JP6927239B2 - Gate drive and compound gate drive - Google Patents
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Description
本発明は、ゲート駆動装置および複合ゲート駆動装置に関する。 The present invention relates to a gate drive device and a composite gate drive device.
近年、PHV(Plug-in Hybrid Vehicle :プラグインハイブリッド自動車)やEV(Electric Vehicle :電気自動車)の普及により、車両駆動のための電気系統において大電流化ニーズが高まっている。この場合、モータなどの負荷への通電経路には、大電流に対応するように半導体パワー素子として絶縁ゲート型半導体素子を複数個並列で使用する形態が採用されている。 In recent years, with the spread of PHVs (Plug-in Hybrid Vehicles) and EVs (Electric Vehicles), there is an increasing need for larger currents in electric systems for driving vehicles. In this case, a form in which a plurality of insulated gate type semiconductor elements are used in parallel as semiconductor power elements is adopted for the energization path to a load such as a motor so as to correspond to a large current.
ところで、並列接続した複数個の絶縁ゲート型半導体素子を駆動制御するゲート駆動装置としての駆動ICは、従来では2から3個の半導体素子を並列駆動するものが一般的である。これは、4個以上の半導体素子の並列使用形態がレアケースであるため、専用の駆動ICを製造することがコスト的に見合わないものであったからである。 By the way, as a drive IC as a gate drive device for driving and controlling a plurality of insulated gate type semiconductor elements connected in parallel, conventionally, it is common to drive two to three semiconductor elements in parallel. This is because it is a rare case that four or more semiconductor elements are used in parallel, and it is not worth the cost to manufacture a dedicated drive IC.
このため、1個の駆動ICで対応できる個数を超える半導体素子を並列駆動する場合には、複数の駆動ICを用いる構成を採用することとなる。ところが、一つの駆動ICが受け持つ半導体素子については、異常発生時にオフさせるなどの対応が可能であるが、残りの半導体素子については放置されるため、異常検出の保護動作ができなかったり、精度低下や保護動作遅延が大きくなるという課題があった。 Therefore, when the number of semiconductor elements that can be supported by one drive IC is driven in parallel, a configuration using a plurality of drive ICs is adopted. However, the semiconductor element that one drive IC is in charge of can be turned off when an abnormality occurs, but the remaining semiconductor elements are left unattended, so the protection operation for abnormality detection cannot be performed or the accuracy is reduced. There was a problem that the protection operation delay became large.
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、ゲート駆動装置を複数個用いる構成とする場合に、絶縁ゲート型半導体素子の保護を確実に実施できるようにしたゲート駆動装置および複合ゲート駆動装置を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object of the present invention is a gate drive device capable of reliably protecting an insulated gate type semiconductor element when a plurality of gate drive devices are used. And to provide a composite gate drive device.
請求項1に記載のゲート駆動装置は、並列接続された複数の絶縁ゲート型半導体素子(1〜6)の一部もしくは全部を駆動するゲート駆動装置であって、外部から与えられる制御信号に応じて前記複数の絶縁ゲート型半導体素子の一部もしくは全部のゲートを駆動するゲート駆動回路(20、20A、20B、20C、20x)と、前記絶縁ゲート型半導体素子および内部回路の少なくとも一方の異常状態を検出して異常検出信号を出力する異常検出回路(30、30A、30B、30C、30a)と、前記異常検出回路により前記異常検出信号が出力された場合に、通信路(CP、CP1、CP2、CP3)を介して他のゲート駆動装置に送信し、他のゲート駆動装置から前記通信路を介して送信される異常検出信号を受信し、いずれかの前記異常検出信号に応じて前記複数の絶縁ゲート型半導体素子の一部もしくは全部をオフ動作させる通信回路(40、40A、40B、40C)とを備え、前記通信路は、ダイオード(51、51A、51B)を逆方向に介した状態で前記複数の絶縁ゲート型半導体素子のゲートに接続される。
The gate driving device according to
上記構成を採用することにより、ゲート駆動回路は、外部から与えられる制御信号に応じて複数の絶縁ゲート型半導体素子の一部もしくは全部のゲートを駆動する。このとき、異常検出回路は、絶縁ゲート型半導体素子の異常状態もしくは内部回路で発生する異常状態を検出すると、異常検出信号を出力する。通信回路は、異常検出回路により異常検出信号が出力された場合、もしくは通信路を介して外部から異常検出信号を受信すると、複数の絶縁ゲート型半導体素子の一部もしくは全部をオフ動作させる。 By adopting the above configuration, the gate drive circuit drives a part or all of the gates of the plurality of insulated gate type semiconductor elements according to the control signal given from the outside. At this time, the abnormality detection circuit outputs an abnormality detection signal when it detects an abnormal state of the insulated gate type semiconductor element or an abnormal state generated in the internal circuit. When the abnormality detection signal is output by the abnormality detection circuit or the abnormality detection signal is received from the outside via the communication path, the communication circuit turns off a part or all of the plurality of insulated gate type semiconductor elements.
そして、上記のように構成しているゲート駆動装置を複数個用いてさらに多くの個数を並列接続した絶縁ゲート型半導体素子を駆動することができる。各ゲート駆動装置を用いて駆動可能な個数の絶縁ゲート型半導体素子を駆動するように構成し、これによってすべての絶縁ゲート型半導体素子を駆動することができる。 Then, it is possible to drive an insulated gate type semiconductor element in which a larger number of gate driving devices are connected in parallel by using a plurality of gate driving devices configured as described above. Each gate driving device is configured to drive a driveable number of insulated gate semiconductor elements, whereby all insulated gate semiconductor elements can be driven.
この構成において、いずれかの絶縁ゲート型半導体素子に過電流が流れる異常状態となったり、いずれかのゲート駆動装置の内部で異常状態が発生した場合には、自己が駆動制御している絶縁ゲート型半導体素子について、異常検出回路から出力される異常検出信号、あるいは通信路を介して他のゲート駆動装置から送信される異常検出信号に応じてオフ駆動することができるようになる。この結果、複数のゲート駆動装置により制御する場合でも、いずれかで異常が発生したときにはすべての絶縁ゲート型半導体素子をオフ駆動させることが可能となる。 In this configuration, if an abnormal state occurs in which an overcurrent flows through one of the insulated gate type semiconductor elements, or if an abnormal state occurs inside one of the gate drive devices, the insulated gate that is self-driven and controlled. The type semiconductor element can be off-driven in response to an abnormality detection signal output from the abnormality detection circuit or an abnormality detection signal transmitted from another gate drive device via a communication path. As a result, even when controlled by a plurality of gate driving devices, all the insulated gate type semiconductor elements can be off-driven when an abnormality occurs in any of them.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図4を参照して説明する。
図1に示しているように、この実施形態においてはゲート駆動装置10として、単独使用において駆動対象となる複数個の絶縁ゲート型半導体素子は、例えば2個のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)1、2を、コレクタ−エミッタ間を共通にして並列に接続した状態で使用可能に構成されたものである。また、各IGBT1、2のそれぞれには、センスエミッタが形成されており、ゲート端子G1、G2、電流検出端子A1、A2が設けられている。
(First Embodiment)
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
As shown in FIG. 1, in this embodiment, as the
ゲート駆動装置10は、外部と絶縁された状態の高圧領域に配置される。ゲート駆動装置10は、2個のIGBT1、2を駆動するように構成されたもので、内部にゲート駆動回路20、異常検出回路30および通信回路40を備える。ゲート駆動回路20は、2個のIGBT1、2を駆動するためのゲートオン回路21およびゲートオフ回路22を備える。ゲート駆動回路20は、入力端子S1を介して外部から制御信号Scが入力される。
The
ゲート駆動回路20は、IGBT1および2のそれぞれに対応して出力端子C1、C2を介して各ゲート端子G1、G2にゲート駆動信号を出力してオンオフの駆動制御を行う。また、ゲート駆動回路20は、異常検出信号が入力されると、IGBT1および2をオン駆動している場合にはオフ駆動してこの後オフ状態を保持する。また、ゲート駆動回路20は、異常検出信号が入力されたときに、IGBT1および2を駆動していない場合には、その後のオン駆動をしないでオフ状態を保持する。
