JP5268294B2 - チョッパ回路の故障検出装置 - Google Patents

チョッパ回路の故障検出装置 Download PDF

Info

Publication number
JP5268294B2
JP5268294B2 JP2007168745A JP2007168745A JP5268294B2 JP 5268294 B2 JP5268294 B2 JP 5268294B2 JP 2007168745 A JP2007168745 A JP 2007168745A JP 2007168745 A JP2007168745 A JP 2007168745A JP 5268294 B2 JP5268294 B2 JP 5268294B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate
elements
parallel
circuit
semiconductor switching
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2007168745A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2009011043A (ja
Inventor
健次 萩野
幸夫 渡辺
芳夫 島貫
祐智 菅野
淳 渡辺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kitashiba Electric Co Ltd
Original Assignee
Kitashiba Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kitashiba Electric Co Ltd filed Critical Kitashiba Electric Co Ltd
Priority to JP2007168745A priority Critical patent/JP5268294B2/ja
Publication of JP2009011043A publication Critical patent/JP2009011043A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5268294B2 publication Critical patent/JP5268294B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Power Conversion In General (AREA)

Description

本発明は、半導体スイッチング素子で構成されたチョッパ回路を備えた電力変換装置に係り、そのチョッパ回路の故障を検出する装置に関するものである。
半導体スイッチング素子、例えばIGBT素子のような電圧駆動型自己消弧素子を用いて構成される電力変換装置の従来の故障検出方法としては、例えばゲート駆動回路から半導体スイッチング素子に与えるゲート信号と該素子の状態をゲート駆動回路にフィードバックするフィードバック信号を比較して、両者が一致しない時に異常と判別する不一致検出装置があった(特許文献1)。
しかしながら従来の不一致検出回路を用いた故障検出装置では、IGBT素子およびゲート駆動回路が1つ、即ち1並列構成となっている場合について故障検出が可能であるが、複数のIGBT素子が主回路で並列構成となっている場合については、フィードバック信号を受けるゲート駆動回路も複数必要となり、結果的に電力変換装置が大型化してしまう問題があった。
特開平11−356035
本発明は上記の問題点を改善し、1つのゲート駆動回路によって駆動する半導体スイッチング素子を並列接続した素子のうち少なくとも1つの素子に故障が発生した時においても、素子の故障を検出し適切な保護動作を行うことによって、並列素子間の電流バランスが崩れて故障素子あるいは他の健全な素子に過大な電流が流れて、なだれ的に故障が発生し、被害が拡大するのを防止したチョッパ回路の故障検出装置を提供するものである。
