JP4713347B2 - Semiconductor device drive circuit - Google Patents

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Description

本発明は、直流と交流を相互に変換する電力変換装置に係り、特に電力変換装置に使用されるスイッチング素子を制御する半導体素子の駆動回路に関する。   The present invention relates to a power converter for converting direct current and alternating current to each other, and more particularly to a semiconductor element drive circuit for controlling a switching element used in the power converter.

高速スイッチングが可能で大電力を制御できるIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)は、家電品から鉄道用インバータ等の大電力用途まで幅広い分野で使われている。IGBTはゲート、コレクタ、エミッタの三端子を持ち、ゲートに印加する電圧によりコレクタ−エミッタ間に流れる電流を制御できる。IGBTを使う場合に重要なのは、スイッチング時のゲートの制御である。スイッチング時には損失や過電圧、電圧・電流の振動等により、IGBTが破壊し、ノイズが発生するなどの問題がある。   IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) capable of high-speed switching and controlling large power are used in a wide range of fields from home appliances to high-power applications such as railway inverters. The IGBT has three terminals of a gate, a collector, and an emitter, and can control a current flowing between the collector and the emitter by a voltage applied to the gate. What is important when using an IGBT is gate control during switching. At the time of switching, there are problems such as destruction of the IGBT and generation of noise due to loss, overvoltage, voltage / current vibration and the like.

これに対応するために、コレクタ−エミッタ間の状態を監視してゲートにフィードバックを掛ける手段が特許文献1等に開示されている。特許文献1ではIGBTに流れる電流を、IGBTに直列に繋いだインダクタンスもしくは配線の寄生インダクタンスに発生する電圧で監視し、この電圧の変化が一定の条件を超えた場合にゲート制御にフィードバックをかけている。
特開2004−312796号公報
In order to cope with this, a means for monitoring the state between the collector and the emitter and applying feedback to the gate is disclosed in Patent Document 1 and the like. In Patent Document 1, the current flowing through the IGBT is monitored by the voltage generated in the inductance connected in series with the IGBT or the parasitic inductance of the wiring, and when the change of the voltage exceeds a certain condition, the gate control is fed back. Yes.
JP 2004-312796 A

しかし上述の発明では、電流変化を検出してゲートにフィードバックするまでに、di/dt信号計測手段、インターフェイス回路、アンプなどを経由するため、ゲートが制御されるまでに遅延が生じてしまう。このためダイナミックアバランシェ状態の検出等のような時間変化の緩やかな場合には適用できるが、通常のスイッチング動作時の様な急峻な変化の場合には、ゲートの制御が間に合わず、制御が出来ないという問題点があった。   However, in the above-described invention, since a change in current is detected and fed back to the gate, the signal passes through a di / dt signal measuring means, an interface circuit, an amplifier, and the like, so that a delay occurs until the gate is controlled. For this reason, it can be applied when the time change is slow, such as detection of a dynamic avalanche state, etc., but in the case of a steep change such as during normal switching operation, control of the gate is not in time and control is not possible. There was a problem.

上記問題点を解決するために、本発明では、IGBTと、IGBTのスイッチング速度を制御するスイッチング速度制御回路と、IGBTのスイッチング開始を検出し前記スイッチング速度制御回路に信号を送るスイッチング検出回路と、IGBTの電流の変化を検出し前記スイッチング速度制御回路に信号を送る電流検出回路とを有し、前記スイッチング速度制御回路は前記スイッチング検出回路からの信号で動作準備状態となり、前記電流検出回路からの信号で動作することを特徴とする。   In order to solve the above problems, in the present invention, an IGBT, a switching speed control circuit that controls the switching speed of the IGBT, a switching detection circuit that detects the switching start of the IGBT and sends a signal to the switching speed control circuit, A current detection circuit that detects a change in the current of the IGBT and sends a signal to the switching speed control circuit, and the switching speed control circuit is ready for operation by a signal from the switching detection circuit, It is characterized by operating with signals.

本発明によれば、IGBTのスイッチング開始時にスイッチング検出回路によりスイッチング開始を検出し、あらかじめスイッチング速度制御回路を動作準備状態にしておくことにより、IGBTのスイッチング時に遅延無くゲートを制御することが可能となり、スイッチング時に発生する過電圧やノイズを低減することが出来る。   According to the present invention, when the switching of the IGBT is started, the switching detection circuit detects the switching start, and the switching speed control circuit is set in an operation ready state in advance, so that the gate can be controlled without delay when the IGBT is switched. Overvoltage and noise generated during switching can be reduced.

過電圧やノイズを低減できると、サージ抑制のためのスナッバー回路やフィルタ回路が不要となるために、インバータ装置の小型・軽量化が図れるという効果がある。また、過電圧による破壊も防止できることから、インバータ装置の信頼性の向上するという効果もある。   If the overvoltage and noise can be reduced, a snubber circuit and a filter circuit for suppressing surges are not necessary, and the inverter device can be reduced in size and weight. In addition, since destruction due to overvoltage can be prevented, there is an effect of improving the reliability of the inverter device.

