JP7068636B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
制御電極端子と2つの主電極端子とを備え、前記制御電極端子に加えられる駆動信号によって前記2つの主電極端子間に流れる電流を制御する半導体スイッチング素子と、
入力信号に同期して前記駆動信号を生成し、該駆動信号により前記半導体スイッチング素子をオン・オフする駆動回路と、
を具備する電力変換装置であって、
前記駆動回路は、前記半導体スイッチング素子をオフするタイミングで、前記半導体スイッチング素子の前記2つの主電極間に流れる電流を検知して、当該検知した電流が一定値以下になると、ドライブ能力を低下させることを特徴とする。
(構成)
本実施の形態に係るIPM(Intelligent Power Module)1は、例えば、産業用ロボットのジョイント、エレベータ、あるいは業務用エアコンに適用される電力変換装置であり、図1に示すように、主にスイッチング素子2とICチップ3とを含んで構成される。
次に、上記構成のIPM1の動作について説明する。
電流検出部31において、比較器32の反転入力端子には、IGBT21の主電流の大きさに比例するセンス電圧が印加される。
以上説明したように、本実施の形態によれば、電力変換装置を構成するIGBT21の主電流に応じてこのIGBT21のゲートに対するドライブ能力を調整する。具体的には、IGBTの主電流の大きさをセンス電流によって監視し、その値が一定値以下になると、電力変換装置が小電流領域で動作をしているとして、IGBTのゲートに対するドライブ能力を低下させる。その結果、図5に示すように、dv/dtが緩和される。この図において、一点鎖線cが、小電流領域でドライブ能力を低下させたときの動作波形である。点線bで示す小電流領域にあってもドライブ能力を調整しない場合(従来の場合)に比べて、コレクタ・エミッタ間電圧(VCE)の変化率が緩やかになっていることがわかる。
次に、第2の実施の形態について説明する。
図6は第2の実施の形態による電力変換装置の構成図である。図1との違いは、センス電流を電圧に変換する抵抗素子R1のセンス端子21bとの接続点側に定電流源38を設けたことである。それ以外は図1と同様のため、同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
図7に小電流領域を精度良く検出するための他の実施例を示す。図6との違いは、定電流源と抵抗素子R1との間に抵抗素子R6を介挿したことである。そして、抵抗素子R1と抵抗素子R6の接続点をセンス端子21bと接続し、抵抗素子R6と定電流源38との接続点と、比較器32の非反転入力端子とを接続する。
次に、第3の実施の形態について説明する。
図8は第3の実施の形態による電力変換装置の構成図である。図1との違いは、比較器32の反転入力端子と基準電圧源Vref1との間、および、比較器32の非反転入力端子とセンス電圧生成回路30の出力端との間に、それぞれ定電流源とP型MOSFETとの直列回路を介挿したことである。
図8において、P型MOSFET377のソースは定電流源39の出力端および比較器32の非反転入力端子に接続される。P型MOSFET377のドレインは基準電位に接続される。P型MOSFET377のゲートは抵抗素子R1の一端およびセンス端子21bに接続される。抵抗素子R1の他端は基準電位に接続される。
また、P型MOSFET378のソースは定電流源40の出力端および比較器32の反転入力端子に接続される。P型MOSFET378のドレインは基準電位に接続される。P型MOSFET378のゲートは基準電圧源Vref1に接続される。定電流源39と定電流源40は同じ温度特性を有する。
その他は図1と同様のため、同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
したがって、例えば図6、図7に示す回路では、定電圧源38の温度特性により比較器32の検出精度が低下する可能性があるが、本実施の形態による回路は検出精度の低下を抑制することができる。すなわち本実施の形態によれば、第1および第2の実施の形態の効果に加えて、装置内の温度が変動した場合でもIGBTの電流の大きさを精度よく検出することができるという効果を奏する。
2 スイッチング素子
3 ICチップ(駆動回路)
21,81a,82a IGBT(半導体スイッチング素子)
21a 電流センス用IGBT
21b センス端子
22,81b,82b 還流ダイオード
30 センス電圧生成回路
31 電流検出部
32,338 比較器
33 フィルタ回路
34 ラッチ回路
35 選択回路