The
異常検出回路30は、IGBT1、2の電流検出端子A1、A2から出力される信号に基づいて過電流異常を検出するとともに、ゲート駆動装置10内部回路における異常状態を検出して異常検出信号を出力する。異常検出回路30の入力端子D1、D2はそれぞれIGBT1、2の電流検出端子A1、A2に接続される。異常検出回路30は、IGBT1あるいは2の異常状態を検出したり、装置の内部回路の異常を検出すると、ゲート駆動回路20に異常検出信号を出力するとともに、出力端子P1を介して外部に異常検出信号Sxを出力する。
The
通信回路40は、出力回路41および受信回路42を備える。通信回路40は、通信端子T1を介して外部の通信路CPに接続され、この通信路CPに接続される他のゲート駆動回路の通信回路と通信を行う。この場合、通信回路40は、異常検出回路30が出力する異常検出信号を出力回路41から通信路CPに出力し、通信路CPから送信される異常検出信号を受信回路42により受信する。
The
なお、上記したゲート駆動装置10は、2個のIGBT1、2を駆動する場合には、単独で使用することができ、この場合には、通信回路40は使用することはない。ゲート駆動装置10を単独で使用する場合には、外部から制御信号Scが入力されることに応じて、ゲート駆動回路20によりIGBT1、2をオン駆動もしくはオフ駆動をする。また、異常検出回路30により異常検出信号が出力されると、IGBT1、2をオフ駆動もしくはオフ状態を保持する。
The
これに対して、複数個の半導体素子として、3個以上のIGBTを並列に接続した状態で使用する場合には、ゲート駆動装置10を複数個使用することで、駆動制御をすることができる。
On the other hand, when three or more IGBTs are connected in parallel as a plurality of semiconductor elements, drive control can be performed by using a plurality of
図2は、並列接続した複数個の絶縁ゲート型半導体素子として、4個のIGBT1〜4を並列に接続した状態の半導体素子部100を駆動する場合の構成を示している。この場合には、上記したゲート駆動装置10を2個使用した複合ゲート駆動装置200を構成している。2個のゲート駆動装置10A、10Bは同じ構成のものを並列に接続して使用している。
FIG. 2 shows a configuration in which a
図1で説明した各構成について、各ゲート駆動装置10A、10Bの構成では、それぞれ添字A、Bを付して示している。また、各ゲート駆動装置10A、10Bの各端子は、ゲート駆動装置10A、10Bの順に、入力端子S1、S2、異常検出出力端子P1、P2、出力端子C1〜C4、入力端子D1〜D4、通信端子T1、T2としている。また、これらのゲート駆動装置10A、10Bは、外部と絶縁された状態で高圧領域に配置され、且つ同じ絶縁領域に配置されたものである。
Each configuration described with reference to FIG. 1 is shown with subscripts A and B in the configurations of the
半導体素子部100の各IGBT1〜4は、コレクタが共通に接続され、ゲートはそれぞれゲート端子G1〜G4に接続されている。また、各IGBT1〜4のエミッタは共通に接続され、センスエミッタはそれぞれ電流検出抵抗1a〜4aを介してエミッタに共通に接続されている。各IGBT1〜4のセンスエミッタと電流検出抵抗1a〜4aとの共通接続点は、電流検出端子A1〜A4に接続されている。
Collectors are commonly connected to each of the
2つのゲート駆動装置10A、10Bの入力端子S1、S2は共通に接続され、制御信号Scが入力される。出力端子P1、P2は、それぞれのゲート駆動装置10A、10Bの異常検出信号Sxを外部に出力する。出力端子C1〜C4は、半導体素子部100のゲート端子G1〜G4にそれぞれ接続される。入力端子D1〜D4は半導体素子部100の電流検出端子A1〜A4にそれぞれ接続される。2つのゲート駆動装置10A、10Bの通信端子T1、T2は、通信路CPを介して接続されている。
The input terminals S1 and S2 of the two
上記構成によれば、複合ゲート駆動装置200は、外部からゲート駆動の制御信号Scが入力されると、次のように動作する。制御信号Scは、ゲート駆動装置10A、10Bの入力端子S1、S2に入力されると、ゲート駆動回路20A、20Bは、ゲートオン回路21AによりIGBT1、2を駆動し、ゲートオン回路21BによりIGBT3、4を駆動する。これにより、4個のIGBT1〜4がオン動作されるようになる。
According to the above configuration, the composite
各IGBT1〜4は、それぞれゲート駆動装置10A、10Bの異常検出回路30A、30Bによりエミッタ電流が検出されている。IGBT1〜4のオン駆動中に、IGBT1または2に過電流が流れると、センスエミッタに接続された抵抗1a、1bの電圧によってゲート駆動装置10Aの異常検出回路30Aが閾値以上の電流を検出すると、過電流が流れたことを判断して異常検出信号を出力する。
In each of the
ゲート駆動装置10Aにおいては、異常検出回路30Aから異常検出信号が出力されたことに応じて、ゲート駆動回路20Aのゲートオフ回路22AはIGBT1および2を共にオフ動作させ、通信回路40Aの出力回路41Aは異常検出信号を通信端子T1から通信路CPに出力する。
In the
これにより、ゲート駆動装置10Bにおいては、通信回路40Bの受信回路42Bが通信路CPから通信端子T2を介して異常検出信号を受信すると、異常検出回路30Bは、これに応じてゲート駆動回路20Bのゲートオフ回路22BによりIGBT3および4を共にオフ駆動させるようになる。
As a result, in the
この結果、ゲート駆動装置10Aによる駆動制御の対象となっているIGBT1、2のうちのいずれかに過電流が流れた場合において、IGBT1、2をオフさせるとともに、ゲート駆動装置10Bに通信路CPを介して異常検出信号を伝えることができる。これによって、ゲート駆動装置10BによってIGBT3、4もオフ動作させることができるようになる。
As a result, when an overcurrent flows through any of the
また、上記のようなゲート駆動装置10Aおよび10Bによる連携動作については、IGBT3または4に過電流が流れた場合においても、同様にしてゲート駆動装置10Bがこれを検出してIGBT3、4をオフ動作させると共に、通信路CPを介してゲート駆動装置10A側に異常検出信号を送信する。これによって、ゲート駆動装置10AによりIGBT1、2をオフ動作させることができる。
Further, regarding the cooperative operation by the
さらに、IGBT1〜4のいずれかに過電流が流れた場合だけでなく、ゲート駆動装置10Aあるいは10Bの内部回路において異常が発生した場合においても、異常検出回路30Aあるいは30Bがこれを検出すると、前述と同様にして、他方のゲート駆動回路10Bあるいは10A側に異常検出信号を送信することで、すべてのIGBT1〜4をオフ動作させることができる。
Further, when an abnormality occurs in the internal circuit of the
次に、上記のように構成したゲート駆動装置10(10A、10B)は、使い方としては、例えば図3に示すように、ゲート駆動回路20のゲートオン回路21によるゲートオン駆動の機能(第1機能)、ゲートオフ回路22によるゲートオフ駆動の機能(第2機能)、異常検出回路30による異常検出機能(第3機能)について、さまざまな条件で選択的に使用することもできる。
Next, the gate drive device 10 (10A, 10B) configured as described above can be used as a gate-on drive function (first function) by the gate-on
上記した実施形態では、ゲート駆動装置10の3つの機能(第1〜第3機能)を使う第1条件に対応している。第2条件から第4条件は、第3機能である異常検出機能を使うが、第2機能を使わないか、第1機能を使わないか、あるいは第1、第2機能を共に使わない条件としている。第5条件から第7条件は、第3機能を使用しないもので、第1、第2機能を共に使うか、第2機能を使わないか、第1機能を使わない条件としている。
In the above-described embodiment, the first condition of using the three functions (first to third functions) of the
上記した条件のうち、第1および第5条件はオンオフ駆動能力が大となり、第2および第6条件はオン駆動能力が大となり、第3および第7条件はオフ駆動能力が大となる。また、第4条件は並列駆動するゲート駆動装置間の駆動ばらつきを無くすことができる。また、第1条件から第4条件は、異常検出を全半導体素子に対して実施できるので、精度良く制御することができ、第5条件から第7条件は、異常検出の回路を簡略化することができる。 Of the above conditions, the first and fifth conditions have a large on-off drive capability, the second and sixth conditions have a large on-drive capability, and the third and seventh conditions have a large off-drive capability. Further, the fourth condition can eliminate the drive variation between the gate drive devices that are driven in parallel. Further, since the first condition to the fourth condition can perform abnormality detection for all semiconductor elements, accurate control can be performed, and the fifth to seventh conditions simplify the abnormality detection circuit. Can be done.
また、上記した実施形態では、絶縁ゲート型半導体素子として、IGBT1〜4を用いるものとしているが、この場合において、絶縁ゲート型半導体素子としては、MOSFETを用いることもできるし、素子を形成する材料として、Si素子(シリコン素子)以外にSiC素子(炭化シリコン素子)を用いることができる。
Further, in the above-described embodiment, the
例えば、SiC素子は、現状では高価であるが小電流領域で使用する場合には損失が小さくなるメリットがあるので、Si素子との組合せで使用することも有効な使用形態となる。図4は、2個以上の絶縁ゲート型半導体素子を並列接続して使用する形態において、Si素子とSiC素子の組合せについて示している。 For example, although the SiC element is currently expensive, it has a merit that the loss becomes small when it is used in a small current region, so that it is also an effective usage mode to use it in combination with the Si element. FIG. 4 shows a combination of a Si element and a SiC element in a form in which two or more insulated gate type semiconductor elements are connected in parallel and used.
図4において、条件1および2は、Si素子だけあるいはSiC素子だけを2個以上で使用する場合を示している。条件3から6は、SiC素子を1個使用し、Si素子を1個、2個、3個、4個以上使用することで、合計2個、3個、4個、5個以上の素子を並列駆動する条件を示している。条件7から10は、SiC素子を2個使用し、Si素子を1個、2個、3個、4個以上使用することで、合計3個、4個、5個、6個以上の素子を並列駆動する条件を示している。
In FIG. 4,
上記の構成においては、絶縁ゲート型半導体素子として、MOSFETを用いる場合、IGBTを用いる場合、混合で用いる場合などの組合せ条件が可能であり、2個以上の絶縁ゲート型半導体素子を並列接続する様々な使用形態に適用することができるものである。 In the above configuration, combination conditions such as when MOSFET is used, IGBT is used, and mixed is used as the insulated gate type semiconductor element are possible, and two or more insulated gate type semiconductor elements are connected in parallel. It can be applied to various usage patterns.