以下に、本発明の実施の態様について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明の第1の実施例を示す。図1において、100はIGBTを駆動するための信号を出力する指令部、101はゲート駆動回路、102はスイッチング検出回路、103は電流検出回路、104はIGBT、105はフリーホイールダイオード、106は電流検出のためのインダクタンスである。106はIGBTに直列接続したインダクタンス部品や、配線のインダクタンス、またはIGBTのパッケージ内部の配線にある寄生インダクタンスなどでも良い。また、110〜114は各部の信号を表し、その時間変化を、IGBTの動作波形とともに図2に示す。   FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 100 is a command unit that outputs a signal for driving the IGBT, 101 is a gate drive circuit, 102 is a switching detection circuit, 103 is a current detection circuit, 104 is an IGBT, 105 is a freewheel diode, and 106 is a current. Inductance for detection. 106 may be an inductance component connected in series with the IGBT, an inductance of wiring, or a parasitic inductance in wiring inside the IGBT package. Reference numerals 110 to 114 denote signals of the respective parts, and the change with time is shown in FIG. 2 together with the operation waveform of the IGBT.

図1と図2を使って本実施例1を説明する。時刻t1で指令部100からターンオフ指令が出力されると、指令部からの信号110はLoレベルに下がり、駆動回路101はIGBTをターンオフするためにゲート電圧を減少させ始める。一方、スイッチング検出回路102はターンオフ指令を受け取ると直ちに出力111をHiレベルにする。スイッチング速度制御回路107はスイッチング検出回路102からの出力111が入力されると内部の回路ノードに必要な電位を与え、電流検出回路103からのトリガが掛かった場合に速やかに動作できるよう準備状態になる。駆動回路101がある程度IGBTのゲートの電位を引き下げると、IGBTがオフ状態に移行し始める。IGBTがオフし始めるとコレクタ電圧が増加し、続いて時刻t2でコレクタ電流が減少し始める。コレクタ電流が変化するとインダクタンス106の両端に電圧が発生し、114はHiレベルになる。電流検出回路103では114が所定の電圧より高くなった場合に電流が変化していると判定し、112をHiレベルに反転する。スイッチング速度制御回路107は112の反転をトリガとしてゲートの制御動作を開始する。   The first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. When a turn-off command is output from the command unit 100 at time t1, the signal 110 from the command unit falls to the Lo level, and the drive circuit 101 starts to decrease the gate voltage to turn off the IGBT. On the other hand, when receiving the turn-off command, the switching detection circuit 102 immediately sets the output 111 to the Hi level. When the output 111 from the switching detection circuit 102 is input, the switching speed control circuit 107 gives a necessary potential to the internal circuit node, and is ready to operate quickly when a trigger from the current detection circuit 103 is applied. Become. When the drive circuit 101 reduces the potential of the gate of the IGBT to some extent, the IGBT starts to shift to the off state. When the IGBT starts to turn off, the collector voltage increases, and then the collector current starts to decrease at time t2. When the collector current changes, a voltage is generated across the inductance 106, and 114 becomes Hi level. The current detection circuit 103 determines that the current has changed when 114 becomes higher than a predetermined voltage, and inverts 112 to the Hi level. The switching speed control circuit 107 starts the gate control operation with the inversion of 112 as a trigger.

このように本実施例1によれば、スイッチング速度制御回路が107がスイッチング開始時にあらかじめ動作準備状態になっているために、電流変化が発生した場合に速やかにゲートを制御でき、遅延無くスイッチング時にゲートを制御できる。これにより、従来は困難であった通常のスイッチング動作時にもゲート制御が可能となり、スイッチング時に発生する過電圧やノイズを低減できる。   As described above, according to the first embodiment, since the switching speed control circuit 107 is in an operation ready state at the start of switching, the gate can be quickly controlled when a current change occurs, and at the time of switching without delay. You can control the gate. As a result, gate control is possible even during a normal switching operation that has been difficult in the past, and overvoltage and noise generated during switching can be reduced.

図3に、本発明の第2実施例を示す。図3において、図1と同じ構成要素には同一の符号を付してある。本実施例2の特徴は、スイッチング速度制御回路107の出力をゲート駆動回路101に入力し、スイッチング速度制御回路107がゲート駆動回路101を制御することで、IGBTのスイッチング速度を制御する点にある。定格電流が数百アンペアのIGBTのゲート駆動回路は瞬間的に数アンペアの電流を制御しなければならない。このためにゲート駆動回路101内には数アンペア程度の定格のスイッチング素子が使われているが、これらの素子はサイズが大きく、コストも高い。実施例1のようにスイッチング速度制御回路107で直接IGBTのゲートを制御する構成とする場合には、スイッチング速度制御回路107内部にもこれらの素子が必要となる。本実施例2ではスイッチング速度制御回路107はゲート駆動回路101を制御するだけであるので、これらのスイッチング素子が不要となり、ゲート駆動回路の小型・低コスト化に効果がある。   FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. 3, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The feature of the second embodiment is that the switching speed of the IGBT is controlled by inputting the output of the switching speed control circuit 107 to the gate drive circuit 101 and the switching speed control circuit 107 controlling the gate drive circuit 101. . An IGBT gate drive circuit with a rated current of several hundred amps must instantaneously control a few amps of current. For this reason, switching elements having a rating of about several amperes are used in the gate drive circuit 101, but these elements are large in size and high in cost. When the switching speed control circuit 107 directly controls the gate of the IGBT as in the first embodiment, these elements are also required inside the switching speed control circuit 107. In the second embodiment, since the switching speed control circuit 107 only controls the gate driving circuit 101, these switching elements are not necessary, which is effective in reducing the size and cost of the gate driving circuit.

