JP4599926B2 - 電力スイッチング回路、電力変換装置、開放故障検出方法及びモジュール型半導体スイッチング素子の駆動方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1実施形態に係る電力スイッチング回路の回路図である。
この回路図において、符号Aはモジュール型半導体スイッチング素子、1はゲート信号発生回路、2はE/O変換器、3はO/E変換器、4はゲート電圧制御回路、5はアンプ、6は抵抗分圧器、7は電流検出器である。なお、これら構成要素のうち、ゲート電圧制御回路4は本実施形態における制御回路であり、抵抗分圧器6は本実施形態における電圧検出器である。
まず最初に、通常のスイッチング動作について説明すると、モジュール型半導体スイッチング素子Aは、アンプ5を介してゲート電圧制御回路4から入力されたパルス状のゲート信号によってスイッチング動作を行う。
互いに並列接続された3つのIGBTTr1〜Tr3のうち、例えば1つのIGBTTr1が開放故障した場合、主端子電流が減少する一方で、開放故障していないIGBTTr2,Tr3の電流分担は増加し動作点が変化するため主端子間電圧は増加する。このため、図2に示すように、ゲート電圧制御回路4で演算される主端子間内部抵抗rは正常時の内部抵抗(正常主端子間内部抵抗r0)によりも増加してr1となる。この主端子間内部抵抗r1は、半導体スイッチング素子の種類や、本電力スイッチング回路によって構成される電力変換器の構成、また当該電力変換器の使用状況等から想定することができる.
なお、上記第1実施形態に係る電力スイッチング回路はモジュール型半導体スイッチング素子A自身が短絡手段としての機能をも有するものであるが、本第2実施形態に係る電力スイッチング回路は、図3に示すように短絡手段として機能するサイリスタ8(非自己消弧形半導体スイッチング素子)をモジュール型半導体スイッチング素子Aの主端子間に介挿したものである。
(1)上記説明では、半導体スイッチング素子としてIGBTを用いる場合について説明したが、本発明は、半導体スイッチング素子が開放故障を生じ得るモジュール型半導体スイッチング素子であれば、IGBTに限定されることなく適用可能である。
Claims (14)
- 1つの半導体スイッチング素子あるいは並列接続された複数の半導体スイッチング素子から構成された、半導体スイッチング素子に開放故障が生じ得るモジュール型半導体スイッチング素子を備え、前記半導体スイッチング素子に開放故障が生じた場合には所定の短絡手段を作動させて前記モジュール型半導体スイッチング素子の主端子間を短絡させる電力スイッチング回路であって、
前記モジュール型半導体スイッチング素子の主端子間電圧を検出する電圧検出器と、
前記モジュール型半導体スイッチング素子の主端子に流れる主端子電流を検出する電流検出器と、
前記電圧検出器から入力された主端子間電圧と前記電流検出器から入力された主端子電流とからモジュール型半導体スイッチング素子の主端子間内部抵抗を求め、該主端子間内部抵抗に基づいて前記開放故障の発生を検出すると前記短絡手段を作動させて主端子間を短絡させる制御手段と
を具備することを特徴とする電力スイッチング回路。 - 短絡手段は半導体スイッチング素子であり、制御手段は、該半導体スイッチング素子に過大な駆動信号を印加することにより当該半導体スイッチング素子の内部を短絡破壊させることを特徴とする請求項1記載の電力スイッチング回路。
- 短絡手段は、モジュール型半導体スイッチング素子の主端子間に介挿された非自己消弧形半導体スイッチング素子であることを特徴とする請求項1記載の電力スイッチング回路。
- 半導体スイッチング素子はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であることを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載の電力スイッチング回路。
- 請求項1〜4いずれかの電力スイッチング回路を1あるいは複数直列接続して1つのスイッチアームを構成し、このスイッチアームを複数組み合わせることにより構成されることを特徴とする電力変換装置。
- 直流電力を交流電力に変換するインバータ回路であることを特徴とする請求項5記載の電力変換装置。
- 交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路であることを特徴とする請求項5記載の電力変換装置。
- 直流電力を他の直流電力に変換するチョッパ回路であることを特徴とする請求項5記載の電力変換装置。
- コンバータ回路とインバータ回路とによって構成され、交流電力を他の交流電力に変換する交流変換回路であることを特徴とする請求項5記載の電力変換装置。
- 1つの半導体スイッチング素子あるいは並列接続された複数の半導体スイッチング素子を備え、主端子間に印加された電力をスイッチングすると共に前記半導体スイッチング素子が開放故障を生じ得るモジュール型半導体スイッチング素子について、前記半導体スイッチング素子の開放故障を検出する方法であって、
前記主端子間に印加される主端子間電圧及び主端子に流れる主端子電流とからモジュール型半導体スイッチング素子の主端子間内部抵抗を求め、該主端子間内部抵抗に基づいて前記開放故障の発生を判定することを特徴とする開放故障検出方法。 - 1つの半導体スイッチング素子あるいは並列接続された複数の半導体スイッチング素子を備え、主端子間に印加された電力をスイッチングすると共に前記半導体スイッチング素子が開放故障を生じ得るモジュール型半導体スイッチング素子の駆動方法であって、
主端子間に印加される主端子間電圧及び主端子に流れる主端子電流とから主端子間内部抵抗を求め、
該主端子間内部抵抗に基づいて前記主端子間の開放故障の発生を判定し、
当該開放故障の発生を判定すると、前記主端子間を短絡させる
ことを特徴とするモジュール型半導体スイッチング素子の駆動方法。 - 半導体スイッチング素子に過大な駆動電流を流して内部を破壊することにより主端子間を短絡させることを特徴とする請求項11記載のモジュール型半導体スイッチング素子の駆動方法。
- モジュール型半導体スイッチング素子の主端子間に非自己消弧形半導体スイッチング素子を介挿し、該非自己消弧形半導体スイッチング素子によって主端子間を短絡させることを特徴とする請求項11記載のモジュール型半導体スイッチング素子の駆動方法。
- 半導体スイッチング素子がIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であることを特徴とする請求項11〜13いずれかに記載のモジュール型半導体スイッチング素子の駆動方法。
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