JP5006771B2 - 並列駆動装置 - Google Patents

Description

この発明は、複数個の電力用半導体スイッチング素子が並列接続された回路を駆動する並列駆動装置に関するものである。

複数の電力用半導体スイッチング素子（以下、スイッチ素子と称す）を並列に接続した場合、並列接続したスイッチ素子間の飽和電圧差やゲート−エミッタ間のしきい値電圧差などの電気特性のばらつきにより、スイッチ素子に流れる電流にアンバランスが発生する。特定のスイッチ素子に電流が多く流れるとその素子の発熱が大きくなるため、素子の寿命が短くなったり故障に至るといった問題があった。
このようなアンバランスを抑制するための従来の並列駆動装置では、並列接続した各スイッチ素子の温度をセンサで検出し、検出した温度が予め設定した最大温度値よりも大きい場合にゲート電圧のレベルを減少させることで定常状態時の電流アンバランスを緩和している。また、スイッチング時に生じる過渡的な電流アンバランスは、最大温度値と各スイッチ素子の温度との温度差をもとに各スイッチ素子のターンオンまたはターンオフする時刻を変えることで緩和している（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−２２１６１９号公報

上記のような従来の並列駆動装置では、スイッチ素子を流れる所望の電流値として最大温度値を設定し、各スイッチ素子の温度と設定された最大温度値とを比較するものであるが、最大温度値を的確に設定するのは困難であり、高い値に設定されるとスイッチ素子間に大きな温度差が生じ、低い値に設定されると各スイッチ素子の本来の性能を十分に発揮することができない。また、各スイッチ素子と各駆動回路の全ての電気特性には、製造上のばらつきと温度による変化があり、このような電気特性の各種ばらつきに起因するスイッチ素子間の電流アンバランスを抑制するために、各スイッチ素子のターンオンまたはターンオフする時刻を信頼性よく演算するのは困難であった。さらに、ゲート電圧のレベルを変更させるためには、駆動回路の駆動電圧を調整することが必要で、駆動回路がモジュールに内蔵されている場合には適用できないものであった。

この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、並列接続される複数の半導体スイッチング素子間の電流を、各半導体スイッチング素子の駆動電圧を調整することなく、また特別な演算を要することなく容易で簡便にバランスさせることが可能な並列駆動装置を得ることを目的とする。

この発明に係る並列駆動装置は、並列接続される複数の半導体スイッチング素子を駆動制御する装置であって、上記各半導体スイッチング素子の温度を検出する温度センサと、上記各半導体スイッチング素子の制御電極を駆動するための各駆動信号を生成する信号生成回路とを備える。そして、上記信号生成回路は、基準駆動信号を所定時間遅延させた遅延駆動信号を発生する遅延駆動信号発生回路を有して、検出された上記各半導体スイッチング素子の温度がバランスするように上記基準駆動信号と上記遅延駆動信号とを切り替えて上記各駆動信号を生成するものであり、上記温度センサの出力から上記複数の半導体スイッチング素子の内、最も低温あるいは高温の特定半導体スイッチング素子を検出し、該特定半導体スイッチング素子あるいは残りの半導体スイッチング素子のいずれか一方の駆動信号に上記遅延駆動信号を用い、他方の駆動信号に上記基準駆動信号を用いることで、該特定半導体スイッチング素子あるいは残りの半導体スイッチング素子とで低温側の素子に流れる電流量を高温側より増大させる。

この発明によると、信号生成回路が、各半導体スイッチング素子の温度がバランスするように、基準駆動信号と所定時間遅延させた遅延駆動信号とを切り替えて各半導体スイッング素子の駆動信号を生成して低温側の素子に流れる電流量を高温側より増大させるため、駆動電圧を調整することなく、また特別な演算を要することなく容易で簡便に各半導体スイッチング素子の温度、および流れる電流のアンバランスを抑制できる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による並列駆動装置について説明する。図１は、この発明の実施の形態１による並列駆動装置および該並列駆動装置により駆動制御される複数の半導体スイッチング素子を示す概略構成図である。
図に示すように、半導体スイッチング素子としてのＩＧＢＴ１はダイオードが逆並列接続されて駆動回路２と共にモジュールとしてのＩＰＭ３に内蔵される。同様に、半導体スイッチング素子としてのＩＧＢＴ４はダイオードが逆並列接続されて駆動回路５と共にモジュールとしてのＩＰＭ６に内蔵される。そして、２つのＩＧＢＴ１、４は、コレクタ同士及びエミッタ同士が互いに接続されて並列接続される。
なお、通常ＩＰＭは複数の半導体スイッチング素子と複数の駆動回路とが内蔵されたものであるが、便宜上、半導体スイッチング素子１つだけのものを示す。

