべての電力用半導体デバイスに信号を送り、個別に制御されるそのターン・オフ工程を開始する。短絡回路が最初に検出される電力用半導体デバイスに対しターン・オフ工程をこのように直ちに開始することにより、可能な限り最短の反応時間が得られ、それによりバルブの中の電力用半導体デバイスに及ぼすストレスを減少させる。
【００１８】
本発明によるデバイスの好ましい実施例により、本発明による方法に従って前記で説明した好ましい実施例を実現することができる。
【００１９】
本発明のまた別の目的は、前記で説明した本発明の前記の第２の状況に従う方法およびデバイスを得ることである。この方法およびデバイスにより、短絡回路が検出された時の先行技術によるこのような方法およびデバイスにおける前記で説明した不便を軽減することが分かった。
【００２０】
この目的は本発明に従い、個々の電力用半導体デバイスのおのおのに対し、その電極に加わる電圧が分割され、そしてその小さな比例部分の大きさが測定され、そして電力用半導体デバイスにターン・オン命令を送るための時点から少なくともその導電工程の期間中に基準電圧と比較される、という方法により、そしてこのような方法を可能にするように設計されたそして別の請求項に記載されたデバイスを備えることにより得られる。
【００２１】
電力用半導体デバイスにターン・オン命令を提供する時点からすでに、すなわち電極に加わる高い電圧において、その小さな比例部分を測定することにより、個々の電力用半導体デバイスのおのおのの電極に加わる電圧をこのように測定することが可能であることにより、電力用半導体デバイスがいつ短絡回路にターン・オンするかを従来可能であったよりは大幅に速く検出することが可能であるであろう。したがって、着目する電力用半導体デバイスを流れる短絡回路電流が、ターン・オフ工程を開始する前に、その高い値に到達する時間的余裕を有しないであろう。このことにより、電力用半導体デバイスが損傷を受ける危険が大幅に減少する。また着目する電力用半導体デバイスがオン状態にありそして短絡回路が生ずる時、このことを非常に急速に検出することができる。
【００２２】
本発明の好ましい実施例により、個々の電力用半導体デバイスのおのおのに対して前記電圧が測定され、そして前記基準電圧値と実質的に常時比較される、すなわち電力用半導体デバイスがオフになる時にも比較される。このことは、回路の過大電圧に対して永久的な保護が得られることを意味し、そしてこの過大電圧を高速に検出する可能性を意味する。
【００２３】
第２状況に従う本発明によるデバイスのまた別の好ましい実施例により、前記電圧分割器はゼロＨｚから電力用半導体デバイスの典型的なスイッチング周波数に対して高い周波数領域まで広がる広帯域幅を有する。したがって、この電圧分割器は静電圧を測定することができ、そしてそれにより基準として絶対レベルを有することができる。個々の電力用半導体デバイスのおのおのに加わる実際の電圧を同時に小さな遅延をもって測定することができる。それは、高速の遷移をこのように検出できるからである。
【００２４】
本発明のこの他の利点および有利な特徴は、下記説明および他の請求項から容易に理解されるであろう。
【００２５】
【発明の実施の形態】
例として挙げられた本発明の好ましい実施例が、添付図面を参照しながら下記で説明される。
【００２６】
図１は、本発明が応用される高電圧変換器回路の位相分肢の概要図である。通常、３相交流電圧回路網に接続された工場設備に共通である直流コンデンサ３を有する３個の位相分肢が存在する。これは、ここではＩＧＢＴの形式である直列に接続された複数個の電力用半導体デバイス１と、このようなデバイスのおのおのと反平行に接続されたいわゆるフリー・ホイーリング・ダイオード２とを、従来の方式で有する。直列に接続された電力用半導体デバイスの総数は、図１に示されたよりも実際には多分大幅に多いであろう。電力用半導体デバイスの直列接続体は直流コンデンサ３に接続され、一方、電力用半導体デバイスの間の位相端子４は交流電圧回路網の例えば１つの位相に対する位相リアクトル５に接続される。図１の位相端子４の上に配置されたダイオードを有する電力用半導体デバイスは１つのＩＧＢＴバルブをこのように形成し、そしてその下に配置された電力用半導体デバイスはまた別のＩＧＢＴバルブを形成する。