図4は本発明の第3の実施例を示す。図4において図1及び2と同じ構成要素には同一の符号を付してある。図4において、300は電圧検出回路である。   FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention. 4, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 4, reference numeral 300 denotes a voltage detection circuit.

本実施例3の特徴は、IGBTのスイッチングを検出する手段として、実施例1の電流検出回路103に代わり、電圧検出回路300を設けた点にある。実施例1では配線の寄生インダクタンスを利用して電流を検出したが、配線インダクタンスが十分に小さくなるよう構成されている場合には、電流を検出するための十分な電圧が得られず、電流変化を検出できない場合がある。また、電流が数A程度の小さいIGBTに本技術を適用する場合にも、同様に寄生インダクタンスに発生する電圧が小さくなるために、実施例1を適用できない。   The feature of the third embodiment is that a voltage detection circuit 300 is provided in place of the current detection circuit 103 of the first embodiment as means for detecting the switching of the IGBT. In the first embodiment, the current is detected by using the parasitic inductance of the wiring. However, when the wiring inductance is configured to be sufficiently small, a sufficient voltage for detecting the current cannot be obtained and the current change is detected. May not be detected. In addition, when the present technology is applied to an IGBT having a small current of about several A, the voltage generated in the parasitic inductance is similarly reduced, and thus the first embodiment cannot be applied.

本実施例3ではコレクタ電圧を監視し、コレクタ電圧が所定の電圧を超えたときにIGBTが遮断状態になったと判定して、スイッチング速度制御回路107にトリガ信号を出力する。IGBTが遮断状態に入ったと判定する電圧は例えば、図2の時刻t2のコレクタ電流が減少し始めるコレクタ電圧に設定しておけばよい。このような構成とすることで、寄生インダクタンスの小さいIGBTや、電流容量の小さいIGBTの場合でも本発明の適用が可能となる。   In the third embodiment, the collector voltage is monitored, and when the collector voltage exceeds a predetermined voltage, it is determined that the IGBT has been cut off, and a trigger signal is output to the switching speed control circuit 107. The voltage for determining that the IGBT has entered the cutoff state may be set to, for example, a collector voltage at which the collector current at time t2 in FIG. By adopting such a configuration, the present invention can be applied even to an IGBT having a small parasitic inductance or an IGBT having a small current capacity.

なお、本実施例3ではスイッチング速度制御回路107の出力で直接IGBTのゲートを制御する方式について示したが、もちろんスイッチング速度制御回路107の出力でゲート駆動回路101を制御する実施例2に示した構成にも適用できる。   In the third embodiment, the method of directly controlling the gate of the IGBT by the output of the switching speed control circuit 107 is shown. Of course, the second embodiment in which the gate driving circuit 101 is controlled by the output of the switching speed control circuit 107 is shown. Applicable to configuration.

図5に本発明の第4の実施例を示す。図5において図1乃至4と同じ構成要素には同一の符号を付してある。図5において、400はゲート抵抗、401はゲート電流検出回路である。ゲート抵抗400とゲート検出回路401によりスイッチング検出回路102を構成している。   FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention. 5, the same components as those in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 5, reference numeral 400 denotes a gate resistor, and 401 denotes a gate current detection circuit. A switching detection circuit 102 is configured by the gate resistor 400 and the gate detection circuit 401.

本実施例4の特徴はスイッチングの検出を司令部からの信号で検出するのではなく、ゲート電流で判定する点にある。ゲート電流検出回路はゲート抵抗400に発生する電圧を監視することで、ゲート電流を監視している。ゲート電流が所定値以上になった場合にスイッチングの開始と判定し、スイッチング速度制御回路107に信号を出力する。この場合、ゲート電流の絶対値で判定する方法と、ゲート電流の積分値で判定する方法が有り、後者はノイズに強いという特徴がある。   The feature of the fourth embodiment is that the detection of switching is not detected by a signal from the command unit, but is determined by a gate current. The gate current detection circuit monitors the gate current by monitoring the voltage generated in the gate resistor 400. When the gate current exceeds a predetermined value, it is determined that switching is started, and a signal is output to the switching speed control circuit 107. In this case, there are a method of determining by the absolute value of the gate current and a method of determining by the integrated value of the gate current, and the latter is characterized by being resistant to noise.