本発明の請求項1記載のチョッパ回路の故障検出装置は、電力変換装置の主回路に接続され、複数の半導体スイッチング素子を並列接続して構成されたチョッパ回路において、前記半導体スイッチング素子のオン・オフを制御するゲート信号を発生する1個のゲート制御手段と、このゲート制御手段から、前記ゲート信号を並列接続した全ての前記半導体スイッチング素子に同時に与えるゲート駆動手段と、並列接続した全ての前記半導体スイッチング素子のオン・オフ状態を、ゲート−エミッタ間電圧の大きさと基準電圧を比較し、前記ゲート−エミッタ間電圧の大きさが基準電圧より大きいときにオン状態と判別し、それ以外の時はオフ状態と判別する比較手段と、ゲートオン信号が並列接続した前記半導体スイッチング素子全てに与えられた時、前記複数の素子が全てオン状態の時は前記比較手段よりフィードバック信号が出力されることで正常と判別し、前記複数の素子のうち少なくとも1つがオン状態でない時にはフィードバック信号が出力されないことで故障と判別する第1の故障判別手段を備え、更に主回路に複数の並列接続した半導体スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間電圧を検出する電圧検出手段を設け、ゲートオフ信号が並列接続した前記半導体スイッチング素子全てに与えられた時、前記複数の素子が全てオフ状態の時は前記電圧検出回路に電位差が発生することで正常と判別し、前記複数の素子のうち少なくとも1つがオフ状態でない時には前記電圧検出回路の電位差がゼロもしくはこれに近い値を示すことで故障と判別する第2の故障判別手段とを備えたことを特徴とするものである。
本発明の請求項記載のチョッパ回路の故障検出装置は、請求項1において、半導体スイッチング素子がIGBT素子またはGTO素子で形成されていることを特徴とするものである。
本発明に係る請求項1記載のチョッパ回路の故障検出装置によれば、直列リアクトルに蓄積された直流電流のエネルギーを保持するモードにおいて、並列構成の半導体スイッチング素子に1個のゲート制御手段から同時にオンゲート信号を与えた場合、1つのゲート駆動回路で駆動する並列素子のうち少なくとも1つの素子に故障が発生した時に、第1の故障判別手段で、そのフィードバック信号を比較して素子の故障を検出し、適切な保護動作を行うことによって、並列素子間の電流バランスが崩れて故障素子あるいは他の健全な素子に過大な電流が流れてなだれ的に故障が発生し、被害が拡大するのを防止できる。
更に、直列リアクトルに蓄積された直流電流のエネルギーを負荷に出力するモードにおいて、並列構成の半導体スイッチング素子に1個のゲート制御手段からオフゲート信号を同時に与えた場合、1つのゲート駆動回路で駆動する並列素子のうち少なくとも1つの素子に故障が発生した時に、第2の故障判別手段で、該半導体スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間と並列に接続された電圧検出回路の電圧値を監視して素子の故障を検出し、適切な保護動作を行うことによって、故障素子に過大な電流が流れて開放故障あるいは破損し、被害が拡大するのを防止できる。
また請求項記載のチョッパ回路の故障検出装置によれば、半導体スイッチング素子がIGBT素子またはGTO素子で形成されているので、信頼性を向上させることができる。
以下本発明の実施の一形態を図1を参照して詳細に説明する。図1は半導体スイッチング素子にIGBT素子を用い、直流電圧源に直列リアクトルを接続したチョッパ構成である。