このような第1実施形態では、ゲート駆動装置10には、通信回路40を設け、異常検出回路30が異常を検出すると出力回路41から通信路CPに異常検出信号を出力し、通信路CPを介して受信回路42により異常検出信号を受け付けるようにした。そして、2個のゲート駆動装置10A、10Bを用いて、並列接続した4個のIGBT1〜4のうちのそれぞれ2個ずつを分担して駆動制御する構成とした。
In such a first embodiment, the
これにより、いずれかのIGBT1〜4に過電流が流れた場合、あるいは異常が発生した場合でも、ゲート駆動装置10A、10Bは、通信回路40A、40Bによりその状態を受信できるので、すべてのIGBT1〜4をオフさせることができる。
As a result, even if an overcurrent flows through any of the
また、2個のゲート駆動装置10A、10Bが外部と絶縁された高圧領域に配置される構成であっても、両者の間に通信路CPを接続して通信を行うので、同じ絶縁領域を介して通信をすることが可能である。これによって、絶縁通信手段などを追加することなく、ゲート駆動装置10A、10B間で通信することが可能となり、コストアップを抑えた構成で高速に通信をすることができる。
Further, even if the two
なお、上記実施形態では、ゲート駆動装置10は、2個のIGBT1、2(3、4)を駆動制御する構成のものを示したが、3個の絶縁ゲートゲート型半導体素子を駆動制御する構成とすることもできる。この場合には、4個以上の絶縁ゲートゲート型半導体素子を並列接続する構成の場合に、2個以上のゲート駆動装置を用いることで、上記したのと同様の効果を得ることができる。
In the above embodiment, the
(第2実施形態)
図5および図6は第2実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、複合ゲート駆動装置201は、2個のゲート駆動装置10Aおよび10Bの通信端子T1、T2間を接続している通信路CPを直流電源DCにプルアップした状態として使用する構成である。
(Second Embodiment)
5 and 6 show the second embodiment, and the parts different from the first embodiment will be described below. In this embodiment, the composite
図5に示すように、通信路CPは抵抗要素としてのプルアップ抵抗50を介して固定電位としての直流電源DCに接続されている。また、ゲート駆動装置10A、10Bの通信回路40A、40Bにおいては、出力回路41A、41Bと受信回路42A、42Bが次のように構成される。以下、通信回路40A、40Bは同じ回路構成であるので、通信回路40Aを代表して説明する。
As shown in FIG. 5, the communication path CP is connected to the DC power supply DC as a fixed potential via a pull-up
通信回路40Aの出力回路41Aは、スイッチング素子としてNチャンネル型のMOSFET43および駆動回路44を主体として構成されている。MOSFET43のドレインは通信端子T1に接続され、ソースはグランド側に接続されている。MOSFET43のゲートは駆動回路44から駆動信号が与えられる。
The
MSOFET43は、オフ状態においては、ドレインがオープン状態となり、この状態では、通信端子T1は、直流電源DCにプルアップされたハイレベルの状態となる。出力回路41Aは、異常が発生していない状態では、MOSFET43がオフ状態である。そして、異常検出回路30Aから異常検出信号が出力されると、これに応じて駆動回路44がMOSFET43のゲートに駆動信号を出力してオンさせる。これにより、MOSFET43のドレインはローレベルとなり、通信端子T1を介して通信路CPをローレベルにする。
In the OFF state of the
通信回路40Aの受信回路42Aは、コンパレータ45を主体として構成されている。コンパレータ45の反転入力端子は通信端子T1に接続され、非反転入力端子は判定閾値電圧が与えられる。コンパレータ45は、通信端子T1がローレベルになると、ハイレベルの異常検出信号を出力する。
The receiving
上記構成の作用について、図6も参照して説明する。なお、この説明では、通信回路40Aおよび40Bの動作を主体として説明する。第1実施形態と同様にして、ゲート駆動装置10Aおよび10Bにより4つのIGBT1〜4を駆動している状態で、異常が検出されていない状態では、出力回路41AはMOSFET43がオフ状態となっており、MOSFET43のドレインはオープン状態である。
The operation of the above configuration will be described with reference to FIG. In this description, the operations of the
これにより、図6の1段目に示すように、通信路CPは直流電源DCにプルアップされたハイレベル(High)の状態となり、これは異常が発生していない正常状態に相当する。また、この正常状態では、受信回路42Aは、通信端子T1がハイレベルであることから、コンパレータ45はローレベルの出力状態つまり異常を検出していない状態となっている。
As a result, as shown in the first stage of FIG. 6, the communication path CP is in a high level state pulled up by the DC power supply DC, which corresponds to a normal state in which no abnormality has occurred. Further, in this normal state, since the communication terminal T1 of the receiving
この状態において、例えばIGBT1または2に過電流が流れた場合あるいはゲート駆動装置10Aの内部回路で異常が発生した場合には、異常検出回路30Aがこれを検出して異常検出信号を出力する。これに応じてゲートオフ回路22Aは、IGBT1および2を共にオフ動作させる。
In this state, for example, when an overcurrent flows through the
また、異常検出信号が出力されたことで、図6の2段目に示すように、通信回路40Aの出力回路41Aにおいては、MOSFET43をオンさせて通信端子T1をローレベルに反転させる。この状態では、通信路CPはローレベルになり、異常検出信号が送信された状態となる。
Further, since the abnormality detection signal is output, as shown in the second stage of FIG. 6, in the
一方、ゲート駆動装置10Bにおいては、通信路CPを介して通信端子T2がローレベルになることから、図6の3段目に示すように、受信回路42Bの入力レベルがLowとなってコンパレータ45はハイレベルの異常検出信号を出力するようになる。この結果、前述同様に、ゲートオフ回路22BはIGBT3および4をオフ動作させる。
On the other hand, in the
以上の動作は、IGBT3または4に過電流が流れた場合あるいはゲート駆動装置10Bの内部回路で異常が発生した場合においても、ゲート駆動回路10Aと10Bが入れ替わることを除いて、通信路CPを通じて異常検出信号が授受されるので、同様の動作を実行してすべてのIGBT1〜4がオフ動作される。
The above operation is abnormal through the communication path CP, except that the
したがって、このような第2実施形態によっても、第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、通信路CPをプルアップさせた状態とし、出力回路41A、41BをNチャンネル型のMSOFET43を用いているので、異常検出時にMOSFET43をオンさせることで通信路CPに異常検出信号としてローレベルに設定することができる。
Therefore, even with such a second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, since the communication path CP is pulled up and the
(第3実施形態)
図7は第3実施形態を示すもので、この実施形態においては、3個のIGBT1〜3を並列に接続した状態の半導体素子部101を駆動する場合の構成を示している。前述した2個のゲート駆動装置10Aおよび10Bを使用した複合ゲート駆動装置202を構成している。
(Third Embodiment)
FIG. 7 shows a third embodiment, and in this embodiment, the configuration in the case of driving the
2個のゲート駆動装置10A、10Bは、ゲート駆動回路20A、20Bにより3個のIGBT1〜3に対して共通にオン駆動およびオフ駆動をするように配線している。ここでは、2つのゲートオン回路21A、21Bの出力端子は、いずれも端子Ca、Ccから接続回路60を介して3個のIGBT1〜3のゲートG1〜G3に接続される。同様に、2つのゲートオフ回路22A、22Bの出力端子は、いずれも端子Cb、Cdから接続回路60を介して3個のIGBT1〜3のゲートG1〜G3に接続される。
The two
なお、この実施形態においては、ゲート駆動装置10Aにおいて、2個の絶縁ゲート型半導体素子のそれぞれに対応して設けられた出力端子C1、C2は、ゲートオン回路21Aのオン出力を統合した出力端子Caとし、且つ、ゲートオフ回路22Aのオフ出力を統合した出力端子Cbとしている。同様に、ゲート駆動装置10Bにおいて、2個の絶縁ゲート型半導体素子のそれぞれに対応して設けられた出力端子C3、C4は、ゲートオン回路21Bのオン出力を統合した出力端子Ccとし、且つ、ゲートオフ回路22Bのオフ出力を統合した出力端子Cdとしている。
In this embodiment, in the
接続回路60は、出力端子Caからゲート抵抗6a〜6cをそれぞれに介してIGBT1〜3のゲートG1〜G3に接続され、出力端子Cbからゲート抵抗7a〜7cをそれぞれに介してIGBT1〜3のゲートG1〜G3に接続されている。また、接続回路60は、出力端子Ccからゲート抵抗8a〜8cをそれぞれに介してIGBT1〜3のゲートG1〜G3に接続され、出力端子Cdからゲート抵抗9a〜9cをそれぞれに介してIGBT1〜3のゲートG1〜G3に接続されている。
The
なお、接続回路60に用いるゲート抵抗6a〜6c、8a〜8cは、3個のIGBT1〜3がすべてオン動作した際に、所定のゲート抵抗となるように抵抗値が調整された状態で設けられている。
The
また、半導体素子部101の電流検出端子A1、A2は、ゲート駆動装置10Aの入力端子D1、D2にそれぞれ接続され、電流検出端子A3は、ゲート駆動装置10Bの入力端子D3に接続される。なお、ゲート駆動装置10Bの入力端子D4は未使用となる。
Further, the current detection terminals A1 and A2 of the
上記構成によれば、2個のゲート駆動装置10A、10Bを並列で使用する場合において、個別にIGBT1〜3を駆動する場合に比べて、それぞれの特性のばらつきなどがある場合でも、すべてのIGBT1〜3がオンした際に所定のゲート抵抗となるように設定されているので、電流アンバランスが発生しにくく、また、IGBT1〜3のオンタイミングがずれることを解消することができる。これにより、3個のIGBT1〜3に流れる電流のバランスが良好となる。
According to the above configuration, when two
なお、上記構成においては、オフ動作についても、2個のゲート駆動装置10A、10Bのゲートオフ回路22A、22Bにより共通に接続することで、同時にオフ動作を行わせるようにしているが、オフ動作については、IGBT1〜3を個別にオフ動作させるように構成することもできる。
In the above configuration, the off operation is also performed by connecting the gate off
このような第3実施形態によれば、複数のゲート駆動装置10A、10Bにより、すべてのIGBT1〜3を同時に駆動するように接続回路60を介して接続する構成としたので、安定した並列駆動をすることができる。また、異常発生時には前述と同様にして、通信路CPを通じて異常検出信号を授受することができるので、すべてのIGBT1〜3をオフ動作させることができる。
According to the third embodiment, the plurality of
(第4実施形態)
図8は第4実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、異常時にゲートオフ駆動をする機能を通信回路40の出力回路41を兼用する構成としている。
(Fourth Embodiment)
FIG. 8 shows the fourth embodiment, and the parts different from the first embodiment will be described below. In this embodiment, the function of driving the gate off in the event of an abnormality is configured to also serve as the
すなわち、図8において、複合ゲート駆動装置203は、2個のゲート駆動装置10A、10Bにより半導体素子部100を構成する4個のIGBT1〜4を駆動制御する。この場合、各ゲート駆動装置10A、10Bは、それぞれ出力端子C1〜C4からゲート抵抗71〜74をそれぞれ介してIGBT1〜4のゲートG1〜G4に接続される。
That is, in FIG. 8, the composite
出力端子C1〜C4とゲート抵抗71〜74との各接続点は、オフ回路51および抵抗52を直列に介して通信路CPに共通に接続されている。オフ回路51は、各出力端子C1〜C4側から順方向に接続されるダイオードDと抵抗Rとの直列回路を抵抗R側において共通に接続した回路で、通信路CP側からゲートG1〜G4への導通を阻止するダイオード機能を備えるものである。
Each connection point between the output terminals C1 to C4 and the