また本実施例4には、スイッチング開始の検出から、スイッチング速度制御回路107が動作するまでの期間を短くできると言う特徴もある。実施例1乃至2の場合には、指令値が入力されると直ちにスイッチング速度制御回路を準備状態にする。準備状態にあるスイッチング速度制御回路はノイズが入った場合に動作しやすく、所望のタイミング以外の時間で回路が動作してしまう可能性がある。所望のタイミング以外の時間にスイッチング速度制御回路が動作すると、所定のスイッチング動作を得られず、過電圧やノイズの原因となる。このため、本実施例のようにスイッチング速度制御回路107が準備状態になってから実際に動作するまでの期間を短くすれば、誤動作を抑制できるというメリットがある。   The fourth embodiment also has a feature that the period from the detection of the start of switching to the operation of the switching speed control circuit 107 can be shortened. In the case of the first and second embodiments, the switching speed control circuit is brought into a ready state as soon as a command value is input. The switching speed control circuit in the ready state easily operates when noise enters, and the circuit may operate at a time other than the desired timing. If the switching speed control circuit operates at a time other than the desired timing, a predetermined switching operation cannot be obtained, causing overvoltage and noise. For this reason, there is an advantage that malfunction can be suppressed by shortening the period from when the switching speed control circuit 107 is in a ready state to when it actually operates as in this embodiment.

なお、本実施例4ではスイッチング速度制御回路107の出力で直接IGBTのゲートを制御する方式について示したが、もちろんスイッチング速度制御回路107の出力でゲート駆動回路101を制御する実施例2に示した構成にも適用できる。   In the fourth embodiment, the IGBT gate is directly controlled by the output of the switching speed control circuit 107. Of course, the second embodiment in which the gate drive circuit 101 is controlled by the output of the switching speed control circuit 107 is shown. Applicable to configuration.

図6は本発明の第5の実施例を示す。図6において図1乃至5と同じ構成要素には同一の符号を付してある。図6において、500はゲート駆動回路のプラスの電源ライン、501〜506は抵抗、507〜509はバイポーラトランジスタであり、バイポーラトランジスタ507と抵抗502,503によりスイッチング速度制御回路107を構成している。   FIG. 6 shows a fifth embodiment of the present invention. In FIG. 6, the same components as those in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 6, 500 is a positive power supply line of the gate drive circuit, 501 to 506 are resistors, and 507 to 509 are bipolar transistors. The bipolar transistor 507 and the resistors 502 and 503 constitute the switching speed control circuit 107.

本実施例5は実施例1で説明したスイッチング速度制御回路107の具体的な回路構成を説明するものである。駆動回路101は出力段のバイポーラトランジスタのみ示してあり、その他の回路は省略している。   The fifth embodiment describes a specific circuit configuration of the switching speed control circuit 107 described in the first embodiment. The drive circuit 101 shows only the bipolar transistor at the output stage, and other circuits are omitted.

動作を説明する。はじめにIGBTがオンしている状態を考える。IGBTがオンの状態では指令部100からの出力はハイレベルになっており、バイポーラトランジスタ508はオン、509はオフしている。このため、IGBTのゲートにはプラス電源ライン500の電位がそのまま掛かっている。一方、IGBTには負荷に応じた電流が流れているが、この状態に発生する電流変化では103の出力は常にハイレベルになるよう設定されている。電流検出回路103がハイレベルを出力しているため、バイポーラトランジスタ507はオフしている。また、指令部100からの信号がオン指令であるので、スイッチング検出回路102も同様にハイレベルを出力している。   The operation will be described. First, consider a state in which the IGBT is turned on. When the IGBT is on, the output from the command unit 100 is at a high level, the bipolar transistor 508 is on, and the 509 is off. For this reason, the potential of the positive power supply line 500 is directly applied to the gate of the IGBT. On the other hand, a current corresponding to the load flows through the IGBT, but the output of 103 is always set to a high level when the current changes in this state. Since the current detection circuit 103 outputs a high level, the bipolar transistor 507 is off. Further, since the signal from the command unit 100 is an on command, the switching detection circuit 102 similarly outputs a high level.

次に、指令部100からオフ指令が出るとバイポーラトランジスタ508はオフし、509がオンする。すると、IGBTのゲートからゲート抵抗504、バイポーラトランジスタ509、抵抗505を通って電流が流れ、ゲート電圧が減少し始める。   Next, when an off command is issued from command unit 100, bipolar transistor 508 is turned off and 509 is turned on. Then, current flows from the gate of the IGBT through the gate resistor 504, the bipolar transistor 509, and the resistor 505, and the gate voltage starts to decrease.