並列駆動装置は、並列接続された各ＩＧＢＴ１、４の制御電極であるゲート電極を個別に駆動するための複数の駆動信号Ｓ１、Ｓ２を生成する信号生成回路７と、各ＩＧＢＴ１、４の温度を検出する温度センサ８ａ、８ｂとを備える。信号生成回路７は、入力されたＰＷＭ信号である基準駆動信号Ｌｉｎを所定時間遅延させて遅延駆動信号Ｌｄを出力する遅延駆動信号発生回路としての遅延回路９と、温度センサ８ａ、８ｂからの出力を受けて切替信号を発生する切替回路１０と、切替回路１０からの切替信号で基準駆動信号Ｌｉｎと遅延駆動信号Ｌｄとを切り替える単極双投のスイッチ１１ａ、１１ｂとを備える。
並列駆動装置から出力される駆動信号Ｓ１、Ｓ２は、各ＩＰＭ３、６内の駆動回路２、５に入力され、各駆動回路２、５は、駆動信号Ｓ１、Ｓ２に応じて所定の駆動電圧によるゲート指令を出力してゲート電極を駆動する。

図２は、信号生成回路７と温度センサ８ａ、８ｂとの具体的な回路構成の例を示す図である。
遅延回路９は、インバータＩｖ１、Ｉｖ２、抵抗ＲおよびコンデンサＣを備える。温度センサ８ａ、８ｂは正特性サーミスタで構成される。また、切替回路１０は、ＮＯＲ回路１、コンパレータ１３およびＤ−フリップフロップ１４を備え、ＩＧＢＴ１、４の温度センサ８ａ、８ｂである２つのサーミスタでＶｃｃを分圧した電圧Ｖｔｈがコンパレータ１３の＋入力に印加される。なお、２つの温度センサ（サーミスタ）８ａ、８ｂの抵抗値をＲａ、Ｒｂとすると、Ｖｔｈ＝Ｖｃｃ×Ｒａ／（Ｒａ＋Ｒｂ）となる。コンパレータ１３の−入力には、基準電圧Ｖｒｅｆ（＝Ｖｃｃ／２）が印加される。
各スイッチ１１ａ、１１ｂは、２つのＡＮＤ回路（１５，１６）、（１８，１９）、インバータＩｖ３、Ｉｖ４およびＯＲ回路１７、２０を備えたセレクタ回路ＳＡ、ＳＢで構成され、各ＯＲ回路１７、２０からの出力信号ＯＡ、ＯＢが、各ＩＧＢＴ１、４への駆動信号Ｓ１、Ｓ２となる。

このように構成される並列駆動回路の動作について以下に説明する。各部の動作波形のタイミングチャートを図３に示す。
信号生成回路７に入力された基準駆動信号Ｌｉｎは、遅延回路９に入力され、遅延回路９は、基準駆動信号Ｌｉｎの各パルスをそのまま所定時間ｔｄ（ｎｓｅｃ）遅らせた遅延駆動信号Ｌｄを出力する。即ち、遅延駆動信号Ｌｄは、基準駆動信号Ｌｉｎの各パルスの立ち上がり（ターンオン）と立ち下がり（ターンオフ）の双方のタイミングが所定時間遅れたものとなる。

また、基準駆動信号Ｌｉｎと遅延駆動信号Ｌｄとは、ＮＯＲ回路１２に入力され、ＮＯＲ回路１２の出力信号ＴＮが、Ｄ−フリップフロップ１４のクロック入力端ＣＫに入力される。Ｄ−フリップフロップ１４の入力端Ｄには、コンパレータ１３の出力信号ＣＯが入力される。ＩＧＢＴ４の温度がＩＧＢＴ１の温度よりも高いとき、コンパレータ１３の出力信号ＣＯはＨｉｇｈとなる。逆に、ＩＧＢＴ４の温度がＩＧＢＴ１の温度以下のとき、コンパレータ１３の出力信号ＣＯはＬｏｗとなる。
Ｄ−フリップフロップ１４は出力端Ｑから切換信号ＳＷを発生する回路で、入力される信号ＣＯがＨｉｇｈのときに信号ＴＮの立ち上がりエッジに同期して切換信号ＳＷはＨｉｇｈとなり、信号ＣＯがＬｏｗのときに信号ＴＮの立ち上がりエッジに同期して切換信号ＳＷはＬｏｗとなる。