ゲート駆動装置10A、10Bにおいては、新たにゲート電圧検出回路80A、80Bをそれぞれ設けるとともに、通信回路40A、40Bに、判定部46を備えた構成としている。ゲート電圧検出回路80Aは、出力端子C1、C2により2個のIGBT1、2のゲート電圧をモニタしており、検出電圧を通信回路40Aの判定部46に出力する。同様に、ゲート電圧検出回路80Bは、出力端子C3、C4により2個のIGBT3、4のゲート電圧をモニタしており、検出電圧を通信回路40Bの判定部46に出力する。
The
通信回路40A、40Bの各判定部46は、それぞれ異常検出回路30A、30Bから異常検出信号が入力されるとともに、受信回路42A、42Bから通信路CPを介して入力される異常検出信号が入力される。また、この実施形態では、判定部46は、ゲート電圧検出回路80A、80Bからゲート電圧の検出信号が入力される。判定部46は、上記した異常検出信号やゲート電圧の異常が発生した場合には、出力回路41A、41Bにオフ駆動信号を出力してMOSFET43をオンさせる。
Each
次に、上記構成の作用について説明する。前述同様にして、入力端子S1、S2から制御信号Scが入力されると、ゲート駆動回路20Aおよび20Bにおいては、出力端子C1〜C4からIGBT1〜4のゲートG1〜G4にハイレベルの駆動信号を出力する。これにより、IGBT1〜4はオン動作されるとともに、オフ回路51を介して通信路CPがハイレベルの状態に保持されるようになる。
Next, the operation of the above configuration will be described. In the same manner as described above, when the control signal Sc is input from the input terminals S1 and S2, in the
また、この状態で、IGBT1〜4の動作およびゲート駆動装置10A、10Bに異常が発生していない場合には、通信回路40A、40Bは、出力回路41A、41BのMOSFET43をオフ状態に保持しているので、通信路CPはハイレベルの状態が保持される。
Further, in this state, when the operations of the
そして、この状態において、異常検出回路30Aあるいは30Bにおいて異常検出信号が出力された場合には、通信回路40Aあるいは40Bの判定部46において、出力回路41Aあるいは41Bに異常検出信号を出力する信号を出力する。出力回路41Aあるいは41Bにおいては、駆動回路44に与えられる信号に基いて、MOSFET43をオン動作させる。
Then, in this state, when the abnormality detection signal is output by the
これにより、MOSFET43のドレインがグランドレベルすなわちローレベルに変化するので、オフ回路51を通じてIGBT1〜4のゲートG1〜G4がすべてローレベルの電位となり、IGBT1〜4はオフ動作される。この結果、ゲート駆動回路20Aおよび20Bから出力端子C1〜C4を介して出力していたオン駆動の信号は無効化される。
As a result, the drain of the
なお、判定部46は、異常検出回路30Aあるいは30Bにおいて異常検出信号が出力された場合には、ゲート駆動回路20Aあるいは20Bにも異常が発生したことを示す信号を出力しており、ゲートオン回路21Aおよび21Bは出力端子C1〜C4から出力していたハイレベルの駆動信号を停止し、ゲートオフ回路22A、22Bによりオフ駆動の信号を出力するようになる。
When the abnormality detection signal is output in the
このような第4実施形態によれば、IGBT1〜4のゲートG1〜G4を、オフ回路51を介して通信路CPに接続する構成としたので、異常検出回路30Aあるいは30Bにおいて異常検出信号が出力された場合には、出力回路41A、41Bにより通信路CPをローレベルに反転させることでオフ回路51を介してすべてのIGBT1〜4を迅速にオフ動作させることができる。
According to the fourth embodiment, since the gates G1 to G4 of the
(第5実施形態)
図9は第5実施形態を示すもので、以下、第4実施形態と異なる部分について説明する。複合ゲート駆動装置204を構成する2個のゲート駆動装置10A、10Bにおいては、ゲート駆動回路20A、20Bの構成として、ゲートオン回路21A、21Bを設けており、ゲートオフ回路22A、22Bは省略した構成である。
(Fifth Embodiment)
FIG. 9 shows the fifth embodiment, and the parts different from the fourth embodiment will be described below. In the two
そして、ゲート駆動回路20A、20Bは、通信回路40A、40Bの出力回路41A、41Bによりゲートオフ機能を兼用するようにしている。第4実施形態においては、通常動作におけるIGBT1〜4のゲートオフ動作をゲートオフ回路22Aあるいは22Bにより実施していたが、この実施形態では、常にオフ駆動は出力回路41A、41Bにより通信路CPおよびオフ回路51を介してIGBT1〜4のゲートG1〜G4にローレベルの信号を与えてオフ動作させる構成である。
したがって、このような第5実施形態によっても、第4実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
The
Therefore, even with such a fifth embodiment, the same effect as that of the fourth embodiment can be obtained.
(第6実施形態)
図10は第6実施形態を示すもので、以下、複合ゲート駆動装置205について、第2実施形態と異なる部分について説明する。第2実施形態においては、通信路CPを直流電源DCによりプルアップする構成としていたのに対して、この実施形態では、外部のプルアップ電源を用いる必要は無く、ゲート駆動装置10A、10Bの内部にプルアップ用の電源を備えた構成としている。
(Sixth Embodiment)
FIG. 10 shows a sixth embodiment, and the parts of the composite
各ゲート駆動装置10A、10Bは、通信回路40A、40Bにおいて、プルアップ用の電源として電圧源回路47を備えた構成としている。電圧源回路47は、出力回路41A、41BのMOSFET43のドレインに接続されている。また、電圧源回路47は、給電経路に電流制限回路47aを設けた構成としており、MOSFET43のオン状態でローレベルを確保するようにしている。
Each of the
また、通信路CPには抵抗53を直列に介在させる構成として電圧源回路47の安定化を図るようにしている。さらに、電圧源回路47を安定化させるため、通信端子T1、T2は、それぞれグランドとの間に抵抗54およびコンデンサ55の直列回路を接続している。コンデンサ55は安定化容量として機能する。なお、コンデンサ55に直列に接続する抵抗54は省略することもできる。
Further, the
上記構成を採用することで、ゲート駆動装置10A、10Bにより異常状態が検出されていない状態、すなわち出力回路41A、41BのMOSFET43がオフの状態では、通信路CPは、電圧源回路47によりハイレベルの状態にプルアップされる。ここで、通信路CPに接続されるコンデンサ55は、電圧源回路47の電圧に充電された状態となっている。また、ゲート駆動装置10A、10Bの各電圧源回路47の出力電圧に若干のずれが有る場合でも、抵抗53により電流が流れない状態に保持される。
By adopting the above configuration, when the abnormal state is not detected by the
そして、IGBT1〜4のいずれかに過電流が流れたり、あるいはゲート駆動装置10A、10Bのいずれかにおいて異常が発生すると、異常検出回路30Aあるいは30Bがこれを検出して異常検出信号を出力する。この結果、通信回路40Aあるいは40Bの判定部46において、出力回路41Aあるいは41Bは、駆動回路44を介してMOSFET43をオン駆動する。この結果、MOSFET43のドレインがローレベルに反転するので、コンデンサ55の電荷が放電されて通信路CPはローレベルになる。
したがって、このような第6実施形態によっても第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
Then, when an overcurrent flows through any of the
Therefore, the same effect as that of the second embodiment can be obtained by such a sixth embodiment.
(第7実施形態)
図11および図12は第7実施形態を示すもので、以下、第3実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、第3実施形態で使用したスッチング素子部101に代えて、4個のIGBT1〜4を並列接続した構成の半導体素子部100を用いている。また、この実施形態では、第6実施形態で用いた電圧源回路47を設けたゲート駆動装置10A、10Bを適用している。
(7th Embodiment)
11 and 12 show the seventh embodiment, and the parts different from the third embodiment will be described below. In this embodiment, instead of the switching
すなわち、ゲート駆動装置10Aを示す図11において、ゲート駆動装置10A)は、図10で示した構成と同様に、それぞれ通信回路40Aに電圧源回路47が設けられている。また、電圧源回路47には電流制限回路47aが設けられている。ゲート駆動装置10Bについても同様に構成されている。
That is, in FIG. 11 showing the
図12に示すように、2個のゲート駆動装置10A、10Bは、ゲート駆動回路20A、20Bにより4個のIGBT1〜4に対して共通にオン駆動およびオフ駆動をするように配線している。ここでは、2つのゲートオン回路21A、21Bの出力端子は、いずれも端子Ca、Ccから接続回路61を介して4個のIGBT1〜4のゲートG1〜G4に接続される。同様に、2つのゲートオフ回路22A、22Bの出力端子は、いずれも端子Cb、Cdから接続回路61を介して4個のIGBT1〜4のゲートG1〜G4に接続される。
As shown in FIG. 12, the two
なお、この実施形態においては、ゲート駆動装置10Aにおいて、2個の絶縁ゲート型半導体素子のそれぞれに対応して設けられた出力端子C1、C2は、ゲートオン回路21Aのオン出力を統合した出力端子Caとし、且つ、ゲートオフ回路22Aのオフ出力を統合した出力端子Cbとしている。同様に、ゲート駆動装置10Bにおいて、2個の絶縁ゲート型半導体素子のそれぞれに対応して設けられた出力端子C3、C4は、ゲートオン回路21Bのオン出力を統合した出力端子Ccとし、且つ、ゲートオフ回路22Bのオフ出力を統合した出力端子Cdとしている。
In this embodiment, in the
接続回路61は、出力端子Caからゲート抵抗6a〜6dをそれぞれに介してIGBT1〜4のゲートG1〜G4に接続され、出力端子Cbからゲート抵抗7a〜7dをそれぞれに介してIGBT1〜4のゲートG1〜G4に接続されている。また、接続回路61は、出力端子Ccからゲート抵抗8a〜8dをそれぞれに介してIGBT1〜4のゲートG1〜G4に接続され、出力端子Cdからゲート抵抗9a〜9dをそれぞれに介してIGBT1〜4のゲートG1〜G4に接続されている。
The
なお、接続回路61に用いるゲート抵抗6a〜6d、7a〜7d、8a〜8d、9a〜9dは、4個のIGBT1〜4がすべてオン動作した際に、所定のゲート抵抗となるように設定されている。また、半導体素子部100の電流検出端子A1、A2は、ゲート駆動装置10Aの入力端子D1、D2にそれぞれ接続され、電流検出端子A3、A4は、ゲート駆動装置10Bの入力端子D3、D4にそれぞれ接続される。
The
ゲート駆動装置10Aおよび10Bの各通信端子T1−T2間に接続される通信路CPには、第6実施形態と同様に、抵抗53、54、コンデンサ55などが接続されている。さらに、この実施形態では、異常時にゲートオフ駆動をする機能を通信回路40A、40Bの出力回路41A、41Bを兼用する構成としている。
As in the sixth embodiment,
4個のIGBT1〜4のゲート端子G1〜G4は、オフ回路51Aを介して通信端子T1に接続され、オフ回路51Bを介して通信端子T2に接続されている。なお、上記したオフ回路51A、51Bは、オフ回路51と同様に、各ゲート端子G1〜G4側から順方向に接続されるダイオードDと抵抗Rとの直列回路を抵抗R側において共通に接続した回路である。
The gate terminals G1 to G4 of the four
上記構成によれば、2個のゲート駆動装置10A、10Bのそれぞれにより4個のIGBT1〜4を一括して駆動するので、それぞれの特性のばらつきなどがある場合でも、すべてのIGBT1〜4がオンした際に所定のゲート抵抗となるように設定することで電流アンバランスが発生しにくく、また、IGBT1〜4のオンタイミングがずれることを解消することができる。これにより、4個のIGBT1〜4に流れる電流のバランスが良好となる。
According to the above configuration, four
また、通信路CPを各ゲート駆動装置10A、10Bの電圧源回路47によりプルアップすることができ、外部電源によるプルアップをするための電源を用いる必要がない。
Further, the communication path CP can be pulled up by the
さらに、IGBT1〜4のいずれかに過電流が流れたり、あるいはゲート駆動装置10A、10Bのいずれかにおいて異常が発生すると、異常検出回路30Aあるいは30Bがこれを検出して異常検出信号を出力する。この結果、通信回路40Aあるいは40Bの判定部46において、出力回路41Aあるいは41Bは、駆動回路44を介してMOSFET43をオン駆動する。この結果、MOSFET43のドレインがローレベルに反転するので、コンデンサ55の電荷が放電されて通信路CPはローレベルになる。この結果、オフ回路51Aあるいは51Bのいずれかにより、すべてのIGBT1〜4を迅速にオフ動作させることができる。
Further, when an overcurrent flows through any of the
(第8実施形態)
図13は第8実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、複合ゲート駆動装置207として例えば2個のゲート駆動装置10A、10Bを用いて3個のIGBT1〜3を並列接続した半導体素子部101を駆動制御する場合における有効な使用形態を提供するものである。