ここで、１つのＩＧＢＴバルブの中のすべての電力用半導体デバイスは、概略的に示されている駆動装置６からの信号により、同時にオンになる。したがって、第１ＩＧＢＴバルブの中の電力用半導体デバイスは、正電位が位相端子４に要求される時に導電状態になり、そして第２ＩＧＢＴバルブの中の電力用半導体デバイスは負電位が位相端子４に要求される時に導電状態になる。定められたパルス幅変調（ＰＷＭ、pulse width modulation）パターンにより電力用半導体デバイスを制御することにより、直流コンデンサ３ＮＩ加わる直流電圧は位相端子４に電圧を発生するために用いることができる。位相端子４に発生する電圧の基本成分は、要求された振幅と周波数と位相位置とを有する交流電圧である。このような制御は、制御パルスを制御装置７から異なる駆動装置に送ることにより行われ、そして通常このことは光導電体を通して行われる。前記で説明したいずれかの欠陥状態の結果として、この形式の変換器回路の中に短絡回路が生ずることがある。そしてここで、このような短絡回路が例えば制御装置７の制御の欠陥により行われることがあり、したがって直流コンデンサ３は放電を開始し、そしてすべてのＩＧＢＴ１を通して電流が同じ方向に流れる、ことが繰り返されることがある。本発明の目的は、このような状況で生ずる問題点を、すべての電力用半導体デバイスに損傷を与えない満足な方法で解決することである。
【００２７】
図２は、個別の電力用半導体デバイスのための駆動装置６が、電力用半導体デバイスをオンにするために、電圧制限電流源８を通して電力用半導体デバイスのゲート９に正電流がどのように接続されるか、または、電力用半導体デバイスをオフにするために、第２電圧制限電流源１０を通してゲートに負電流がどのように接続されるか、を示した図である。またはそれとは異なって、電流源８および電流源１０は、それぞれオンにするおよびオフにすることにより電流をそのために適切である値に制限する、おのおのが抵抗器と直列に接続された２個の制御された電圧源であることができる。ＩＧＢＴのコレクタ１１とそのエミッタ１２との間に電圧分割器回路１３が接続されることが、本発明の特徴である。前記回路は、抵抗性電圧分割器と容量性電圧分割器との並列接続体である。したがってこの電圧分割器回路は、０Ｈｚから数ＭＨｚであることが好ましい電力用半導体デバイスの典型的なスイッチング周波数に関して高い周波数領域にまで広がる広い帯域幅を有するように設計される。それによりこの電圧分割器回路は、急速な遷移を高速に検出することができる。接続点１４にタップ点を設けることにより、コレクタ１１とエミッタ１２との間の電圧の小さな比例部分が測定され、そしてこの電圧の小さな比例部分が駆動装置６に送られる。電力用半導体デバイスに加えられる全電圧に対するこの小さな比例部分の比率を知ることにより、前記で説明した電圧をこのようにして決定することができる。
【００２８】
短絡回路状態が生ずる時に起こることを検出しおよび処理することを、図３〜図５を参照して次に説明する。
【００２９】
図３は、本発明の方法により短絡回路がどのようにして検出されるかを示した図である。個々の電力用半導体デバイスの２個の主要な電極に加わる電圧Ｕ_CEが、制御装置７から電力用半導体デバイスの駆動装置６にターン・オン命令を送るために、そして駆動装置６をゲート９に接続するために電流源８および電流源１０にそれからさらにターン・オン命令を送るために、時点１５からの時間の関数として示されている。ターン・オン工程の開始プロセスの期間中、着目している電力用半導体デバイスは電流制限モードにあり、そしてそれに加えられる電圧が電力用半導体デバイスの安全動作領域に対する上限を越える値にまでは増大しないことが重要である。与えられた瞬間における電力用半導体デバイスの正規動作における電極間の最大電圧レベル１７よりも大きくそして時間と共に変化する基準電圧値１６が、電圧分割器回路１３により決定された電力用半導体デバイスの電極に加えられる電圧と、部品３１の中で比較される。