各セレクタ回路ＳＡ、ＳＢには、基準駆動信号Ｌｉｎ、遅延駆動信号Ｌｄおよび切換信号ＳＷが入力される。セレクタ回路ＳＡでは、切換信号ＳＷがＬｏｗ時の基準駆動信号Ｌｉｎを信号Ａ１ＡとしてＡＮＤ回路１５から出力し、切換信号ＳＷがＨｉｇｈ時の遅延駆動信号Ｌｄを信号Ａ２ＡとしてＡＮＤ回路１６から出力し、ＯＲ回路１７からＩＧＢＴ１への駆動信号Ｓ１となる信号ＯＡを出力する。セレクタ回路ＳＢでは、切換信号ＳＷがＨｉｇｈ時の基準駆動信号Ｌｉｎを信号Ａ２ＢとしてＡＮＤ回路１９から出力し、切換信号ＳＷがＬｏｗ時の遅延駆動信号Ｌｄを信号Ａ１ＢとしてＡＮＤ回路１８から出力し、ＯＲ回路２０からＩＧＢＴ４への駆動信号Ｓ２となる信号ＯＢを出力する。

以上のように、ＩＧＢＴ４の温度がＩＧＢＴ１の温度よりも高くなると、ＩＧＢＴ１への駆動信号Ｓ１は、基準駆動信号Ｌｉｎから遅延駆動信号Ｌｄに切り替えられる。同時に、ＩＧＢＴ４への駆動信号Ｓ２は、遅延駆動信号Ｌｄから基準駆動信号Ｌｉｎに切り替えられる。即ち、２つのＩＧＢＴ１、４の内、温度が低い側のＩＧＢＴへの駆動信号に、立ち上がり（ターンオン）と立ち下がり（ターンオフ）の双方のタイミングが基準駆動信号Ｌｉｎより所定時間ｔｄ遅れた遅延駆動信号Ｌｄを用いる。
ＩＧＢＴ４の温度がＩＧＢＴ１の温度よりも高いとき、基準駆動信号Ｌｉｎにより駆動制御されるＩＧＢＴ４に流れるコレクタ電流Ｉｃ１と、遅延駆動信号Ｌｄにより駆動制御されるＩＧＢＴ１に流れるコレクタ電流Ｉｃ２と、各ＩＧＢＴ１、４に印加されるコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅとのスイッチング波形を、図４に示す。

図４に示すように、ターンオン時には、先にターンオンしたＩＧＢＴ４に大きなコレクタ電流Ｉｃ１が流れてＩＧＢＴ４のターンオン損失が増加する。ターンオフ時には、遅れてターンオフするＩＧＢＴ１に大きなコレクタ電流Ｉｃ２が流れてＩＧＢＴ１のターンオフ損失が増加する。ＩＧＢＴ１のターンオフは、大きな電流をオフするものとなり、ＩＧＢＴの特性からストレージタイムｔｓがあるため、ターンオン時よりも長時間にわたって電流が流れ、ターンオフ損失の増加分は、ＩＧＢＴ４でのターンオン損失の増加分よりも大きい。このため、遅延駆動信号Ｌｄを用いたＩＧＢＴ１の方が、基準駆動信号Ｌｉｎを用いたＩＧＢＴ４よりもスイッチング損失が大きくなり、その分、発熱量も大きくなってＩＧＢＴ１の温度が上昇する。
このように、温度が低い側のＩＧＢＴ１への駆動信号に遅延駆動信号Ｌｄを用いることで、ＩＧＢＴ１の温度を上昇させる。

