JP4514278B2 - Semiconductor control device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直列接続されたスイッチング素子が同時に導通することにより直流電圧源から短絡電流が流れたときの保護を安価な導電物と積分器を用いて実現する半導体制御装置に関わるものである。
【0002】
【従来の技術】
インバータ等の半導体制御装置においては、一般に直流電圧源の短絡電流を検出するのに変流器を用いて電流検出を行っていた。以下、図4により従来技術の概要を説明する。
図4中、1は、直流電圧源、2及び3は逆並列ダイオードを備えたスイッチング素子であり、スイッチング素子としてはIGBTやSIサイリスタなどが用いられる。
4は交流出力端子、31は変流器である。スイッチング素子2、3、交流端子4、変流器31は基本インバータを示し、インバータが三相の場合は基本インバータ3組で構成される。
【0003】
32はスイッチング素子2、3用のゲート制御装置である。通常のインバータ動作においては、スイッチング素子2と3は同時に導通することがないように制御されるが、何らかの原因でスイッチング素子2と3が同時に導通すると直流電圧源1からスイッチング素子2、変流器31、スイッチング素子3を経て閉回路が構成され、短絡電流が流れる。
このような短絡電流はスイッチング素子2や3を破損させる可能性があるため、変流器31で電流を検出し、この電流値が所定値よりも大きいと短絡電流が流れているものと判断してスイッチング素子2及び3に対してゲートブロックを行い、素子破壊等を未然に防止するのが一般的な制御方法である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、変流器は一般に高価である。特に、上下二つの素子が導通し、直流電圧源が短絡状態になったときの過大な直流電流に対しても鉄心が飽和しないような変流器となると非常に高価になってしまうという課題があった。
本発明は、このような課題を解決するため導電物と積分器を用いて安価な電源短絡検知を実現するものである。
【0005】
[課題を解決するための手段]その実現のために、本発明では、逆並列ダイオードを備えた第一及び第二のスイッチング素子と導電物より成る直列回路を直流電圧源の両端に、前記第一及び第二のスイッチング素子導通時に順方向に通電する極性に接続した半導体ユニット、前記導電物の両端部から取り出した電流波形の微分波形である電圧を入力とする積分器、該積分器の出力が所定値に達したことを検出する短絡検知器、該短絡検知器が短絡検知したときに前記第一及び第二のスイッチング素子のゲート信号を停止する機能のあるゲート制御装置を備えて構成する。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、その詳細を図によって説明する。図1は、本発明を説明するための回路図であり、5は導電物、6は積分器、7は短絡検知器、8はゲート信号停止装置、9はスイッチング素子用のゲート制御装置である。なお、図4と同一部分には同一符号を付している。
この場合、基本インバータは、スイッチング素子2、3、交流出力端子4と導電物5から構成される。
【0007】
図2は、本発明の動作を説明するための各部の電流波形等を示し、11は、スイッチング素子2、3が同時に導通状態になり直流電圧源1が短絡状態になったときに導電物に流入する電流波形、12は導電物の両端部間に発生する電圧波形である。
13は、導電物の両端部間に発生する電圧波形を入力とする積分器の出力波形である。
すなわち、導電物は必ずなにがしかのインダクタンスを有するため導電物の両端部から取り出した波形は電流波形11の微分波形となる。この電圧を入力とする積分器5の出力電圧は、電流波形11の微分波形を積分することになり、結局、電流波形11が復元されることになる。本発明のポイントはここにある。
【0008】
以下、積分器6の出力が所定値に達すると短絡検知器7が出力を発生し、その結果、ゲート信号停止装置8に出力が与えられてゲートストップに至る部分は従来と同様である。
以上に述べたように、本発明によれば導電物の浮遊のインダクタンスを利用し、積分器と組み合わせることにより高価な変流器を用いることなく直流電圧源の短絡電流を復元することができる。
【0009】
図1では、導電物を逆並列ダイオード2と3の間に挿入したが、接続位置としてはスイッチング素子2のコレクタ側でも、スイッチング素子3のエミッタ側でも良いことは言うまでもない。
導電物としては、銅製の板やアルミ製の板あるいは分流器等が用いられる。
【0010】
図3は、本発明の他の実施例であり、交流をコンバータを介して直流電圧源に供給し、直流電圧源からインバータを介して交流を得る場合を示し、21は直流電圧源、22〜25はスイッチング素子、26、27は導電物、28はインバータである。
なお、導電物の出力が与えられるゲート制御装置は図示を省略したが、導電物26、27の出力が、積分器、短絡検知器を介してゲート信号停止装置に与えられ、ゲートブロックに至る動作は図1の場合と同一である。
【0011】
この場合においてスイッチング素子22と23が同時に導通した場合、直流電圧源21からスイッチング素子22と23を通じて短絡電流が流れるが、この場合にも本発明が適用されることは言うまでもない。
図3では単相のコンバータの場合を示したが、三相の場合にも適用できることは言うまでもない。
【0012】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明では導電物の有する浮遊のインダクタンスを利用し、導電物の両端間に発生する電圧を積分器に入力することにより元の電流波形を復元することができ、短絡電流検出のために高価な変流器を用いる必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を説明するための回路図である。
【図2】本発明の各部電流波形等を示す説明図である。
【図3】本発明の他の実施例を示す回路図である。
【図4】従来の技術を説明するための回路図である。
【符号の説明】
1、21 直流電圧源
2、3、22〜25 スイッチング素子
4 交流出力端子
5、26、27 導電物
6 積分器
7 短絡検知器
8 ゲート信号停止装置
9、32 ゲート制御装置
11 直流電圧源の短絡電流波形
12 導電物両端電圧波形
13 積分器出力波形
28 インバータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor control device that realizes protection when a short-circuit current flows from a DC voltage source by simultaneously connecting switching elements connected in series by using an inexpensive conductive material and an integrator.
[0002]
[Prior art]
In semiconductor control devices such as inverters, current detection is generally performed using a current transformer to detect a short-circuit current of a DC voltage source. Hereinafter, the outline of the prior art will be described with reference to FIG.
In FIG. 4, 1 is a DC voltage source, 2 and 3 are switching elements provided with anti-parallel diodes, and IGBTs or SI thyristors are used as the switching elements.
4 is an AC output terminal and 31 is a current transformer. The
[0003]