(8th Embodiment)
FIG. 13 shows the eighth embodiment, and the parts different from the first embodiment will be described below. In this embodiment, an effective usage mode is provided in a case where, for example, two
各ゲート駆動装置10A、10Bは、前述したように、それぞれ2個の絶縁ゲート型半導体素子を独立して駆動し、異常を検出することができる構成である。この場合、2個のゲート駆動装置10A、10Bを用いて3個のIGBT1〜3を駆動する場合には、駆動能力として余剰端子が発生する。
As described above, each of the
この実施形態では、ゲート駆動装置10A、10Bの構成として、上記のようにして発生する余剰端子のうち、異常検出回路30A、30Bに他の用途に利用可能な構成を設けている。異常検出回路30A(30B)には、各入力端子D1、D2(D3、D4)に対応して過電流などの異常判定をするためのコンパレータ31、32が設けられている。
In this embodiment, as the configuration of the
2個のコンパレータ31、32のうち、余剰端子となる可能性のある入力端子D2(D4)から信号が入力されるコンパレータ32には、未使用端子検出回路33が並列に接続されている。未使用端子検出回路33は、例えば入力端子D2(D4)が直流電源DCにプルアップされた状態となっている場合には、これを検出してゲート駆動回路20A(20B)に検出信号を出力する構成である。ゲート駆動回路20A(20B)は、未使用端子検出回路33から検出信号が入力されると、コンパレータ32への給電を停止するように構成される。
Of the two
上記構成を採用することで、ゲート駆動装置10Bの入力端子D4が未使用のため未接続状態となる場合に、直流電源DCにプルアップさせると、異常検出回路30Bの未使用端子検出回路33によりこれが検出される。この結果、未使用となるコンパレータ32は、ゲート駆動回路20Bにより給電が停止されるので、無駄な待機電力を使用しないようにすることができる。
By adopting the above configuration, when the input terminal D4 of the
このような第8実施形態によれば、異常検出回路30A、30Bに、未使用端子検出回路33を設ける構成とした。これにより、半導体素子部101を駆動制御する場合に、ゲート駆動装置10A、10Bにおいて、入力端子D2、D4が未使用状態となるときに、これをプルアップさせることでコンパレータ32への給電を停止して省電力を図ることができる。
According to the eighth embodiment as described above, the unused
なお、上記実施形態では、異常検出回路30A、30Bにおける余剰端子について、対応回路の給電を停止して省電力を図る場合で説明したが、これに限らず、他の用途に用いることもできる。
In the above embodiment, the surplus terminals in the
例えば、未使用端子を次のような用途に積極的に利用することもできる。
(1)異常検出回路への入力端子D2、D4などの余剰端子を受信専用端子として利用する。
(2)ゲート駆動用の出力端子C2、C4などの余剰端子を他の機能のドライバとして利用する。
(3)制御信号の入力端子Scを速度送信信号の伝達などに利用する。
(4)実施形態では示していないが、温度検出用に設けられる端子の余剰端子を、半導体素子部の基板温度の測定、センス電流の測定、ゲート電圧の測定などに利用する。
For example, unused terminals can be positively used for the following purposes.
(1) The surplus terminals such as the input terminals D2 and D4 to the abnormality detection circuit are used as reception-only terminals.
(2) The surplus terminals such as the output terminals C2 and C4 for driving the gate are used as drivers for other functions.
(3) The control signal input terminal Sc is used for speed transmission signal transmission and the like.
(4) Although not shown in the embodiment, the surplus terminals of the terminals provided for temperature detection are used for measuring the substrate temperature of the semiconductor element portion, measuring the sense current, measuring the gate voltage, and the like.
(第9実施形態)
図14は第9実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、複合ゲート駆動装置208として、2個のゲート駆動装置10A、10Bを用いる構成において、異常が検出されたときにIGBT1〜4をオフ動作させる場合に、電源を停止させるようにしている。
(9th Embodiment)
FIG. 14 shows a ninth embodiment, and the parts different from the first embodiment will be described below. In this embodiment, in a configuration in which two
ゲート駆動装置10Aおよび10Bのそれぞれは、給電経路に通電制御スイッチとしてのリレースイッチ90A、90Bが設けられている。リレースイッチ90A、90Bは常閉接点で、常にはオン状態であり、制御端子にオフ指令信号が与えられるとオフ状態に変化する構成である。リレースイッチ90Aの制御端子は、通信路CP2を介してゲート駆動装置10Bの通信端子T2に接続される。また、リレースイッチ90Bの制御端子は、通信路CP1を介してゲート駆動装置10Aの通信端子T1に接続される。なお、この実施形態においては、通信回路40A、40Bは、出力回路41A、41Bのみが使用され、受信回路42A、42Bは使用しない。
Each of the
上記構成によれば、ゲート駆動装置10A、10BによりIGBT1〜4が駆動制御され、IGBT1〜4のいずれかに過電流が流れたり、あるいはゲート駆動装置10A、10Bのいずれかにおいて異常が発生すると、異常検出回路30Aあるいは30Bがこれを検出して異常検出信号を出力する。
According to the above configuration, the
例えば、ゲート駆動装置10Aの異常検出回路30Aが異常を検出した場合には、自己が駆動制御しているIGBT1、2をオフ動作させるとともに、通信回路40Aの出力回路41Aから通信路CP1を介してリレースイッチ90Bをオフ動作させる。これにより、ゲート駆動装置10Bは、駆動電源がオフされることで、オン駆動していたIGBT3、4は自動的にオフ動作されるようになる。
For example, when the
一方、ゲート駆動装置10Bの異常検出回路30Bが異常を検出した場合には、自己が駆動制御しているIGBT3、4をオフ動作させるとともに、通信回路40Bの出力回路41Bから通信路CP2を介してリレースイッチ90Aをオフ動作させる。これにより、ゲート駆動装置10Aは、駆動電源がオフされることで、オン駆動していたIGBT1、2は自動的にオフ動作されるようになる。
したがって、このような第9実施形態によっても第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
On the other hand, when the
Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained by such a ninth embodiment.
なお、上記実施形態では、通信回路40A、40Bの受信回路42A、42Bは実質的に機能していないので、給電を停止して省電力となるように構成することもできる。
In the above embodiment, since the receiving
(第10実施形態)
図15は第10実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、複合ゲート駆動装置209は、2個のゲート駆動装置10A、10Bのうち、一方をマスター・ゲート駆動装置10Aとし、他方をスレーブ・ゲート駆動装置10Bとして用いる構成を採用している。
(10th Embodiment)
FIG. 15 shows the tenth embodiment, and the parts different from the first embodiment will be described below. In this embodiment, the composite
すなわち、例えば4個のIGBT1〜4を並列接続した半導体素子部100に対して、マスター・ゲート駆動装置10AはIGBT1、2を駆動制御し、スレーブ・ゲート駆動装置10BはIGBT3、4を駆動制御する。一方、マスター・ゲート駆動装置10Aは、IGBT1、2の過電流検出を行うが、スレーブ・ゲート駆動装置10Bは、IGBT3、4の過電流検出を行わない。このため、マスター・ゲート駆動装置10Aは、通信回路40Aの受信回路42Aは使用しない。
That is, for example, the master
なお、マスター・ゲート駆動装置10Aの受信回路42Aや、スレーブ・ゲート駆動装置10Bの異常検出回路30Bおよび出力回路41Bは、未使用であるから機能を停止することで省電力とすることができる。
Since the
上記構成によれば、マスター・ゲート駆動装置10A側でIGBT1および2の過電流を検出しており、これらのいずれかに過電流が流れた場合に、通信路CPを介してスレーブ・ゲート駆動装置10Bに異常検出信号を送信することで、すべてのIGBT1〜4をオフ動作させることができる。
According to the above configuration, the overcurrents of
なお、この使用形態では、4個のIGBT1〜4のうち、IGBT1および2を主体として使用し、補助的にIGBT3、4を使用するような場合に好適である。例えば、IGBT1、2を選択的に通常使用し、通電する電流レベルが大きい場合にIGBT3あるいは4も追加で使用するような使用形態である。
In this usage mode, it is suitable when
(第11実施形態)
図16〜18は第11実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、ゲート駆動回路20xとしてゲートオフ回路22xを設ける構成としている。なお、この実施形態においては、ゲートオン回路21およびゲートオフ回路22xは、接続されるIGBT1、2のそれぞれに対応して設けられる。
(11th Embodiment)
16 to 18 show the eleventh embodiment, and the parts different from the first embodiment will be described below. In this embodiment, the gate-
図16は、ゲート駆動回路20xの構成中、例えばIGBT1のゲートを駆動する出力端子C1に対応したゲートオフ回路22xの構成を示している。なお、出力端子C2に対応するゲートオフ回路22xも同様の構成である。ゲートオフ回路22xは、2系統のオフ回路22a、22bを備える構成である。第1オフ回路22aは、駆動用のMOSトランジスタ25aドライバ26a、オフ抵抗27aを備え、第2オフ回路22bは、駆動用のMOSトランジスタ25b、ドライバ26b、オフ抵抗27bを備えている。
FIG. 16 shows the configuration of the gate-
制御部28は、他の回路から与えられる信号によって、第1及び第2オフ回路22a、22bのいずれかを選択して駆動するように構成される。ここで、第1オフ回路22aおよび第2オフ回路22bのそれぞれに用いるオフ抵抗27a、27bは、異なる抵抗値Ra、Rbに設定され、オフ動作の際のゲート電圧立ち下がり速度が異なる条件となるように設定される。
The
オフ抵抗27a、27bの抵抗値の違いにより、ゲート電流が異なるため、異なるゲート電圧時間変化率dv/dt1、dv/dt2が設定される。このゲート電圧時間変化率dv/dtが大きいとゲート電圧立ち下がり速度は速くなり、ゲート電圧時間変化率dv/dtが小さいとゲート電圧立ち下がり速度は遅くなる。オフ抵抗27a、27bの抵抗値は小さい方が、IGBT1のゲート電圧を速いゲート電圧立ち下がり速度でオフさせることができる。
Since the gate current differs due to the difference in the resistance values of the
これにより、例えばIGBT1を通常のオフ動作を行う場合には、制御部28により第1オフ回路22aを動作させ、IGBT1を通常のオフ動作よりも速いゲート電圧立ち下がり速度でオフさせる場合には、第2オフ回路22bを動作させることができる。
As a result, for example, when the
これは、異常状態が検出されたときに、通常のオフ動作よりも速いゲート電圧立ち下がり速度でオフ動作させようとする場合に有効となるもので、例えば、迅速にオフ動作させることでIGBTに電流が流れるのを極力短時間となるように制御する場合である。 This is effective when an abnormal state is detected and an off operation is attempted at a gate voltage fall speed faster than the normal off operation. For example, the IGBT can be turned off by quickly operating the off operation. This is a case where the current flow is controlled so as to be as short as possible.