なお、遅れてターンオフするＩＧＢＴに大きなコレクタ電流を流すためには、遅延時間ｔｄがある程度長い必要があり、必要とする時間はＩＧＢＴの電気特性によって異なるが、ＩＧＢＴのターンオフ時間の製造上のばらつき以上に遅延時間ｔｄを長く設定することでターンオフ時のコレクタ電流を大きくすることができる。
また、一般的に温度が上昇してもＩＧＢＴのストレージタイムｔｓは大きく変化せず、製造上のばらつきや温度による電気特性の差に依らず、遅延駆動信号Ｌｄを用いたＩＧＢＴの方が、基準駆動信号Ｌｉｎを用いたＩＧＢＴよりもスイッチング損失が大きい。

この実施の形態では、並列接続されるＩＧＢＴ１、４の温度を比較して、低温側のＩＧＢＴの駆動信号を基準駆動信号Ｌｉｎから遅延駆動信号Ｌｄに切り替えることにより、特別な演算を要することなく容易で簡便に、ＩＧＢＴ１、４の温度および流れる電流のアンバランスを抑制できる。また、駆動回路２、５の前段の信号生成回路７にて駆動信号を切り替えるため、駆動電圧を調整する必要がなく、ＩＧＢＴ１、４が駆動回路２、５と共にモジュール（ＩＰＭ３、６）に内蔵された場合にも適用できる。
これにより、特定のＩＧＢＴに大きな温度サイクルが発生して劣化を早めることが防止できる。また、製造上のばらつきや温度によるＩＧＢＴの電気特性の差に依らず、確実に効果が得られる。

また、並列接続されたＩＧＢＴ（ＩＰＭ）間の温度差をなくすように制御するため、ヒートシンク等を用いて複数のＩＧＢＴ間を熱結合せずに、各ＩＧＢＴにヒートシンクを個別に実装することができる。またヒートシンクによる基板設計時の実装制限が緩和される。さらに、ＩＧＢＴ間を絶縁する必要がある場合でも、ヒートシンクを個別に実装できるのでヒートシンクとＩＧＢＴ間を絶縁する必要がない。
また、並列接続された複数のＩＧＢＴは個別にターン・オンするため、並列接続数増加に伴う入力インピーダンスの低下が抑制され、駆動電源の小容量化が図れる。また駆動回路に供給する電流量が小さくなり、スイッチング時に駆動回路から発生するノイズを低減できる。

なお、上記実施の形態では、２つのＩＧＢＴ１、４の内、一方が基準駆動信号Ｌｉｎを用い、他方が遅延駆動信号Ｌｄを用いる場合を示したが、２つのＩＧＢＴ１、４の温度差が所定の範囲内の時には双方の駆動信号に基準駆動信号Ｌｉｎを用い、温度差が所定の範囲を外れると低温側のＩＧＢＴの駆動信号を遅延駆動信号Ｌｄに切り替えるようにしても良い。

また、上記実施の形態では、２つのＩＧＢＴ１、４を並列駆動したが、３以上のＩＧＢＴを並列駆動する場合、各ＩＧＢＴの温度を比較して、最も低温のＩＧＢＴを特定半導体スイッチング素子として検出し、そのＩＧＢＴの駆動信号を基準駆動信号Ｌｉｎから遅延駆動信号Ｌｄに切り替える。これにより、最も低温のＩＧＢＴはコレクタ電流が増大して温度が上昇する。
３以上のＩＧＢＴを並列駆動する場合、最も高温のＩＧＢＴを特定半導体スイッチング素子として検出し、その他全てのＩＧＢＴの駆動信号を基準駆動信号Ｌｉｎから遅延駆動信号Ｌｄに切り替えても、ＩＧＢＴ１、４の温度および流れる電流のアンバランスを抑制できる。この場合、損失が増大するＩＧＢＴが複数となるため、最も低温のＩＧＢＴを検出してそのＩＧＢＴのみ遅延駆動信号Ｌｄに切り替える前者の方が、全体の損失が少なく効率が良い。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、遅延駆動信号Ｌｄに、ターンオンとターンオフの双方のタイミングが所定時間遅れた信号を用いたが、この実施の形態２では、基準駆動信号Ｌｉｎのターンオフのタイミングのみが所定時間遅れた遅延駆動信号Ｌｄａを遅延回路９で生成して用いる。即ち、遅延駆動信号Ｌｄａは、各パルスの立ち上がりのタイミングは基準駆動信号Ｌｉｎと同期し、立ち下がりのタイミングは基準駆動信号Ｌｉｎより所定時間ｔｄ遅い。