36 スイッチ部
37 駆動部
38,39,40,332 定電流源
50,51 バイアス回路
331,351 NOT素子
337 コンデンサ
341 D型フリップフロップ
371 演算増幅器
333,334,335,375,376,377,378 P型MOSFET
336,372,373,374 N型MOSFET
R1~R6 抵抗素子
S 信号線
SW1,SW2 スイッチ素子
Claims (10)
- 制御電極端子と2つの主電極端子とを備え、前記制御電極端子に加えられる駆動信号によって前記2つの主電極端子間に流れる電流を制御する半導体スイッチング素子と、
入力信号に同期して前記駆動信号を生成し、該駆動信号により前記半導体スイッチング素子をオン・オフする駆動回路と、
を具備する電力変換装置であって、
前記駆動回路は、前記半導体スイッチング素子をオフするタイミングで、前記半導体スイッチング素子の前記2つの主電極間に流れる電流を検知して、当該検知した電流が一定値以下になると、ドライブ能力を低下させることを特徴とする電力変換装置。 - 前記半導体スイッチング素子は、前記2つの主電極端子間に流れる電流に応じたセンス電流を出力するセンス端子を備え、
前記駆動回路は、前記センス端子から出力される前記センス電流によって前記2つの主電極間に流れる電流を検知することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記駆動回路は、
前記センス電流の大きさに基づいて選択信号を出力する電流検出部と、
前記選択信号に基づいて前記ドライブ能力を決定するための電圧信号を出力するスイッチ部と、
当該電圧信号と前記入力信号を用いて前記駆動信号を生成する駆動部と、
ことを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記電流検出部は、
前記センス端子から出力されるセンス電流を電圧に変換してセンス電圧として出力するセンス電圧生成回路と、
前記センス電圧と基準電圧とを比較して、当該比較の結果を出力する比較器と、
前記比較の結果を示す信号を前記入力信号に同期して保持するラッチ回路と、
前記ラッチ回路の出力に基づいて、前記選択信号を出力する選択回路と、
を備えることを特徴とする請求項3に記載の電力変換装置。 - 前記センス電圧生成回路は、
前記センス端子と基準電位との間に介挿された抵抗素子からなり、
前記センス端子から出力されるセンス電流が当該抵抗素子に流れることにより発生する電圧を出力することを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。 - 前記センス電圧生成回路は、さらに定電流源を備え、
当該定電流源から出力される電流を前記抵抗素子に流すことによって前記センス電圧を所定電圧だけ上昇させる一方、前記比較器の前記基準電圧を、前記所定電圧だけ高く設定することを特徴とする請求項5に記載の電力変換装置。 - 前記定電流源と前記抵抗素子との間に第2の抵抗素子を介挿し、
前記定電流源と前記第2の抵抗素子の接続点から前記センス電圧を取り出すことを特徴とする請求項6に記載の電力変換装置。 - 前記スイッチ部は、
電圧源と基準電位との間に直列に介挿された複数の分圧抵抗素子と、
前記分圧抵抗素子に発生する少なくとも2つの異なる電圧のいずれかを前記選択信号によって選択して前記電圧信号として出力するスイッチ素子と、
を備えることを特徴とする請求項7に記載の電力変換装置。 - 前記駆動部は、
前記入力信号に同期して、前記電圧信号に応じた電流の駆動信号を前記半導体スイッチング素子の制御電極に供給して前記半導体スイッチング素子をオンするカレントミラー回路と、前記半導体スイッチング素子の制御電極に蓄積された電荷を引き抜いて前記半導体スイッチング素子をオフするスイッチ回路を備えることを特徴とする請求項8に記載の電力変換装置。 - 前記比較器と前記センス電圧生成回路との間に介挿されて、定電流源とMOSFETとを直列に接続してバイアス電圧を発生させる第1のバイアス回路と、
前記比較器と前記基準電圧を発生させる電圧源との間に介挿されて、前記定電流源と同様の温度特性を有する定電流源とMOSFETとを直列に接続してバイアス電圧を発生させる第2のバイアス回路と、を備え、
前記第1のバイアス回路は、前記センス電圧にバイアス電圧を加えて前記比較器の非反転入力端子に供給し、
前記第2のバイアス回路は、前記基準電圧にバイアス電圧を加えて前記比較器の反転入力端子に供給する、
ことを特徴とする請求項4に記載の電圧変換装置。
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