図17は、上記したゲート電圧立ち下がり速度を異なるように設定して実施する場合における各部の信号の時間変化を示すタイムチャートである。図17のタイムチャートでは、4個のIGBT1〜4に対して、2つのゲート駆動装置10A、10Bで駆動する複合ゲート駆動装置200に相当する構成の場合で示している。また、各ゲート駆動装置10A、10Bは、それぞれが2個のIGBTを個別にオン駆動およびオフ駆動するように接続されている。
FIG. 17 is a time chart showing the time change of the signal of each part when the above-mentioned gate voltage fall speed is set to be different. In the time chart of FIG. 17, four
上記構成において、まず、図17(a)に示すように、時刻t0でオンの制御信号Scが与えられると、図17(b)、(c)に示すように、ゲート駆動回路20のゲートオン回路21により出力端子C1〜C4からIGBT1〜4のゲートに対してゲート電圧Vg1〜Vg4が印加される。
In the above configuration, first, as shown in FIG. 17 (a), when the on control signal Sc is given at time t0, as shown in FIGS. 17 (b) and 17 (c), the gate-on circuit of the
これにより、図17(d)〜(f)に示すように、IGBT1〜4に流れる電流I1〜I4が徐々に上昇してゆく。そして、所定時間が経過した時刻t1で、制御信号Scがオフになると、ゲートオフ回路22xの制御部28は、第1オフ回路22aに指示信号を与えて通常のゲート電圧立ち下がり速度でIGBT1をオフ動作させる。他のIGBT2〜3も同様に通常のゲート電圧立ち下がり速度でオフ動作される。
As a result, as shown in FIGS. 17 (d) to 17 (f), the currents I1 to I4 flowing through the
次に、IGBT1に異常が発生した場合の動作について説明する。上記と同様にして時刻t2でオンの制御信号Scが与えられると、同様にしてゲート駆動回路20のゲートオン回路21により出力端子C1〜C4からIGBT1〜4のゲートに対してゲート電圧Vg1〜Vg4が印加される。
Next, the operation when an abnormality occurs in the
これにより、図17(d)〜(f)に示すように、IGBT1〜4に流れる電流I1〜I4が徐々に上昇してゆく。このとき、時間の経過とともにIGBT1の電流I1が他のIGBT2〜3よりも大きい電流が流れると、図17(h)に示すように、異常検出回路30により閾値電流Ithを超えたことが検出され、異常検出信号Sx1が出力される。
As a result, as shown in FIGS. 17 (d) to 17 (f), the currents I1 to I4 flowing through the
ゲートオフ回路22xでは、異常検出信号Sx1に応じて、図17(b)に示すように、制御部28により、第2オフ回路22bから2つのIGBT1、2を遅いゲート電圧立ち下がり速度でオフ動作させる。一方、異常検出信号Sx1を受けて、通信回路40は、図17(g)に示すように、通信端子T1から通信路CPを介して他のゲート駆動装置10に異常状態を出力する。
In the gate-
他のゲート駆動装置10は、これを受けると、同様にしてゲートオフ回路22xでは、図17(c)に示すように、制御部28により、通信回路40が検出した異常検出信号Sx1に応じて第2オフ回路22bから2つのIGBT3、4を遅いゲート電圧立ち下がり速度でオフ動作させる。
When the other
なお、上記の設定とは逆に、第1オフ回路22aおよび第2オフ回路22bのそれぞれに用いるオフ抵抗27a、27bを、異なる抵抗値Ra、Rbに設定する際に、上記とはオフ動作の際のゲート電圧立ち下がり速度が逆の条件となるように設定することもできる。例えばIGBT1を通常のオフ動作を行う場合には、制御部28により第1オフ回路22aを動作させ、IGBT1を通常のオフ動作よりも遅いゲート電圧立ち下がり速度でオフさせる場合には、第2オフ回路22bを動作させることができる。
Contrary to the above setting, when the
これは、異常状態が検出されたときに、通常のオフ動作よりも遅いゲート電圧立ち下がり速度でオフ動作させようとする場合に有効となるもので、例えば、通常のゲート電圧立ち下がり速度でオフ動作するとサージ電圧が発生してIGBTに損傷を与えてしまう場合などに遅いゲート電圧立ち下がり速度でこれを防止することができる。 This is effective when an abnormal state is detected and an attempt is made to perform an off operation at a gate voltage fall speed slower than the normal off operation. For example, the off operation is performed at a normal gate voltage fall speed. When operating, a surge voltage is generated to damage the IGBT, and this can be prevented by a slow gate voltage falling speed.
図18は、上記のように異常状態が検出されたときに、ゲート電圧立ち下がり速度をどのように設定するかを様々に設定した場合についてオフ駆動制御パターンとして示している。制御動作の内容は、異常状態を未検出の場合の動作、異常状態検出の場合の動作を示しており、異常状態検出の場合では、複合ゲート駆動装置を構成している場合に、自己が制御しているIGBTの異常状態を検出したゲート駆動装置と、異常状態を未検出のゲート駆動装置の動作に分けている。 FIG. 18 shows as an off-drive control pattern when various settings are made for how to set the gate voltage fall speed when an abnormal state is detected as described above. The content of the control operation shows the operation when the abnormal state is not detected and the operation when the abnormal state is detected. In the case of the abnormal state detection, the self controls when the compound gate drive device is configured. The operation of the gate drive device that detects the abnormal state of the IGBT and the operation of the gate drive device that has not detected the abnormal state are divided.
まず、基本パターンとしては、上記のいずれの場合も、通常のゲート電圧立ち下がり速度で実施するものを示している。そして、異なるゲート電圧立ち下がり速度で実施するものとして、第1〜第3パターンを設定可能としている。いずれにおいても、異常状態未検出の場合には、「通常」のゲート電圧立ち下がり速度でオフ駆動することを前提としている。 First, as the basic pattern, in any of the above cases, the one performed at the normal gate voltage falling speed is shown. Then, the first to third patterns can be set so that the gate voltage falls at different speeds. In either case, when the abnormal state is not detected, it is assumed that the vehicle is driven off at the "normal" gate voltage fall speed.
第1パターンでは、異常状態を検出した場合には、どちらのゲート駆動装置も遅いもしくは速いゲート電圧立ち下がり速度でオフ駆動するパターンを示している。第2パターンでは、異常状態を検出した場合には、異常状態を検出した側のゲート駆動装置において遅いもしくは速いゲート電圧立ち下がり速度でオフ駆動し、異常状態未検出のゲート駆動装置は通常のオフ駆動をするパターンを示している。 The first pattern shows a pattern in which both gate drive devices are off-driven at a slow or fast gate voltage fall speed when an abnormal state is detected. In the second pattern, when an abnormal state is detected, the gate drive device on the side where the abnormal state is detected is driven off at a slow or fast gate voltage fall speed, and the gate drive device in which the abnormal state is not detected is normally turned off. The driving pattern is shown.
さらに、第3パターンでは、第2パターンとは逆に、異常状態を検出した場合には、異常状態を検出した側のゲート駆動装置において通常のオフ駆動を行い、異常状態未検出のゲート駆動装置は遅いもしくは速いゲート電圧立ち下がり速度でオフ駆動をするパターンを示している。 Further, in the third pattern, contrary to the second pattern, when an abnormal state is detected, the gate drive device on the side where the abnormal state is detected performs a normal off drive, and the gate drive device in which the abnormal state is not detected is performed. Shows a pattern of off-driving at a slow or fast gate voltage fall rate.
このような第11実施形態によれば、IGBT1〜4のいずれかの電流が過電流状態となった場合には、異常検出回路30がこれを検出するようになり、異常検出信号Sxが出力される。自己が駆動しているIGBTの異常が検出された場合には、ゲートオフ回路22xが異常検出信号Sxを受信すると、制御部28により第2オフ回路22bを駆動して遅いゲート電圧立ち下がり速度でIGBTをオフ動作させることができる。
According to the eleventh embodiment, when any of the currents of the
また、通信回路40を介して異常状態の信号を受けると、ゲートオフ回路22xが異常検出信号Sxを受信すると、制御部28により第2オフ回路22bを駆動して遅いゲート電圧立ち下がり速度でIGBTをオフ動作させることができる。
これにより、異常状態が発生した場合でも、すべてのIGBT1〜4を迅速にオフ動作させて、損傷や破壊に至るのを抑制することに貢献できる。
Further, when the signal of the abnormal state is received via the
As a result, even when an abnormal state occurs, all the IGBTs 1 to 4 can be quickly turned off, which can contribute to suppressing damage or destruction.
なお、上記実施形態においては、ゲートオフ回路22xとして、第1オフ回路22a、第2オフ回路22bの2系統を設ける構成としているが、3系統以上のオフ回路を設ける構成としても良い。
In the above embodiment, the gate-
この場合には、通常のオフ駆動に加えて、遅いゲート電圧立ち下がり速度でオフ駆動をする1以上のゲートオフ回路と、速いゲート電圧立ち下がり速度でオフ駆動をする1以上のゲートオフ回路とを設け、異常状態に応じて選択的にオフ駆動させる制御パターンを設けることができる。 In this case, in addition to the normal off drive, one or more gate-off circuits that drive off at a slow gate voltage fall speed and one or more gate-off circuits that drive off at a fast gate voltage fall speed are provided. , A control pattern that selectively drives off according to an abnormal state can be provided.