各部の動作波形のタイミングチャートは、図５に示すようになる。
ＩＧＢＴ４の温度がＩＧＢＴ１の温度よりも高くなると、ＩＧＢＴ１への駆動信号Ｓ１（ＯＡａ）は、基準駆動信号Ｌｉｎから遅延駆動信号Ｌｄａに切り替えられる。同時に、ＩＧＢＴ４への駆動信号Ｓ２（ＯＢａ）は、遅延駆動信号Ｌｄａから基準駆動信号Ｌｉｎに切り替えられる。即ち、２つのＩＧＢＴ１、４の内、温度が低い側のＩＧＢＴ１への駆動信号に、立ち下がり（ターンオフ）のタイミングのみが基準駆動信号Ｌｉｎより所定時間ｔｄ遅れた遅延駆動信号Ｌｄａを用いる。
２つのＩＧＢＴ１、４は、同時にターンオンした後、ＩＧＢＴ１がＩＧＢＴ４より遅れてターンオフする。このため、ターンオン時に流れるコレクタ電流はほぼ等しいが、ターンオフ時には、上記実施の形態１と同様に、遅れてターンオフするＩＧＢＴ１に大きなコレクタ電流が流れてＩＧＢＴ１のターンオフ損失が増加する。

この実施の形態においても、遅延駆動信号Ｌｄａを用いたＩＧＢＴ１の方が、基準駆動信号Ｌｉｎを用いたＩＧＢＴ４よりもスイッチング損失が大きくなり、その分、発熱量も大きくなってＩＧＢＴ１の温度が上昇する。このため、実施の形態１と同様に、駆動電圧を調整することなく、容易で簡便にＩＧＢＴ１、４の温度および流れる電流のアンバランスを抑制できる。

なお、この実施の形態においても、２つのＩＧＢＴ１、４の温度差が所定の範囲内の時には双方の駆動信号に基準駆動信号Ｌｉｎを用い、温度差が所定の範囲を外れると低温側のＩＧＢＴの駆動信号を遅延駆動信号Ｌｄａに切り替えるようにしても良い。

また、３以上のＩＧＢＴを並列駆動する場合にも上記実施の形態１と同様に適用でき、同様の効果が得られる。この場合、最も低温のＩＧＢＴを検出してそのＩＧＢＴのみ遅延駆動信号Ｌｄａに切り替えると、全体の損失が少なく効率が良い。

また、この実施の形態は、並列駆動する半導体スイッチング素子はＩＧＢＴに限らず、ＭＯＳＦＥＴなど他の素子でも適用できる。ターンオフ時のタイミングを遅延させることでスイッチング損失の差が大きくなるＩＧＢＴでは、特に効果が大きい。

実施の形態３．
上記実施の形態２では、基準駆動信号Ｌｉｎのターンオフのタイミングのみが所定時間遅れた遅延駆動信号Ｌｄａを遅延回路９で生成したが、この実施の形態３では、基準駆動信号Ｌｉｎのターンオンのタイミングのみが所定時間遅れた遅延駆動信号Ｌｄｂを遅延回路９で生成して用いる。即ち、遅延駆動信号Ｌｄｂは、各パルスの立ち上がりのタイミングは基準駆動信号Ｌｉｎより所定時間ｔｄ遅く、立ち下がりのタイミングは基準駆動信号Ｌｉｎと同期する。
この場合、ＩＧＢＴ１への駆動信号Ｓ１を出力するためのスイッチ１１ａ（図１参照）を、図２で示したセレクタ回路ＳＢで構成し、ＩＧＢＴ４への駆動信号Ｓ２を出力するためのスイッチ１１ｂ（図１参照）を、図２で示したセレクタ回路ＳＡで構成する。

各部の動作波形のタイミングチャートは、図６に示すようになる。この場合、セレクタ回路ＳＡから出力される信号ＯＡｂがＩＧＢＴ４への駆動信号Ｓ２となり、セレクタ回路ＳＢから出力される信号ＯＢｂがＩＧＢＴ１への駆動信号Ｓ１となる。
ＩＧＢＴ４の温度がＩＧＢＴ１の温度よりも高くなると、ＩＧＢＴ４への駆動信号Ｓ２（ＯＡｂ）は、基準駆動信号Ｌｉｎから遅延駆動信号Ｌｄｂに切り替えられる。同時に、ＩＧＢＴ１への駆動信号Ｓ１（ＯＢｂ）は、遅延駆動信号Ｌｄｂから基準駆動信号Ｌｉｎに切り替えられる。即ち、２つのＩＧＢＴ１、４の内、温度が高い側のＩＧＢＴ４への駆動信号に、立ち上がり（ターンオン）のタイミングのみが基準駆動信号Ｌｉｎより所定時間ｔｄ遅れた遅延駆動信号Ｌｄｂを用いる。