スイッチング検出回路102は指令部100からの信号を受信すると直ちに出力をローレベルに反転させ、バイポーラトランジスタのベース電位を引き下げる。この際、スイッチング検出回路102はバイポーラトランジスタ507がオンする電位まではベース電位を引き下げず、オンする直前の状態のベース電位まで引き下げるよう設定する。次にIGBTのゲート電位が下がり続けるとコレクタ電圧が増加し始め、コレクタ電圧が電源電圧に到達するとコレクタ電流が減少し始める。すると、インダクタンス106に電圧が発生し、この電圧が所定の値を超えると電流検出回路103が動作して出力をローレベルに下げる。この際、既にスイッチング検出回路102によりバイポーラトランジスタ507はオン直前の状態となっているので、電流検出回路103からの信号が入力されると直ちにオンし、プラス電源ライン500からゲートに電流を流すようになる。バイポーラトランジスタ507を介してゲートに電流が流れ込むと、この電流によりIGBTのゲート電位の減少は抑制され、コレクタ電流の減少が緩やかに出来る。   As soon as the switching detection circuit 102 receives a signal from the command unit 100, the switching detection circuit 102 inverts the output to a low level and lowers the base potential of the bipolar transistor. At this time, the switching detection circuit 102 is set so as not to lower the base potential to the potential at which the bipolar transistor 507 is turned on, but to the base potential immediately before being turned on. Next, when the gate potential of the IGBT continues to decrease, the collector voltage starts to increase, and when the collector voltage reaches the power supply voltage, the collector current starts to decrease. Then, a voltage is generated in the inductance 106, and when this voltage exceeds a predetermined value, the current detection circuit 103 operates to lower the output to a low level. At this time, since the bipolar transistor 507 is already in the state immediately before being turned on by the switching detection circuit 102, it is turned on immediately when a signal from the current detection circuit 103 is input, and a current flows from the positive power supply line 500 to the gate. become. When a current flows into the gate through the bipolar transistor 507, a decrease in the gate potential of the IGBT is suppressed by this current, and the collector current can be gradually decreased.

本実施例5では、スイッチング検出手段としては実施例1に示した指令部100からの信号を使う手段を示したが、実施例4に示したゲート電流により検出する手段によっても同様の効果を実現できる。また、電流検出回路103を使う構成を説明したが、実施例2に示したコレクタ電圧を検出する手段を適用しても同様の効果を得られる。   In the fifth embodiment, as the switching detection means, the means using the signal from the command unit 100 shown in the first embodiment is shown, but the same effect can be realized by the means for detecting by the gate current shown in the fourth embodiment. it can. Although the configuration using the current detection circuit 103 has been described, the same effect can be obtained even if the means for detecting the collector voltage shown in the second embodiment is applied.

図7に、本発明の第6の実施例を示す。図7において、図1乃至6と同じ構成要素には同一の符号を付している。図7において、601〜605は抵抗、606〜608はバイポーラトランジスタであり、バイポーラトランジスタ608と、抵抗603,604,605により、スイッチング速度制御回路107を構成している。   FIG. 7 shows a sixth embodiment of the present invention. In FIG. 7, the same components as those in FIGS. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 7, reference numerals 601 to 605 denote resistors and 606 to 608 denote bipolar transistors. The bipolar transistor 608 and the resistors 603, 604, and 605 constitute the switching speed control circuit 107.

本実施例6は、実施例2のスイッチング速度制御回路107の具体的回路構成を示すものである。駆動回路101は出力段のバイポーラトランジスタのみ示してあり、その他の回路は省略している。本実施例6ではスイッチング速度制御回路として、バイポーラトランジスタを使ったゲート抵抗可変回路を示している。   The sixth embodiment shows a specific circuit configuration of the switching speed control circuit 107 of the second embodiment. The drive circuit 101 shows only the bipolar transistor at the output stage, and other circuits are omitted. In the sixth embodiment, a variable gate resistance circuit using a bipolar transistor is shown as a switching speed control circuit.

一般にIGBTの駆動回路では、指令部からの信号を受けて図7の606、607で示したようなトーテムポール構成のバイポーラトランジスタを駆動してIGBTのゲートを制御している。この際、スイッチングスピードを制御する要素として、601〜603に示すような抵抗が配置されているが、これらの抵抗値は固定であり、スイッチング動作中に変更することは出来ない。本実施例6ではバイポーラトランジスタ608を使いターンオフ時の抵抗値を変更している。   In general, an IGBT drive circuit receives a signal from a command unit and drives a bipolar transistor having a totem pole configuration as indicated by reference numerals 606 and 607 in FIG. 7 to control the gate of the IGBT. At this time, resistors as indicated by reference numerals 601 to 603 are arranged as elements for controlling the switching speed, but these resistance values are fixed and cannot be changed during the switching operation. In the sixth embodiment, the bipolar transistor 608 is used to change the resistance value at the time of turn-off.

図6の回路の動作を説明する。はじめにIGBTがオンしている状態を考える。IGBTがオンの状態では指令部100からの出力はハイレベルになっており、バイポーラトランジスタ606はオン、607はオフしている。このため、IGBTのゲートにはプラス電源ライン500の電位がそのまま印加されている。一方、IGBTには負荷に応じた電流が流れているが、この状態に発生する電流変化では103の出力は常にハイレベルになるよう設定されている。電流検出回路103がハイレベルを出力しているため、バイポーラトランジスタ608は飽和状態になっている。この回路では603の抵抗値が604の抵抗値より大きく設定されている。また、指令部100からの信号がオン指令になっているので、スイッチング検出回路102はハイレベルを出力している。   The operation of the circuit of FIG. 6 will be described. First, consider a state in which the IGBT is turned on. When the IGBT is on, the output from the command unit 100 is at a high level, the bipolar transistor 606 is on, and the 607 is off. For this reason, the potential of the positive power supply line 500 is directly applied to the gate of the IGBT. On the other hand, a current corresponding to the load flows through the IGBT, but the output of 103 is always set to a high level when the current changes in this state. Since the current detection circuit 103 outputs a high level, the bipolar transistor 608 is in a saturated state. In this circuit, the resistance value of 603 is set larger than the resistance value of 604. Further, since the signal from the command unit 100 is an on command, the switching detection circuit 102 outputs a high level.