電力用半導体デバイスが短絡回路にターン・オンする時、そのように測定された電圧は、通常よくあるように、電力用半導体デバイスの低いオン状態電圧にまで低下しなく、ほぼ鎖線にしたがって継続し、そして時点１９で基準電圧値を越えるであろう。このことが起こる時、短絡回路が駆動装置６により検出され、そして電流源１０をゲート９に接続することにより着目している電力用半導体デバイスに対しこのことはターン・オフ工程を直ちに開始させ、そして負ターン・オフ電流をゲートに供給する。矢印２０で示されているように、前記検出を知らせる信号が制御装置７に同時に送られ、ここで、直列に接続されたすべての電力用半導体デバイスをオフにするように個別に制御されたターン・オフ工程を開始するために、制御装置７が２個の電流バルブのすべての他の電力用半導体デバイスに信号を送る。線路２０および線路３３が駆動装置と制御装置との間の光ファイバ通信路を形成することが好ましく、そして異なるコードを用いて例えば「短絡回路ターン・オフ」、「ターン・オン」、などを指示することができる。３２は、前記で説明した先行技術による短絡回路検出デバイスが短絡回路の存在を検出する時点を示す。
【００３０】
図４は、着目している電力用半導体デバイスを流れる電流２１が時間と共にどのように発展するかを示した図であり、そして電流がどのように最大値に到達し、そしてその後、ターン・オフ工程が開始する時点１９に関してどのように減少するかを示した図である。グラフ２２は、電力用半導体デバイスの正規のターン・オンにおける電流の発展を示し、一方グラフ２３は、もし前記で説明した先行技術の方法が短絡回路の検出のために用いられそして短絡回路が時点３２で検出されるならば、電力用半導体デバイスを流れる電流がどのように発展するかを示している。ここで、電力用半導体デバイスが短絡回路工程の期間中に発揮する典型的な電流の積分値は、本発明により、グラフ２３に従い先行技術の方法による場合の一部分である。電力用半導体デバイスの電流制限レベルがまた、点線３４で示されている。
【００３１】
電力用半導体デバイスがオンになる時に起こる短絡回路が、２４において電力用半導体デバイスの電極に加わる電圧の増大によりどのように検出されるかが、図３にまた示されている。２５は、その正規動作にある電力用半導体デバイスに対しターン・オフ命令を送る時点を示す。
【００３２】
図５は、本発明によるターン・オフ工程が、個別の電力用半導体デバイスのおのおのに対し残りの他の電力用半導体デバイスとは無関係にどのように実行されるかを示した図である。その正規ターン・オフにおける電力用半導体デバイスのゲート９に送られる負ターン・オフ電流が、点線２６により示されている。この電流は比較的に大きな強度を有することが好ましく、したがって低いターン・オフ損失を得るためにこのターン・オフは速いであろう。けれどもその結果、電力用半導体デバイスを流れる比較的小さな電流により比較的に大きいが劇的ではない電圧のオーバシュートを生ずる。けれども短絡回路がおこる時、丁度に高速であるターン・オフを実行することは可能ではないであろうが、電力用半導体デバイスのゲートに供給される負ターン・オフ電流２７は小さな強度を有しなければならない。それは、電力用半導体デバイスを流れる比較的大きな短絡回路電流の結果として、大きな電圧オーバシュートを受け入れることができないからである。個別の電力用半導体デバイスの電極に加わる電圧が、まさにこのターン・オフ工程の期間中、電圧分割器回路１３により常時測定される。そしてもしこの電圧が一定のレベル２８を越えるならば、電力用半導体デバイスのゲートに送られる負電流の強度を減少させることにより、ターン・オフ速度が減少するであろう。ターン・オフ電流の強度を減少させるこれとは異なる２つの可能な方式が、図５に示されている。すなわち、階段的方式と線形的方式である。もし電力用半導体デバイスの２つの電極に加わる電圧が電力用半導体デバイスの短絡回路安全動作領域の上限３０より低い予め定められた値２９を越えるならば、電力用半導体デバイスのゲートに供給される電流の方向が反転されるであろう。そしてその電極に加わる電圧が受け入れ可能な値に減少するように再びオンにされ、それによりターン・オフを持続することができる。