(第12実施形態)
図19および図20は第12実施形態を示すもので、以下第1実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態においては、異常検出回路30aとして、さまざまな異常状態を検出可能とした具体的な構成を示している。ここでは、接続される素子としてIGBT1を対象とした場合で説明する。
(12th Embodiment)
19 and 20 show the twelfth embodiment, and the parts different from the first embodiment will be described below. In this embodiment, the
この実施形態における異常検出回路30aは、(A)素子過電流検出、(B)素子短絡検出、(C)素子過熱検出、(D)オン時のハーフオン検出、(E)オフ時のハーフオン検出、(F)電源減電圧検出、(G)電源過電圧検出および(H)装置過熱検出の異常状態を検出することができる。
The
図19に示すように、(A)素子過電流検出および(B)素子短絡検出は、IGBT1のセンスエミッタからセンス抵抗1aに流れる電流を端子電圧から検出する。端子D1aに入力されるセンス抵抗1aの端子電圧を、コンパレータ34aにより閾値電圧Vth1と比較して素子過電流状態を検出し、コンパレータ34bにより閾値電圧Vth2と比較して素子短絡状態を検出する。
As shown in FIG. 19, in (A) element overcurrent detection and (B) element short circuit detection, the current flowing from the sense emitter of the
図20(a)に示すように、IGBT1がオン駆動した後の電流は、正常であれば過電流の閾値電流Ith1レベルを超えることなく流れる状態となるが、過電流が流れる場合には閾値電流Ith1レベルを超えるようになる。コンパレータ34aは、この閾値電流Ith1に相当する閾値電圧Vth1により素子過電流状態を検出する。
As shown in FIG. 20 (a), the current after the
また、IGBT1がオン駆動した後の電流は、短絡状態のために急激に増大して流れる場合には、短絡検出の閾値電流Ith2レベルを超えるようになる。コンパレータ34bは、この閾値電流Ith2に相当する閾値電圧Vth2により素子短絡状態を検出する。
Further, the current after the
(C)素子過熱検出は、図19に示すように、半導体素子部102のIGBT1の近傍に温度検出用のダイオード1bを設けて検出している。直流電源VDから定電流回路35a、ダイオード35b、端子D1bを介してダイオード1bに定電流を流し、端子電圧をコンパレータ34cで閾値電圧Vth3と比較して検出する。ダイオード1bの順方向電圧Vfが温度依存性を持つことから、過熱状態を判断する順方向電圧Vfを閾値電圧Vth3として検出される端子電圧と比較して判定する。
(C) As shown in FIG. 19, the element overheat detection is detected by providing a diode 1b for temperature detection in the vicinity of the
図20(b)に示すように、ダイオード1bの順方向電圧Vfは、素子の温度が高くなるとダイオード特性により小さい電圧になる。また、この順方向電圧Vfは、温度の関数であるから、過熱状態を示す温度に対応した閾値電圧Vth3を設定し、これよりも低くなると過熱状態であることを判定できる。 As shown in FIG. 20B, the forward voltage Vf of the diode 1b becomes smaller than the diode characteristic as the temperature of the element increases. Further, since this forward voltage Vf is a function of temperature, a threshold voltage Vth3 corresponding to a temperature indicating a superheated state is set, and if it is lower than this, it can be determined that the superheated state is present.
(D)オン時のハーフオン検出は、図19に示すように、IGBT1のゲート電圧Vgをコンパレータ34dに取り込み、閾値電圧Vth4と比較する構成である。図20(c)に示すように、IGBT1のゲート電圧Vgが、オン駆動後に閾値電圧Vth4を超えて所定のゲート電圧Vgに達しない状態をオン時のハーフオンとして検出する。
(D) The half-on detection at the time of on is configured to take in the gate voltage Vg of the
(E)オフ時のハーフオン検出は、図19に示すように、IGBT1のゲート電圧Vgをコンパレータ34eに取り込み、閾値電圧Vth5と比較する構成である。図20(d)に示すように、IGBT1のゲート電圧Vgが、オフ駆動後に閾値電圧Vth5以下に下降してグランドレベルに達しない状態をオフ時のハーフオンとして検出する。
(E) As shown in FIG. 19, the half-on detection at the time of off is configured to take in the gate voltage Vg of the
(F)電源減電圧検出および(G)電源過電圧検出は、ゲート駆動回路10が正常に動作できる電源電圧の範囲の下限あるいは上限から外れた状態を検出するものである。電源減電圧検出では、直流電源VDをコンパレータ34fに取り込み、閾値電圧Vth6と比較して判定する。電源過電圧検出では、直流電源VDをコンパレータ34gに取り込み、閾値電圧Vth7と比較して判定する。
The (F) power supply undervoltage detection and (G) power supply overvoltage detection detect a state in which the
図20(e)に示すように、直流電源VDの電圧が閾値電圧Vth6からVth7の範囲にあれば正常状態であり、閾値電圧Vth6を下回ると減電圧状態を判定し、閾値デン圧Vth7を上回ると過電圧状態を判定する。 As shown in FIG. 20 (e), if the voltage of the DC power supply VD is in the range of the threshold voltage Vth6 to Vth7, it is in the normal state, and if it is lower than the threshold voltage Vth6, the reduced voltage state is determined and the threshold den pressure Vth7 is exceeded. And judge the overvoltage state.
(H)装置過熱検出は、ゲート駆動装置10内における過熱状態を検出するもので、装置内に設置される過熱検出部36によりゲート駆動装置10の過熱状態を判定して異常検出信号を出力する。
(H) The device overheat detection detects the overheated state in the
このような第12実施形態によれば、異常検出回路30aとして、(A)素子過電流検出、(B)素子短絡検出、(C)素子過熱検出、(D)オン時のハーフオン検出、(E)オフ時のハーフオン検出、(F)電源減電圧検出、(G)電源過電圧検出および(H)装置過熱検出の異常状態を検出するように構成したので、自己の装置内、駆動対象の半導体素子、給電する直流電源VDの種々の異常状態に対応して保護動作に対応させることができる。
According to such a twelfth embodiment, as the
なお、上記実施形態では、(A)〜(H)の様々な異常状態検出を行う構成を示したが、記載したすべての異常状態を検出する構成以外に、(A)〜(H)の異常状態検出のうち、一部を検出する構成とすることもできる。さらに、上記の実施形態で説明していない自己の装置内、駆動対象の半導体素子、給電する直流電源VDの異常状態あるいはその他の異常状態を検出する構成を付加することもできる。 In the above embodiment, the configurations for detecting various abnormal states of (A) to (H) are shown, but in addition to the configurations for detecting all the abnormal states described, the abnormalities of (A) to (H) are detected. It is also possible to have a configuration in which a part of the state detection is detected. Further, it is possible to add a configuration for detecting an abnormal state or other abnormal state of the semiconductor element to be driven, the DC power supply VD to be fed, or the like, which is not described in the above embodiment.
(第13実施形態)
図21は第13実施形態を示すもので、以下、第1実施形態で示した複合ゲート駆動装置と異なる部分について説明する。
(13th Embodiment)
FIG. 21 shows a thirteenth embodiment, and a part different from the composite gate driving device shown in the first embodiment will be described below.
図21は、並列接続した複数個の絶縁ゲート型半導体素子として、6個のIGBT1〜6を並列に接続した状態の半導体素子部103を駆動する場合の構成を示している。この場合には、上記したゲート駆動装置10を3個使用した複合ゲート駆動装置210を構成している。3個のゲート駆動装置10A〜10Cは同じ構成のものを並列に接続して使用している。
FIG. 21 shows a configuration in which the
第1実施形態の図1で説明した各構成について、各ゲート駆動装置10A〜10Cの構成では、それぞれ添字A〜Cを付して示している。また、各ゲート駆動装置10A〜10Cの各端子は、ゲート駆動装置10A〜10Cの順に、入力端子S1〜S3、異常検出出力端子P1〜P3、出力端子C1〜C6、入力端子D1〜D6、通信端子T1〜T3としている。また、これらのゲート駆動装置10A〜10Cは、外部と絶縁された状態で高圧領域に配置され、且つ同じ絶縁領域に配置されたものである。
Each configuration described with reference to FIG. 1 of the first embodiment is indicated by subscripts A to C in the configurations of the
半導体素子部103の各IGBT1〜6は、コレクタが共通に接続され、ゲートはそれぞれゲート端子G1〜G6に接続されている。また、各IGBT1〜6のエミッタは共通に接続され、センスエミッタはそれぞれ電流検出抵抗1a〜6aを介してエミッタに共通に接続されている。各IGBT1〜6のセンスエミッタと電流検出抵抗1a〜6aとの共通接続点は、電流検出端子A1〜A6に接続されている。
Collectors are commonly connected to each of the
3つのゲート駆動装置10A〜10Cの入力端子S1〜S3は共通に接続され、制御信号Scが入力される。出力端子P1〜P3は、それぞれのゲート駆動装置10A〜10Cの異常検出信号Sxを外部に出力する。出力端子C1〜C6は、半導体素子部103のゲート端子G1〜G6にそれぞれ接続される。入力端子D1〜D6は半導体素子部103の電流検出端子A1〜A6にそれぞれ接続される。3つのゲート駆動装置10A〜10Cの通信端子T1〜T3は、通信路CPを介して接続されている。
The input terminals S1 to S3 of the three
上記構成によっても、3つのゲート駆動装置10A〜10Cを設けた点を除いて第1実施形態と同様の動作を行わせることができる。これにより、6個のIGBT1〜6がオン動作およびオフ動作されるようになる。また、IGBT1〜6のオン駆動中に、例えばIGBT1または2に過電流が流れると、ゲート駆動装置10Aの異常検出回路30A過電流が流れたことを判断して異常検出信号を出力する。
Even with the above configuration, the same operation as that of the first embodiment can be performed except that the three
ゲート駆動装置10Aは、IGBT1および2を共にオフ動作させ、通信回路40Aから異常検出信号を通信路CPに出力する。他のゲート駆動装置10B、10Cは、通信路CPから通信端子T2、T3を介して異常検出信号を受信すると、IGBT3〜6をオフ駆動させるようになる。
The
上記のようなゲート駆動装置10A〜10Cによる連携動作については、IGBT3〜6のいずれかに過電流が流れた場合においても、同様にしてゲート駆動装置10B、または10Cがこれを検出してオフ動作させると共に、通信路CPを介してゲート駆動装置10A〜10Cのうちの他のものに異常検出信号を送信する。これによって、すべてのIGBT1〜6をオフ動作させることができる。
Regarding the cooperative operation by the
したがって、このような第13実施形態によっても、第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
なお、上記実施形態では、複合ゲート駆動装置として、3つのゲート駆動装置10A〜10Cを設ける構成を示したが、4つ以上のゲート駆動装置を設けてさらに多くのIGBTを駆動する構成に適用することもできる。
Therefore, even with such a thirteenth embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
In the above embodiment, the configuration in which three
(他の実施形態)
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、以下のように変形または拡張することができる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof. For example, the present invention can be modified or extended as follows.