次に、指令部100からオフ指令が出るとバイポーラトランジスタ606はオフし、607がオンする。すると、IGBTのゲートからゲート抵抗602、バイポーラトランジスタ607、抵抗604、バイポーラトランジスタ608を通って電流が流れ、ゲート電圧が減少し始める。上述したように603の抵抗値は604の抵抗値より大きく設定されているために、ゲート電流は抵抗604を通って流れる。スイッチング検出回路102は指令部100からの信号を受信すると直ちに出力をローレベルに反転させ、バイポーラトランジスタのベース電位を引き下げる。この際、スイッチング検出回路102はバイポーラトランジスタ608がオフする電位まではゲート電位を引き下げず、バイポーラトランジスタ608が飽和領域から活性領域に遷移する直前の状態になるようベース電位を引き下げるよう設定する。次にIGBTのゲート電位が下がり続けるとコレクタ電圧が増加し始め、コレクタ電圧が電源電圧に到達するとコレクタ電流が減少し始める。すると、インダクタンス106に電圧が発生し、この電圧が所定の値を超えると電流検出回路103が動作して出力をローレベルに下げる。この際、既にスイッチング検出回路102によりバイポーラトランジスタ608はオフ直前の状態で動作しているので、電流検出回路103からの信号が入力されると直ちにオフし、ゲート電流が抵抗603を介して流れるようになる。抵抗603は抵抗604よりも大きく設定されているため、ターンオフ速度を遅くできる。   Next, when an off command is issued from the command unit 100, the bipolar transistor 606 is turned off and the 607 is turned on. Then, current flows from the gate of the IGBT through the gate resistor 602, the bipolar transistor 607, the resistor 604, and the bipolar transistor 608, and the gate voltage starts to decrease. As described above, since the resistance value of 603 is set larger than the resistance value of 604, the gate current flows through the resistance 604. As soon as the switching detection circuit 102 receives a signal from the command unit 100, the switching detection circuit 102 inverts the output to a low level and lowers the base potential of the bipolar transistor. At this time, the switching detection circuit 102 does not lower the gate potential to the potential at which the bipolar transistor 608 is turned off, but sets the base potential to be lowered so that the bipolar transistor 608 is in a state immediately before the transition from the saturation region to the active region. Next, when the gate potential of the IGBT continues to decrease, the collector voltage starts to increase, and when the collector voltage reaches the power supply voltage, the collector current starts to decrease. Then, a voltage is generated in the inductance 106, and when this voltage exceeds a predetermined value, the current detection circuit 103 operates to lower the output to a low level. At this time, since the bipolar transistor 608 has already been operated by the switching detection circuit 102 immediately before being turned off, the signal is immediately turned off when the signal from the current detection circuit 103 is input so that the gate current flows through the resistor 603. become. Since the resistor 603 is set larger than the resistor 604, the turn-off speed can be reduced.

本実施例6では、スイッチング検出手段としては実施例1乃至2に示した指令部100からの信号を使う手段を示したが、実施例3に示したゲート電流により検出する手段によっても同様の効果を実現できる。また、電流検出回路103を使う構成を説明したが、実施例2に示したコレクタ電圧を検出する手段を適用しても同様の効果を得られる。   In the sixth embodiment, as the switching detection means, the means using the signal from the command unit 100 shown in the first and second embodiments is shown, but the same effect can be obtained by the means for detecting by the gate current shown in the third embodiment. Can be realized. Although the configuration using the current detection circuit 103 has been described, the same effect can be obtained even if the means for detecting the collector voltage shown in the second embodiment is applied.

本発明の実施例1を説明した回路図である。It is a circuit diagram explaining Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1の動作波形を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement waveform of Example 1 of this invention. 本発明の実施例2を説明した回路図である。It is the circuit diagram explaining Example 2 of this invention. 本発明の実施例3を説明した回路図である。It is a circuit diagram explaining Example 3 of the present invention. 本発明の実施例4を説明した回路図である。It is the circuit diagram explaining Example 4 of this invention. 本発明の実施例5を説明した回路図である。It is the circuit diagram explaining Example 5 of this invention. 本発明の実施例6を説明した回路図である。It is the circuit diagram explaining Example 6 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100 指令部
101 ゲート駆動回路
102 スイッチング検出回路
103 電流検出回路
104 IGBT
105 フリーホイールダイオード
106 インダクタンス
107 スイッチング速度制御回路
300 電圧検出回路
400 ゲート抵抗
401 ゲート電流検出回路
500 ゲート駆動回路のプラス電源ライン
501〜506 抵抗
507〜509 バイポーラトランジスタ
601〜605 抵抗
606〜608 バイポーラトランジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Command part 101 Gate drive circuit 102 Switching detection circuit 103 Current detection circuit 104 IGBT
DESCRIPTION OF SYMBOLS 105 Freewheel diode 106 Inductance 107 Switching speed control circuit 300 Voltage detection circuit 400 Gate resistance 401 Gate current detection circuit 500 Positive power supply line of gate drive circuit 501-506 Resistance 507-509 Bipolar transistor 601-605 Resistance 606-608 Bipolar transistor