図1において、1は直流電源、2は直列リアクトル、3はチョッパ回路、4はチョッパ回路3の直流出力端子間に接続された直流コンデンサ、5はチョッパ回路3の直流出力端子間に接続された直流負荷、8は直列リアクトル2と直流負荷5との間に接続されたダイオード、11〜14は直列リアクトル2に直流電流のエネルギーを蓄積するモードでは閉路スイッチとして動作し、その直列リアクトル2に蓄積された直流電流のエネルギーを出力するモードではチョッパとして動作する並列接続した半導体スイッチング素子のIGBT素子で、この素子11〜14と前記ダイオード8でチョッパ回路3が構成されている。
前記IGBT素子11〜14のコレクタ−エミッタ間と並列に電圧検出回路15が接続され、更にここに第2の故障判別部18が接続されている。またIGBT素子11〜14にゲート信号を与える1個のゲート制御手段となるゲート制御部20と、ゲート駆動手段となるゲート駆動回路30が設けられている。
前記ゲート制御部20は、ゲート信号生成回路25と、これに接続された発光器21と、前記ゲート信号生成回路25からのゲート信号とゲート駆動回路30からの信号を受ける受光器22との間に第1の故障判別部26が設けられている。
また前記ゲート制御部20の発光器21と、ゲート駆動回路30の受光器31との間、およびゲート駆動回路30の発光器32とゲート制御部20の受光器22との間には、信号伝達の電気的な絶縁のため光伝送ケーブル23、24で接続されている。
また前記ゲート駆動回路30は、受光器31にゲートパルス増幅回路33が接続され、これはゲート抵抗34〜37を介して、ゲート駆動信号出力端子GおよびEに接続されている。ここから出力されたゲート駆動信号は電気ケーブル51〜54を介してチョッパ回路3のIGBT素子11〜14のゲート端子Gおよびエミッタ端子Eに接続されている。
またゲート駆動回路30には比較回路45が設けられ、この比較回路45にはしきい値電圧設定値42と、ゲート信号出力端子G−Eとの間に比較器38〜41が接続されている。この比較器38〜41は、ゲート信号出力端子G−E間電圧と、しきい値電圧とを比較してG−E間電圧が高い場合は“1”を出力し、低い場合は“0”を出力するようになっている。更にこの比較器38〜41は、ANDゲート43を介して前記発光器32に接続されている。
次に上記構成のチョッパ回路の故障検出装置の動作について説明する。図1におけるループ16は、直列リアクトル2に蓄積された直流電流のエネルギーを保持するモードにおける電流経路を示しており、並列構成のIGBT素子11〜14がオン状態である時には並列素子間で電流が均等にバランスされているものとする。
ゲート制御部20では、ゲート信号生成回路25でオンゲート信号が生成され、これが発光器21で光信号に変換されて発光し、光伝送ケーブル23を介してゲート駆動回路30の受光器31で再び電気信号に変換される。この信号はゲートパルス増幅回路33により増幅され、ゲート信号出力端子G−Eからチョッパ回路3の各IGBT素子11〜14へ同時にオンゲート電圧が印加される。
この時、ゲート駆動回路30のゲート信号出力端子G−E間には、IGBT素子11〜14をオンするために必要なしきい値電圧以上のオンゲート電圧が加えられているが、比較器38〜41でG−E間電圧としきい値電圧設定値42からのしきい値電圧とを比較してG−E間電圧が高い場合は、各比較器38〜41はそれぞれ“1”を出力し、これらはANDゲート43に送られ、ANDゲート43からは出力は“1”が出力されて、発光器32を発光させる。この光信号は、光伝送ケーブル24を介してゲート制御部20の受光器22に送られて、ここで電気信号に変換され、フィードバック信号として受信する。
その結果、ゲート制御部20の第1の故障判別部26では、オンゲート指令信号を与えた結果として各IGBT素子11〜14がオン状態であるフィードバック信号を受信することになり、この状態を正常と判別する。
通常IGBT素子11〜14のゲート−エミッタ間は正常状態の場合、高インピーダンス状態を維持しているが、短絡故障等の故障が発生した状態で、並列素子の各IGBT素子11〜14へ同時にオンゲート指令を与えた場合、ゲート−エミッタ間は短絡あるいは数オーム程度までインピーダンスが低下し、ゲート抵抗34〜37による電圧降下が大きくなり、正常のオンゲート電圧を印加することができなくなる。