２つのＩＧＢＴ１、４は、ＩＧＢＴ４がＩＧＢＴ１より遅れてターンオンした後、同時にターンオフする。このため、ターンオフ時に流れるコレクタ電流はほぼ等しいが、ターンオン時には、早くターンオンするＩＧＢＴ１に大きなコレクタ電流が流れてＩＧＢＴ１のターンオン損失が増加する。このように、基準駆動信号Ｌｉｎを用いたＩＧＢＴ１の方が、遅延駆動信号Ｌｄｂを用いたＩＧＢＴ４よりもスイッチング損失が大きくなり、その分、発熱量も大きくなってＩＧＢＴ１の温度が上昇する。

この実施の形態では、並列接続されるＩＧＢＴ１、４の温度を比較して、高温側のＩＧＢＴの駆動信号を基準駆動信号Ｌｉｎから遅延駆動信号Ｌｄｂに切り替えることにより、上記実施の形態１と同様に、駆動電圧を調整することなく、容易で簡便にＩＧＢＴ１、４の温度および流れる電流のアンバランスを抑制できる。

なお、この実施の形態においても、２つのＩＧＢＴ１、４の温度差が所定の範囲内の時には双方の駆動信号に基準駆動信号Ｌｉｎを用い、温度差が所定の範囲を外れると高温側のＩＧＢＴの駆動信号を遅延駆動信号Ｌｄｂに切り替えるようにしても良い。

また、上記実施の形態では、２つのＩＧＢＴ１、４を並列駆動したが、３以上のＩＧＢＴを並列駆動する場合、各ＩＧＢＴの温度を比較して、最も低温のＩＧＢＴを特定半導体スイッチング素子として検出し、その他全てのＩＧＢＴの駆動信号を基準駆動信号Ｌｉｎから遅延駆動信号Ｌｄｂに切り替える。これにより、最も低温のＩＧＢＴはコレクタ電流が増大して温度が上昇し、各ＩＧＢＴの温度および流れる電流のアンバランスを抑制できる。
３以上のＩＧＢＴを並列駆動する場合、最も高温のＩＧＢＴを特定半導体スイッチング素子として検出し、そのＩＧＢＴの駆動信号を基準駆動信号Ｌｉｎから遅延駆動信号Ｌｄｂに切り替えても、ＩＧＢＴの温度および電流のアンバランスを抑制する効果は得られるが、最も低温のＩＧＢＴを検出して、その他全てのＩＧＢＴ遅延駆動信号Ｌｄｂに切り替える前者の方が、全体の損失が少なく効率が良い。

また、この実施の形態は、並列駆動する半導体スイッチング素子はＩＧＢＴに限らず、ＭＯＳＦＥＴなど他の素子でも良い。

実施の形態４．
上記実施の形態２では、ターンオフのタイミングのみが遅れた遅延駆動信号Ｌｄａを用い、上記実施の形態３では、ターンオンのタイミングのみが遅れた遅延駆動信号Ｌｄｂを用いたが、この実施の形態４では、双方の遅延駆動信号Ｌｄａ、Ｌｄｂを用いる。
この実施の形態では、基準駆動信号Ｌｉｎのターンオフのタイミングのみが所定時間遅れた遅延駆動信号Ｌｄａと、ターンオンのタイミングのみが所定時間遅れた遅延駆動信号Ｌｄｂとの双方を遅延回路９で生成する。そして、２つのＩＧＢＴ１、４の内、温度が低い側のＩＧＢＴへの駆動信号に、ターンオフのタイミングのみが基準駆動信号Ｌｉｎより所定時間ｔｄ遅れた遅延駆動信号Ｌｄａを用い、温度が高い側のＩＧＢＴへの駆動信号に、ターンオンのタイミングのみが基準駆動信号Ｌｉｎより所定時間ｔｄ遅れた遅延駆動信号Ｌｄｂを用いる。