直列に接続された電力用半導体デバイスのおのおののターン・オフ工程のこのような個別の制御により、それらに加えられている電圧の差が平滑化され、そしてターン・オフ工程の全期間中それらの間に良好な電圧分布が得られる。したがって、いずれかの電力用半導体デバイスが「なだれ現象」の結果としてブレーク・ダウンすること、およびそれらの中に過大な熱が発生すること、が回避される。着目する電力用半導体デバイスに加わる電圧が直列に接続された電力用半導体デバイスに加わる平均電圧を一定の余裕量だけ越えるという事実にこのことが対応するように、電圧レベル２８が選定されるべきであることが指摘される。それにより、着目する電力用半導体デバイスに加わる電圧が前記の平均電圧を明らかに越える前に、ターン・オフ工程の速度を遅くすることができる。階段的方式を簡単化することができ、そしてそれは２８において電圧を直接にゼロ電圧に変えられることを意味する。
【００３３】
もちろん本発明は前記で説明された実施例に限定されるわけでは決してなく、請求項に記載されている本発明の基本的概念の範囲内において、前記で既に説明した実施例以外の多くの変更実施例が可能であることは当業者には容易に理解されるであろう。
【００３４】
図１に示されている高電圧変換器回路は、本発明の考えられる１つの応用例にすぎない。直列に接続された電力用半導体デバイスを備えた他の多くの回路は、短絡回路状態を処理するために本発明から利点を得ることができるであろう。
【００３５】
「短絡回路状態」という用語は、短絡回路がどこで生じてもそれには関係なくすべての短絡回路の結果として、直列に接続された電力用半導体デバイスに生ずる諸問題に本発明が関係していることを示すために選定されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う問題点が応用可能である、直列に接続された複数個の電力用半導体デバイスを備えた可能な回路の概要図。
【図２】個別の電力用半導体デバイスの電極に加えられた電圧がどのようにして測定することができるか、および電力用半導体デバイスが駆動装置によりどのように制御できるか、を示した図。
【図３】本発明の方法により短絡回路がどのように検出できるかを示した図。
【図４】先行技術によりおよび本発明の方法により短絡回路を検出することに関し、短絡回路の後に電力用半導体デバイスを流れる電流の発展を比較したグラフ。
【図５】短絡回路の検出の後の個別の電力用半導体デバイスのターン・オフ工程が、本発明の方法による電力用半導体デバイスの電極に加えられた電圧に応じてどのようにして制御できるかを示したグラフ。
【符号の説明】
１電力用半導体デバイス
６制御部品
８、１電流源
９ゲート
１１、１２電極
１３電圧分割器
３１比較部品

Claims

個々の電力用半導体デバイスのおのおのの両方の電極１１、１２に加わる電圧が測定されることと、および加わる前記電圧に応じて電力用半導体デバイスのおのおのに対してそれにより達成されるターン・オフ工程の個別の制御のために前記電圧の大きさに応じて個別の電力用半導体デバイスのゲート９に電流が供給されまたはゲート９から電流が取り出され、前記電圧に関する情報を受け取り短絡回路の検出の後、電力用半導体デバイスに加わる測定された電圧が増大する時、ターン・オフ工程の期間中に個々の電力用半導体デバイスのおのおのに対するターン・オフ速度を減少させることを特徴とする、短絡回路状態の検出の後において直列に接続されたターン・オフ型の複数個の電力用半導体デバイス１を有する回路の中に起こる短絡回路状態を処理する方法。
請求項１に記載された方法において、個々の電力用半導体デバイスの２個の電極の間の測定された電圧が予め定められた値２９を越える時、ターン・オフの期間中方向に関してこの電力用半導体デバイスのゲート９への前記電流供給の方向を反転することにより前記電力用半導体デバイスをオンにするように変えられることを特徴とする、前記方法。
請求項２に記載の方法において、個々の電力用半導体デバイスのターン・オン工程の期間中に前記短絡回路状態が検出される時およびそれにより電力用半導体デバイスが電流制限モードにある時、前記電力用半導体デバイスの短絡回路安全動作領域 (ＳＣＳＯＡ、short-circuit safe operating area)に対する上限３０よりも低い前記予め定められた値２９を電圧が越える時に前記電力用半導体デバイスをオンにするように変えられることが前記検出により生ずるターン・オフ工程の期間中に行われることを特徴とする、前記方法。