上記各実施形態では、一つのゲート駆動装置により2個のIGBTを駆動する構成のものを示したが、これに限らず、3個以上のIGBTを駆動する構成のものでも良い。また、同様に、複合ゲート駆動装置として、2個のゲート駆動装置を用いる構成の場合を示したが、3個以上のゲート駆動装置を用いる構成においても適用することができる。 In each of the above embodiments, a configuration in which two IGBTs are driven by one gate driving device is shown, but the present invention is not limited to this, and a configuration in which three or more IGBTs are driven may be used. Similarly, although the case where two gate drive devices are used as the composite gate drive device is shown, the case where three or more gate drive devices are used can also be applied.
上記各実施形態では、半導体素子部として、3個もしくは4個のIGBTを駆動する構成の例を示したが、IGBT以外にMOSFETを用いる場合にも適用できるし、混在させたものを用いる場合にも適用できる。また、絶縁ゲート型半導体素子は、シリコン製、炭化シリコン製、窒化ガリウム製などの種々の材料を用いたものに適用することができる。 In each of the above embodiments, an example of a configuration in which three or four IGBTs are driven as the semiconductor element unit is shown, but it can also be applied when a MOSFET is used in addition to the IGBT, or when a mixed one is used. Can also be applied. Further, the insulated gate type semiconductor element can be applied to those using various materials such as those made of silicon, silicon carbide, and gallium nitride.
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。 Although the present disclosure has been described in accordance with the examples, it is understood that the present disclosure is not limited to the examples and structures. The present disclosure also includes various modifications and modifications within a uniform range. In addition, various combinations and forms, as well as other combinations and forms that include only one element, more, or less, are also within the scope of the present disclosure.
図面中、1〜6はIGBT(絶縁ゲート型半導体素子)、10、10A、10B、10Cはゲート駆動装置(マスター・ゲート駆動装置、スレーブ・ゲート駆動装置)、20、20A、20B、20C、20xはゲート駆動回路、21、21A、21B、12Cはゲートオン回路、22、22A、22B、22C、22xはゲートオフ回路、22aは第1のゲートオフ回路、22bは第2のゲートオフ回路、30、30A、30B、30C、30aは異常検出回路、31は未使用端子検出回路、40、40A、40B、40Cは通信回路、41、41A、41B、41Cは出力回路、42、42A、42B、42Cは受信回路、43はNチャンネル型のMOSFET(スイッチング素子)、45はコンパレータ、46は判定部、47は電圧源回路、47aは電流制限回路、50はプルアップ抵抗(抵抗要素)、51はオフ回路、80A、80Bはゲート電圧検出回路、90A、90Bはリレースイッチ(通電制御スイッチ)、100、101、102、103は半導体素子部、200〜210は複合ゲート駆動装置、CP、CP1、CP2、CP3は通信路である。 In the drawings, 1 to 6 are IGBTs (insulated gate type semiconductor elements), 10, 10A, 10B, and 10C are gate drive devices (master gate drive device, slave gate drive device), 20, 20A, 20B, 20C, 20x. Is a gate drive circuit, 21, 21A, 21B, 12C are gate-on circuits, 22, 22A, 22B, 22C, 22x are gate-off circuits, 22a is a first gate-off circuit, 22b is a second gate-off circuit, 30, 30A, 30B. , 30C, 30a are abnormality detection circuits, 31 are unused terminal detection circuits, 40, 40A, 40B, 40C are communication circuits, 41, 41A, 41B, 41C are output circuits, 42, 42A, 42B, 42C are reception circuits. 43 is an N-channel MOSFET (switching element), 45 is a comparator, 46 is a judgment unit, 47 is a voltage source circuit, 47a is a current limiting circuit, 50 is a pull-up resistor (resistance element), 51 is an off circuit, 80A, 80B is a gate voltage detection circuit, 90A and 90B are relay switches (energization control switches), 100, 101, 102 and 103 are semiconductor element units, 200 to 210 are composite gate drive devices, and CP, CP1, CP2 and CP3 are communication paths. Is.
Claims (15)
外部から与えられる制御信号に応じて前記複数の絶縁ゲート型半導体素子の一部もしくは全部のゲートを駆動するゲート駆動回路(20、20A、20B、20C、20x)と、
前記絶縁ゲート型半導体素子および内部回路の少なくとも一方の異常状態を検出して異常検出信号を出力する異常検出回路(30、30A、30B、30C、30a)と、
前記異常検出回路により前記異常検出信号が出力された場合に、通信路(CP、CP1、CP2、CP3)を介して他のゲート駆動装置に送信し、他のゲート駆動装置から前記通信路を介して送信される異常検出信号を受信し、いずれかの前記異常検出信号に応じて前記複数の絶縁ゲート型半導体素子の一部もしくは全部をオフ動作させる通信回路(40、40A、40B、40C)とを備え、
前記通信路は、ダイオード(51、51A、51B)を逆方向に介した状態で前記複数の絶縁ゲート型半導体素子のゲートに接続されるゲート駆動装置。 A gate drive device that drives a part or all of a plurality of insulated gate type semiconductor elements (1 to 6) connected in parallel.
A gate drive circuit (20, 20A, 20B, 20C, 20x) that drives a part or all of the gates of the plurality of insulated gate type semiconductor elements according to a control signal given from the outside, and
Anomaly detection circuits (30, 30A, 30B, 30C, 30a) that detect an abnormal state of at least one of the insulated gate type semiconductor element and the internal circuit and output an abnormality detection signal.
When the abnormality detection signal is output by the abnormality detection circuit, it is transmitted to another gate drive device via a communication path (CP, CP1, CP2, CP3), and the other gate drive device passes through the communication path. With a communication circuit (40, 40A, 40B, 40C) that receives the abnormality detection signal transmitted and operates a part or all of the plurality of insulated gate type semiconductor elements in response to any of the abnormality detection signals. equipped with a,
The communication path is a gate drive device connected to the gates of the plurality of insulated gate type semiconductor elements with diodes (51, 51A, 51B) interposed in the opposite direction.
前記電圧源回路は、内部に電流制限回路(46a)を備える請求項1に記載のゲート駆動装置。 The communication circuit includes a voltage source circuit (46) that pulls up the communication path to a high potential.
The gate drive device according to claim 1, wherein the voltage source circuit includes a current limiting circuit (46a) inside.
請求項1から9のいずれかに記載のゲート駆動装置を複数(10A、10B、10C)備え、
前記複数のゲート駆動装置は、それぞれ前記複数の絶縁ゲート型半導体素子の一部もしくは全部を駆動するように設けられた複合ゲート駆動装置。 It is a composite gate driving device that drives a plurality of insulated gate type semiconductor elements (1 to 6) connected in parallel.
A plurality of gate drive devices (10A, 10B, 10C) according to any one of claims 1 to 9 are provided.
The plurality of gate drive devices are composite gate drive devices provided so as to drive a part or all of the plurality of insulated gate type semiconductor elements, respectively.
前記複数のゲート駆動装置のうち、一つのゲート駆動装置において前記異常検出回路が前記異常検出信号を出力すると、前記通信回路から前記通信路を介して他の残りのゲート駆動装置に設けられた前記通電制御スイッチをオフさせて断電する請求項10に記載の複合ゲート駆動装置。 The plurality of gate drive devices include energization control switches (90A, 90B) interposed in series with the power supply path, respectively.
When the abnormality detection circuit outputs the abnormality detection signal in one of the plurality of gate drive devices, the communication circuit is provided in the other gate drive devices via the communication path. The composite gate drive device according to claim 10 , wherein the energization control switch is turned off to cut off the power.
前記スレーブ・ゲート駆動装置は、前記異常検出回路の動作を停止した状態で使用する請求項10に記載の複合ゲート駆動装置。 One of the plurality of gate drive devices is set as the master gate drive device (10A), and the other gate drive device is set as the slave gate drive device (10B).
The composite gate drive device according to claim 10 , wherein the slave gate drive device is used in a state where the operation of the abnormality detection circuit is stopped.
前記異常検出回路が絶縁ゲート型半導体素子の異常状態を検出しているゲート駆動装置は、異常状態を検出していない時のゲートオフ動作と異なるゲート電圧立ち下げ速度で前記絶縁ゲート型半導体素子をオフ動作させ、
前記異常検出回路が絶縁ゲート型半導体素子の異常状態を検出していないゲート駆動装置は、異常状態を検出していない時のゲートオフ動作と同じゲート電圧立ち下げ速度で前記絶縁ゲート型半導体素子をオフ動作させる請求項10から13のいずれか一項に記載の複合ゲート駆動装置。 Of the plurality of gate drive devices,
The gate drive device in which the abnormality detection circuit detects the abnormal state of the insulated gate type semiconductor element turns off the insulated gate type semiconductor element at a gate voltage fall rate different from the gate off operation when the abnormal state is not detected. To work,
The gate drive device in which the abnormality detection circuit does not detect the abnormal state of the insulated gate type semiconductor element turns off the insulated gate type semiconductor element at the same gate voltage fall rate as the gate off operation when the abnormal state is not detected. The composite gate driving device according to any one of claims 10 to 13 to be operated.
前記異常検出回路が絶縁ゲート型半導体素子の異常状態を検出しているゲート駆動装置は、異常状態を検出していない時のゲートオフ動作と同じゲート電圧立ち下げ速度で前記絶縁ゲート型半導体素子をオフ動作させ、
前記異常検出回路が絶縁ゲート型半導体素子の異常状態を検出していないゲート駆動装置は、異常状態を検出していない時のゲートオフ動作と異なるゲート電圧立ち下げ速度で前記絶縁ゲート型半導体素子をオフ動作させる請求項10から13のいずれか一項に記載の複合ゲート駆動装置。 Of the plurality of gate drive devices,
The gate drive device in which the abnormality detection circuit detects the abnormal state of the insulated gate type semiconductor element turns off the insulated gate type semiconductor element at the same gate voltage drop-off speed as the gate off operation when the abnormal state is not detected. To work,
The gate drive device in which the abnormality detection circuit does not detect the abnormal state of the insulated gate type semiconductor element turns off the insulated gate type semiconductor element at a gate voltage fall rate different from the gate off operation when the abnormal state is not detected. The composite gate driving device according to any one of claims 10 to 13 to be operated.
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