ＩＧＢＴ４の温度がＩＧＢＴ１の温度よりも高いとき、遅延駆動信号Ｌｄａにより駆動制御されるＩＧＢＴ１に流れるコレクタ電流Ｉｃ１と、遅延駆動信号Ｌｄｂにより駆動制御されるＩＧＢＴ４に流れるコレクタ電流Ｉｃ２と、各ＩＧＢＴ１、４に印加されるコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅとのスイッチング波形を、図７に示す。
図に示すように、ＩＧＢＴ４の温度がＩＧＢＴ１の温度よりも高いとき、ＩＧＢＴ４がＩＧＢＴ１より遅れてターンオンした後、ＩＧＢＴ１がＩＧＢＴ４より遅れてターンオフする。このため、ターンオン時およびターンオフ時の双方において、ＩＧＢＴ１に大きなコレクタ電流が流れてＩＧＢＴ４よりもスイッチング損失が大きくなり、その分、発熱量も大きくなってＩＧＢＴ１の温度が上昇する。

この実施の形態では、並列接続されるＩＧＢＴ１、４の温度を比較して、高温側のＩＧＢＴの駆動信号が遅延駆動信号Ｌｄｂに、低温側のＩＧＢＴの駆動信号が遅延駆動信号Ｌｄａになるように２つの遅延駆動信号Ｌｄａ、Ｌｄｂを切り替える。これにより、上記実施の形態１と同様に、駆動電圧を調整することなく、容易で簡便にＩＧＢＴ１、４の温度および流れる電流のアンバランスを抑制できる。

なお、この実施の形態においても、２つのＩＧＢＴ１、４の温度差が所定の範囲内の時には双方の駆動信号に基準駆動信号Ｌｉｎを用い、温度差が所定の範囲を外れると高温側のＩＧＢＴの駆動信号を基準駆動信号Ｌｉｎから遅延駆動信号Ｌｄｂに切り替え、低温側のＩＧＢＴの駆動信号を基準駆動信号Ｌｉｎから遅延駆動信号Ｌｄａに切り替えるようにしても良い。

また、上記実施の形態では、２つのＩＧＢＴ１、４を並列駆動したが、３以上のＩＧＢＴを並列駆動する場合、各ＩＧＢＴの温度を比較して、最も低温のＩＧＢＴを特定半導体スイッチング素子として検出し、そのＩＧＢＴの駆動信号に遅延駆動信号Ｌｄａを用い、その他全てのＩＧＢＴの駆動信号に遅延駆動信号Ｌｄｂを用いるように駆動信号を切り替える。これにより、最も低温のＩＧＢＴはコレクタ電流が増大して温度が上昇し、各ＩＧＢＴの温度および流れる電流のアンバランスを抑制できる。
３以上のＩＧＢＴを並列駆動する場合、最も高温のＩＧＢＴを特定半導体スイッチング素子として検出し、そのＩＧＢＴの駆動信号に遅延駆動信号Ｌｄｂを用い、その他全てのＩＧＢＴの駆動信号に遅延駆動信号Ｌｄａを用いても、各ＩＧＢＴの温度および電流のアンバランスを抑制する効果は得られるが、最も低温のＩＧＢＴを検出するして駆動信号を切り替える前者の方が、全体の損失が少なく効率が良い。

また、この実施の形態においても、並列駆動する半導体スイッチング素子はＩＧＢＴに限らず、ＭＯＳＦＥＴなど他の素子でも良い。

この発明の実施の形態１による並列駆動装置および該並列駆動装置により駆動制御される複数の半導体スイッチング素子を示す概略構成図である。 この発明の実施の形態１による信号生成回路と温度センサとの具体的な回路構成の例を示す図である。 この発明の実施の形態１による並列駆動装置の各部の動作波形を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１による効果を説明するための半導体スイッチング素子のスイッチング波形である。 この発明の実施の形態２による並列駆動装置の各部の動作波形を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態３による並列駆動装置の各部の動作波形を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態４による効果を説明するための半導体スイッチング素子のスイッチング波形である。