Claims (14)

主電流を通電する一対の主端子対と前記主電流を制御する制御端子とを持つスイッチング素子と、前記スイッチング素子のスイッチング速度を制御するスイッチング速度制御回路と、前記スイッチング素子のスイッチング動作の始まりを検出し前記スイッチング速度制御回路に信号を送るスイッチング検出回路と、前記スイッチング素子の前記主電流の変化を検出し前記スイッチング速度制御回路に信号を送る電流検出回路とを有し、前記スイッチング速度制御回路は前記スイッチング検出回路からの信号で半導体素子のゲートの電位を引き下げた動作準備状態となり、前記電流検出回路からの信号で前記ゲートの制御動作を開始することを特徴とする半導体素子の駆動回路。 A switching element having a pair of main terminals for energizing a main current and a control terminal for controlling the main current, a switching speed control circuit for controlling the switching speed of the switching element, and the beginning of the switching operation of the switching element A switching detection circuit that detects and sends a signal to the switching speed control circuit; and a current detection circuit that detects a change in the main current of the switching element and sends a signal to the switching speed control circuit, the switching speed control circuit A driving circuit for a semiconductor device, wherein a signal from the switching detection circuit is put into an operation ready state in which the potential of the gate of the semiconductor device is lowered, and a control operation of the gate is started by a signal from the current detection circuit. 請求項1に記載の半導体素子の駆動回路において、
前記スイッチング速度制御回路がバイポーラトランジスタと抵抗から構成され、前記動作準備状態では、前記バイポーラトランジスタがオンする電位まではベース電位を引き下げず、オンする直前の状態のベース電位まで引き下げた状態に設定されることを特徴とする半導体素子の駆動回路。
The drive circuit for a semiconductor device according to claim 1,
The switching speed control circuit is composed of a bipolar transistor and a resistor. In the operation ready state, the base potential is not lowered to the potential at which the bipolar transistor is turned on, but is set to the state at which the base potential is lowered to the state immediately before being turned on. drive circuit of a semiconductor device characterized by that.
請求項1または請求項2に記載の半導体素子の駆動回路において、
前記電流検出回路が、前記スイッチング素子の主電流経路内のインダクタンスに発生する電圧を検出することを特徴とする半導体素子の駆動回路。
In the drive circuit of the semiconductor element according to claim 1 or 2,
A drive circuit for a semiconductor element, wherein the current detection circuit detects a voltage generated in an inductance in a main current path of the switching element .
請求項1または請求項2に記載の半導体素子の駆動回路において、
前記スイッチング検出回路が、前記スイッチング素子の制御端子に入力される制御信号を監視し、この信号が反転した場合にスイッチングの開始と判定し、前記スイッチング速度制御回路に信号を送信することを特徴とする半導体素子の駆動回路。
In the drive circuit of the semiconductor element according to claim 1 or 2,
The switching detection circuit monitors a control signal input to a control terminal of the switching element, determines that switching is started when the signal is inverted , and transmits a signal to the switching speed control circuit. A driving circuit for a semiconductor device.
請求項1または請求項2に記載の半導体素子の駆動回路において、
前記スイッチング検出回路が、前記スイッチング素子の制御端子に流れる電流を監視し、電流値があらかじめ定められた所定の値を超えたときにスイッチングの開始と判定し、前記スイッチング速度制御回路に信号を送信することを特徴とする半導体素子の駆動回路。
In the drive circuit of the semiconductor element according to claim 1 or 2,
The switching detection circuit monitors the current flowing through the control terminal of the switching element, determines that switching starts when the current value exceeds a predetermined value, and transmits a signal to the switching speed control circuit. A drive circuit for a semiconductor element, characterized in that:
請求項1または請求項2に記載の半導体素子の駆動回路において、
前記スイッチング検出回路が、前記スイッチング素子の制御端子に流れる電流を積分し、積分値があらかじめ定められた所定の値を超えたときにスイッチングの開始と判定し、前記スイッチング速度制御回路に信号を送信することを特徴とする半導体素子の駆動回路。
In the drive circuit of the semiconductor element according to claim 1 or 2 ,
Transmitting the switching detection circuit integrates the current flowing to the control terminal of the switching element, the integral value is determined to start switching when exceeds a predetermined value determined in advance, a signal to said switching speed control circuit A drive circuit for a semiconductor element, characterized in that:
請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の半導体素子の駆動回路において、
前記スイッチング速度制御回路が、スイッチング素子の制御端子に接続された抵抗と、この抵抗を可変する回路から構成されており、前記電流検出回路からの信号によりスイッチング速度制御回路が動作状態になったときに可変抵抗の抵抗値を大きくすることを特徴とする半導体素子の駆動回路。
In the drive circuit of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 6,
The switching speed control circuit is composed of a resistor connected to the control terminal of the switching element and a circuit that varies the resistance. When the switching speed control circuit is in an operating state by a signal from the current detection circuit. And a resistance value of the variable resistor is increased .