Since such a short-circuit current may damage the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, current transformers are generally expensive. In particular, there is a problem that a current transformer that does not saturate the iron core against an excessive direct current when the two upper and lower elements are conductive and the direct current voltage source is short-circuited becomes very expensive. there were.
In order to solve such a problem, the present invention realizes inexpensive power supply short-circuit detection using a conductive material and an integrator.
[0005]
[Means for Solving the Problems] In order to realize this, in the present invention, a series circuit composed of first and second switching elements each including an antiparallel diode and a conductive material is provided at both ends of a DC voltage source. A semiconductor unit connected to a polarity that is energized in a forward direction when the first and second switching elements are turned on; an integrator that receives a voltage that is a differential waveform of a current waveform extracted from both ends of the conductor; and an output of the integrator Comprises a short circuit detector for detecting that a predetermined value has been reached, and a gate control device having a function of stopping the gate signals of the first and second switching elements when the short circuit detector detects a short circuit. .
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The details will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram for explaining the present invention, in which 5 is a conductive material, 6 is an integrator, 7 is a short circuit detector, 8 is a gate signal stop device, and 9 is a gate control device for a switching element. . The same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals.
In this case, the basic inverter includes
[0007]
FIG. 2 shows current waveforms and the like of respective parts for explaining the operation of the present invention.
That is, since the conductive material always has some inductance, the waveform taken out from both ends of the conductive material is a differential waveform of the
[0008]
Hereinafter, when the output of the
As described above, according to the present invention, the short-circuit current of the DC voltage source can be restored without using an expensive current transformer by utilizing the floating inductance of the conductive material and combining with an integrator.
[0009]
In FIG. 1, the conductive material is inserted between the
As the conductive material, a copper plate, an aluminum plate, a shunt, or the like is used.
[0010]
FIG. 3 shows another embodiment of the present invention, in which AC is supplied to a DC voltage source via a converter, and AC is obtained from the DC voltage source via an inverter. 25 is a switching element, 26 and 27 are conductive materials, and 28 is an inverter.
The gate control device to which the output of the conductive material is given is not shown, but the output of the
[0011]
In this case, when the
Although FIG. 3 shows the case of a single-phase converter, it is needless to say that the present invention can also be applied to a three-phase converter.
[0012]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, a floating inductance of a conductive material is used, and the voltage generated between both ends of the conductive material can be input to the integrator to restore the original current waveform. There is no need to use an expensive current transformer for current detection.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram for explaining the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a current waveform of each part of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram for explaining a conventional technique.
[Explanation of symbols]
1, 21
11 Short-circuit current waveform of DC voltage source
12 Voltage waveform across conductor
13 Integrator output waveform
28 Inverter
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