このような故障状態がIGBT素子11〜14のうち少なくとも1つで発生した場合は、ゲート駆動信号出力端子G−E間電圧がしきい値電圧設定値42に比べて低くなるため、該比較器38〜41の少なくとも1つは“0”を出力し、ANDゲート43からは“0”が出力される。
その結果、ゲート制御部20の第1の故障判別部26では、オンゲート信号を与えたにも関わらずIGBT素子11〜14の何れか少なくとも1つがオン状態でない出力信号“0”を受信し、IGBT素子11〜14の何れか少なくとも1つが故障と判別することができる。このように故障と判別された場合、全てのIGBT素子11〜14にオフ信号を出して、チョッパ回路を停止させ、直列リアクトル2に蓄積されたエネルギーを抵抗で消費させるなどの適切な保護動作を行う。
このように、直列リアクトル2に蓄積された直流電流のエネルギーを保持するモードにおいて、並列構成のIGBT素子11〜14にオンゲート信号を与えた場合、1つのゲート駆動回路で駆動する並列素子のうち少なくとも1つの素子に故障が発生した時に、そのフィードバック信号を比較して素子の故障を検出し、適切な保護動作を行うことによって、並列素子間の電流バランスが崩れて故障素子あるいは他の健全な素子に過大な電流が流れて、なだれ的に故障が発生し被害が拡大することを防止できる。
また図1におけるループ17は、直列リアクトル2に蓄積された直流電流のエネルギーを負荷に出力するモードにおける電流経路を示しており、並列構成のIGBT素子11〜14はオンとオフを繰り返すチョッパとして動作するものである。
ゲート制御部20のゲート信号生成回路25でオンゲート信号またはオフゲート信号が生成され、これが発光器21で光信号に変換されて発光し、光伝送ケーブル23を介してゲート駆動回路30の受光器31で再び電気信号に変換される。この信号はゲートパルス増幅回路33により増幅され、ゲート信号出力端子G−Eからチョッパ回路3の各IGBT素子11〜14へ同時にオンゲート電圧またはオフゲート電圧が印加される。
IGBT素子11〜14はオン状態とオフ状態を繰り返すが、IGBT素子11〜14にオフゲート信号を与えた場合に、このコレクタ−エミッタ間と並列に接続した電圧検出回路15で、ゲート制御部20よりオフゲート指令を与えたにも関わらず該電圧検出回路15の電圧値がゼロあるいはこれに近い値を示すならば、該IGBT素子のうち少なくとも1つの素子が短絡故障を発生している状態であり、これを第2の故障判別部18でオフ状態にならない故障と判別して、適切な保護動作を行う。
このように、直列リアクトル2に蓄積された直流電流のエネルギーを負荷に出力するモードにおいて、並列構成のIGBT素子11〜14にオフゲート信号を与えた場合、1つのゲート駆動回路で駆動する並列素子のうち少なくとも1つの素子に故障が発生した時に、該IGBT素子11〜14のコレクタ−エミッタ間と並列に接続された電圧検出回路15の電圧値を監視して、素子の故障を検出し、適切な保護動作を行うことによって、故障素子に過大な電流が流れて開放故障あるいは破損に至る恐れを防止して、被害の拡大を防止することができる。
本発明の実施の一形態による電力変換装置のチョッパ回路の故障検出装置を示す回路図である。
1 直流電源
2 直列リアクトル
3 チョッパ回路
4 直流コンデンサ
5 直流負荷
8 ダイオード
11〜14 IGBT素子
15 電圧検出回路
16 電流経路を示すループ
17 電流経路を示すループ
18 第2の故障判別部
20 ゲート制御部
21 発光器
22 受光器
23 光伝送ケーブル
24 光伝送ケーブル
25 ゲート信号生成回路
26 第1の故障判別部
30 ゲート駆動回路
31 受光器
32 発光器
33 ゲートパルス増幅回路
34〜37 ゲート抵抗
38〜41 比較器
42 しきい値電圧設定値
43 ANDゲート
45 比較回路
51〜54 電気ケーブル