請求項１〜請求項３のいずれかに記載された方法において、個々の電力用半導体デバイス１のおのおのに対し、前記電力用半導体デバイスの２個の電極の間の測定された電圧が予め定められた値２８以下である間は実質的に一定の電流強度を有する電流がターン・オフ電流としてゲートから供給され、そして電圧のこの値が越えられる時、ターン・オフ電流の強度が減少されて前記電力用半導体デバイスのターン・オフがさらに遅い速度で行われることを特徴とする、前記方法。
請求項４に記載の方法において、ターン・オフ電流の強度の減少が開始されることに関する前記予め定められた電圧値２８が越えられる時、定められたさらに高い電圧値が通過される時にこのターン・オフ電流の強度が階段的に減少されることを特徴とする、前記方法。
請求項４に記載の方法において、ターン・オフ電流の強度の減少が開始されることに関する前記予め定められた電圧値２８が越えられる時、前記電力用半導体デバイスの電極に加えられる電圧の立上がりに対しターン・オフ電流の強度が実質的に線形的に減少されることを特徴とする、前記方法。
請求項１〜請求項６のいずれかに記載された方法において、前記電力用半導体デバイスの中の１つに短絡回路状態が検出される時、この個別の電力用半導体デバイスに対する前記ターン・オフ工程が直ちに開始され、そして前記電力用半導体デバイスに共通の装置７に前記検出を知らせる信号が送られ、その後、個別に制御されるそのターン・オフ工程を開始するために直列に接続された他のすべての電力用半導体デバイスにこの装置７が信号を送ることを特徴とする、前記方法。
個々の電力用半導体デバイスのおのおのの２個の電極１１、１２に加わる電圧を測定する部品１３と、その導電を個別に制御するために個々の電力用半導体デバイスのおのおののゲート９に独立に電流を供給するまたはゲート９から独立に電流を供給する供給装置８、１０と、前記電圧に関する情報を受け取りおよび短絡回路の検出の後電力用半導体デバイスのおのおのに対しそれにより生ずるターン・オフ工程を個別に制御するために前記装置を制御する制御部品６と、を有し、電力用半導体デバイスに加わる測定された電圧が増大する時、ターン・オフ工程の期間中に個々の電力用半導体デバイスのおのおのに対するターン・オフ速度を減少させるために前記制御部品６が前記供給装置を制御することを特徴とする、短絡回路状態の検出の後において直列に接続されたターン・オフ型の複数個の電力用半導体デバイス１を有する回路の中に生ずる前記短絡回路状態を処理するためのデバイス。
請求項８に記載のデバイスにおいて、個々の電力用半導体デバイスのおのおのに加わる測定された電圧と前記電力用半導体デバイスに付随する基準電圧値とを比較し、および電力用半導体デバイスのおのおののターン・オフ工程を個別に制御するために前記制御部品６にこの比較に関する情報を送る、部品３１を有することを特徴とする、前記デバイス。
請求項９に記載のデバイスにおいて、個々の電力用半導体デバイスの２個の電極１１、１２に加わる電圧が予め定められた基準値２９を越える時、ターン・オフにおける方向に関してこの電力用半導体デバイスのゲート９に供給される電流の方向を反転することにより電力用半導体デバイスのオンへの遷移を引き起こさせるように前記制御部品６が前記供給装置を制御することを特徴とする、前記デバイス。
請求項８〜請求項１０のいずれかに記載されたデバイスにおいて、個々の電力用半導体デバイスのおのおのの２個の電極に加わる電圧を測定するための前記部品が、それぞれの電力用半導体デバイスと並列に接続されおよび実際の電圧を決定するために前記電圧の一定の比例部分を測定する電圧分割器１３を有することを特徴とする、前記デバイス。
請求項１１に記載のデバイスにおいて、前記電圧分割器１３がゼロＨｚから電力用半導体デバイスの典型的なスイッチング周波数に対して高い周波数領域にまで広がった大きな帯域幅を有することを特徴とする、前記デバイス。