符号の説明

１，４ 半導体スイッチング素子としてのＩＧＢＴ、２，５ 駆動回路、
３，６ モジュールとしてのＩＰＭ、７ 信号生成回路、８ａ，８ｂ 温度センサ、
９ 遅延駆動信号発生回路としての遅延回路、１０ 切替回路、
１１ａ，１１ｂ スイッチ、Ｌｉｎ 基準駆動信号、
Ｌｄ，Ｌｄａ，Ｌｄｂ 遅延駆動信号、ＯＡ，ＯＡａ，ＯＢｂ 駆動信号（Ｓ１）、
ＯＢ，ＯＢａ，ＯＡｂ 駆動信号（Ｓ２）、Ｓ１，Ｓ２ 駆動信号、
ＳＡ，ＳＢ セレクタ回路、ＳＷ 切替信号。

Claims (7)

1. 並列接続される複数の半導体スイッチング素子を駆動制御する並列駆動装置において、
   上記各半導体スイッチング素子の温度を検出する温度センサと、上記各半導体スイッチング素子の制御電極を駆動するための各駆動信号を生成する信号生成回路とを備え、
   上記信号生成回路は、
   基準駆動信号を所定時間遅延させた遅延駆動信号を発生する遅延駆動信号発生回路を有して、検出された上記各半導体スイッチング素子の温度がバランスするように上記基準駆動信号と上記遅延駆動信号とを切り替えて上記各駆動信号を生成するものであり、
   上記温度センサの出力から上記複数の半導体スイッチング素子の内、最も低温あるいは高温の特定半導体スイッチング素子を検出し、該特定半導体スイッチング素子あるいは残りの半導体スイッチング素子のいずれか一方の駆動信号に上記遅延駆動信号を用い、他方の駆動信号に上記基準駆動信号を用いることで、該特定半導体スイッチング素子あるいは残りの半導体スイッチング素子とで低温側の素子に流れる電流量を高温側より増大させることを特徴とする並列駆動装置。
2. 上記複数の半導体スイッチング素子はＩＧＢＴであり、上記遅延駆動信号は上記基準駆動信号の各パルスをそのまま所定時間遅らせた信号であり、上記特定半導体スイッチング素子と残りの半導体スイッチング素子とで低温側の素子の駆動信号に上記遅延駆動信号を用いることを特徴とする請求項１記載の並列駆動装置。
3. 上記遅延駆動信号は上記基準駆動信号の各パルスの立ち下がりタイミングのみ所定時間遅らせた信号であり、上記特定半導体スイッチング素子と残りの半導体スイッチング素子とで低温側の駆動信号に上記遅延駆動信号を用いることを特徴とする請求項１記載の並列駆動装置。
4. 上記遅延駆動信号は上記基準駆動信号の各パルスの立ち上がりタイミングのみ所定時間遅らせた信号であり、上記特定半導体スイッチング素子と残りの半導体スイッチング素子とで高温側の素子の駆動信号に上記遅延駆動信号を用いることを特徴とする請求項１記載の並列駆動装置。
5. 並列接続される複数の半導体スイッチング素子を駆動制御する並列駆動装置において、
   上記各半導体スイッチング素子の温度を検出する温度センサと、上記各半導体スイッチング素子の制御電極を駆動するための各駆動信号を生成する信号生成回路とを備え、
   上記信号生成回路は、
   基準駆動信号の各パルスの立ち上がりタイミングのみ所定時間遅らせた第１の遅延駆動信号と、上記基準駆動信号の各パルスの立ち下がりタイミングのみ所定時間遅らせた第２の遅延駆動信号とを発生する遅延駆動信号発生回路を有し、
   上記温度センサの出力から上記複数の半導体スイッチング素子の内、最も低温あるいは高温の特定半導体スイッチング素子を検出し、上記特定半導体スイッチング素子と残りの半導体スイッチング素子とで高温側の素子の駆動信号に上記第１の遅延駆動信号を用い、低温側の素子の駆動信号に上記第２の遅延駆動信号を用いるように、駆動信号を切り替えて、上記低温側の素子に流れる電流量を高温側より増大させることを特徴とする並列駆動装置。
6. 並列接続される上記半導体スイッチング素子の数は３以上であり、上記特定半導体スイッチング素子として最も低温の素子を検出することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の並列駆動装置。
7. 上記各半導体スイッチング素子は、上記各制御電極を所定の電圧で駆動する各駆動回路と共に各モジュールに内蔵され、上記信号生成回路にて生成される上記各駆動信号は上記各モジュール内の上記各駆動回路に入力されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の並列駆動装置。

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