Claims (2)

  1. 電力変換装置の主回路に接続され、複数の半導体スイッチング素子を並列接続して構成されたチョッパ回路において、前記半導体スイッチング素子のオン・オフを制御するゲート信号を発生する1個のゲート制御手段と、このゲート制御手段から、前記ゲート信号を並列接続した全ての前記半導体スイッチング素子に同時に与えるゲート駆動手段と、並列接続した全ての前記半導体スイッチング素子のオン・オフ状態を、ゲート−エミッタ間電圧の大きさと基準電圧を比較し、前記ゲート−エミッタ間電圧の大きさが基準電圧より大きいときにオン状態と判別し、それ以外の時はオフ状態と判別する比較手段と、ゲートオン信号が並列接続した前記半導体スイッチング素子全てに与えられた時、前記複数の素子が全てオン状態の時は前記比較手段よりフィードバック信号が出力されることで正常と判別し、前記複数の素子のうち少なくとも1つがオン状態でない時にはフィードバック信号が出力されないことで故障と判別する第1の故障判別手段を備え、更に主回路に複数の並列接続した半導体スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間電圧を検出する電圧検出手段を設け、ゲートオフ信号が並列接続した前記半導体スイッチング素子全てに与えられた時、前記複数の素子が全てオフ状態の時は前記電圧検出回路に電位差が発生することで正常と判別し、前記複数の素子のうち少なくとも1つがオフ状態でない時には前記電圧検出回路の電位差がゼロもしくはこれに近い値を示すことで故障と判別する第2の故障判別手段とを備えたことを特徴とするチョッパ回路の故障検出装置。
  2. 半導体スイッチング素子がIGBT素子またはGTO素子で形成されていることを特徴とする請求項記載のチョッパ回路の故障検出装置。
JP2007168745A 2007-06-27 2007-06-27 チョッパ回路の故障検出装置 Active JP5268294B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007168745A JP5268294B2 (ja) 2007-06-27 2007-06-27 チョッパ回路の故障検出装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007168745A JP5268294B2 (ja) 2007-06-27 2007-06-27 チョッパ回路の故障検出装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009011043A JP2009011043A (ja) 2009-01-15
JP5268294B2 true JP5268294B2 (ja) 2013-08-21

Family

ID=40325557

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007168745A Active JP5268294B2 (ja) 2007-06-27 2007-06-27 チョッパ回路の故障検出装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5268294B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10840903B2 (en) 2018-09-14 2020-11-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor module

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5637037B2 (ja) * 2011-03-28 2014-12-10 船井電機株式会社 点灯制御回路、及び、表示装置
CN107181396B (zh) * 2017-05-05 2019-06-18 北京精密机电控制设备研究所 一种并联mos管均流及短路保护电路

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH104673A (ja) * 1996-06-13 1998-01-06 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10840903B2 (en) 2018-09-14 2020-11-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor module

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009011043A (ja) 2009-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11075623B2 (en) Method for controlling a direct current switch, direct current switch, and DC voltage system
US7583109B2 (en) Apparatus and methods for monitoring parallel-connected power switching devices responsive to drive circuit parameters
KR101521105B1 (ko) 모듈 다중 레벨 컨버터의 서브 모듈 고장 검출 방법
KR102091693B1 (ko) 고체 펄스 변조기의 보호회로, 발진 보상회로 및 전원 공급회로
US8848322B2 (en) Gate control circuit, power module and associated method
JP2007259533A (ja) 半導体素子の保護回路
KR200409218Y1 (ko) 인버터
US9103888B2 (en) Protection circuit and gate driving circuit for semiconductor switching device
CN105743475B (zh) 负载驱动电路
JP2007202238A (ja) 絶縁ゲート形パワー半導体素子の故障検出装置
JP2014073036A (ja) 電源装置および電源装置の異常判定方法
CN112886541B (zh) 一种变换器及igbt门极驱动的保护电路和方法
JP5268294B2 (ja) チョッパ回路の故障検出装置
US10931191B2 (en) Half bridge circuit driver chip with protection circuit and protection method thereof
KR101314307B1 (ko) 직렬 접속된 디바이스들을 위한 션트 보호 모듈 및 방법
KR20160122921A (ko) 인버터의 구동을 위한 게이트 드라이버
JP2019515631A5 (ja) 故障電流リミッタ及び故障電流リミッタの方法
US20100219759A1 (en) Short-circuit detection method and related circuit
JP2019121445A (ja) ショート判定装置、及び、光照射装置
JP2008154372A (ja) パワーデバイス短絡検出回路
JP6622405B2 (ja) インバータ駆動装置
KR102112105B1 (ko) 전력변환장치 및 이의 과전류 보호방법
JP2006042563A (ja) 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
CN220207801U (zh) 一种旁路接触器故障检测装置
KR101364993B1 (ko) 직류 모터의 안전제어 회로

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100419

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120905

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120910

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121105

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130507

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130507

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 5268294

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250