一対の主端子対を有し前記主端子対間に流れる主電流を制御する制御端子を持つスイッチング素子と、前記スイッチング素子のスイッチング速度を制御するスイッチング速度制御回路と、前記スイッチング素子のスイッチング動作の始まりを検出し前記スイッチング速度制御回路に信号を送るスイッチング検出回路と、前記スイッチング素子の主端子間の電圧を監視し主端子間の電圧があらかじめ定められた値を超えたときに前記スイッチング速度制御回路に信号を送る電圧検出回路とを有し、前記スイッチング速度制御回路は前記スイッチング検出回路からの信号で半導体素子のゲートの電位を引き下げた動作準備状態となり、前記電圧検出回路からの信号で前記ゲートの制御動作を開始することを特徴とする半導体素子の駆動回路。 A switching element having a pair of main terminal pairs and a control terminal for controlling a main current flowing between the pair of main terminals; a switching speed control circuit for controlling a switching speed of the switching element; and a switching operation of the switching element. A switching detection circuit for detecting a start and sending a signal to the switching speed control circuit; and a voltage between the main terminals of the switching element is monitored, and the switching speed control is performed when the voltage between the main terminals exceeds a predetermined value. A voltage detection circuit for sending a signal to the circuit, the switching speed control circuit is in an operation ready state in which the potential of the gate of the semiconductor element is lowered by a signal from the switching detection circuit, and the signal from the voltage detection circuit A drive circuit for a semiconductor element, characterized by starting a gate control operation . 請求項に記載の半導体素子の駆動回路において、
前記スイッチング速度制御回路がバイポーラトランジスタと抵抗から構成され、前記動作準備状態では、前記バイポーラトランジスタがオンする電位まではベース電位を引き下げず、オンする直前の状態のベース電位まで引き下げた状態に設定されることを特徴とする半導体素子の駆動回路。
In the drive circuit of the semiconductor element according to claim 8 ,
The switching speed control circuit is composed of a bipolar transistor and a resistor. In the operation ready state, the base potential is not lowered to the potential at which the bipolar transistor is turned on, but is set to the state at which the base potential is lowered to the state immediately before being turned on. drive circuit of a semiconductor device characterized by that.
請求項8または請求項9に記載の半導体素子の駆動回路において、
前記電圧検出回路が、前記半導体素子の主端子対の一方の主端子に接続されたインダクタンスに発生する電圧を検出することを特徴とする半導体素子の駆動回路。
In the drive circuit of the semiconductor element according to claim 8 or 9 ,
A drive circuit for a semiconductor element, wherein the voltage detection circuit detects a voltage generated in an inductance connected to one main terminal of the main terminal pair of the semiconductor element.
請求項8または請求項9に記載の半導体素子の駆動回路において、
前記スイッチング検出回路が、前記スイッチング素子の制御端子に入力される制御信号を監視し、この信号が反転した場合にスイッチングの開始と判定し、前記スイッチング速度制御回路に信号を送信することを特徴とする半導体素子の駆動回路。
In the drive circuit of the semiconductor element according to claim 8 or 9 ,
The switching detection circuit monitors a control signal input to a control terminal of the switching element, determines that switching is started when the signal is inverted , and transmits a signal to the switching speed control circuit. A driving circuit for a semiconductor device.
請求項8または請求項9に記載の半導体素子の駆動回路において、
前記スイッチング検出回路が、前記スイッチング素子の制御端子に流れる電流を監視し、電流値があらかじめ定められた所定の値を超えたときにスイッチングの開始と判定し、前記スイッチング速度制御回路に信号を送信することを特徴とする半導体素子の駆動回路。
In the drive circuit of the semiconductor element according to claim 8 or 9 ,
Transmitting the switching detection circuit monitors the current flowing to the control terminal of the switching element, it is determined that the start of the switching when the current value exceeds a predetermined value determined in advance, a signal to said switching speed control circuit A drive circuit for a semiconductor element, characterized in that:
請求項8または請求項9に記載の半導体素子の駆動回路において、In the drive circuit of the semiconductor element according to claim 8 or 9,
前記スイッチング検出回路が、前記スイッチング素子の制御端子に流れる電流を積分し、積分値があらかじめ定められた所定の値を超えたときにスイッチングの開始と判定し、前記スイッチング速度制御回路に信号を送信することを特徴とする半導体素子の駆動回路。The switching detection circuit integrates the current flowing through the control terminal of the switching element, determines that switching starts when the integral value exceeds a predetermined value, and transmits a signal to the switching speed control circuit. A drive circuit for a semiconductor element, characterized in that:
請求項8乃至請求項13のいずれかに記載の半導体素子の駆動回路において、In the drive circuit of the semiconductor element according to any one of claims 8 to 13,
前記スイッチング速度制御回路が、スイッチング素子の制御端子に接続された抵抗と、この抵抗を可変する回路から構成されており、前記電圧検出回路からの信号によりスイッチング速度制御回路が動作状態になったときに可変抵抗の抵抗値を大きくすることを特徴とする半導体素子の駆動回路。The switching speed control circuit is composed of a resistor connected to the control terminal of the switching element and a circuit that varies the resistance. When the switching speed control circuit is in an operating state by a signal from the voltage detection circuit. And a resistance value of the variable resistor is increased.
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