JPH01129780A - 半導体素子の駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発＃９ｊは自己消弧形半導体素子をブリッジ接続し
てなる早導体電力変換装置、例えばトランジスタインバ
ータの駆動回路に関するもので、特に直臨の正極側につ
ながるアーム（以下、上側アームと記述し、もう一方を
下側アームと記述する。）の素子の駆動回路に関する。

〔従来の技術〕

この種の駆動回路は、構成が簡単でかつ安価なことが望
まれる。特に、最近は半導体素子の駆動電力を低減し、
電源回路を簡累化しようという傾向にある。一方、パワ
ーＭＯ８ＦｆｆＴや１ＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｑ
ａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　ｍｏｄｅ　Ｔｒａｎｓｉｓｔ
ｏｒ）などの電圧駆動形半導体素子の発展が著しく、低
駆動電力でかつ高速スイッチング、に対応できることか
ら、次世代の半導体素子として期待されている。

これら電圧駆動形半導体素子をブリッジ緩貌してなる半
導体電力変換器置の駆動回路として、例えば特開昭６０
−７０９８０号公報に示すものが提案されており、これ
を要点だけ取り出して図示すると第４図のようになる。

同図には１つのアーム対しか示していないが、実際の装
置は複数のアーム対で構成される。各アームは、自己消
弧形半導体素子（図ではパワーＭＯ８ＦＥＴ５．８　）
と高速ダイオード６．７を逆並列接続した構成となって
おり、下側アームのゲート駆動回路９には、駆動回路電
源１１から直接電源が供給される。

上側アームについては以下のようになる。装置に電源が
投入された初期の状態では、コンデンサ３の電荷は”０
”であり、従って、上側アームの駆動回路４は動作不能
である。そこで、まず下側アームの素子（パワーＭＯ８
ＦＥＴ）８を導通させる。これにより、パワーＭＯ８Ｆ
ＥＴ８のドレイン−ソース間電圧ｖＤ８はオン状態の比
較的低い電圧（ｖＤｓｏｎとする）となり、駆動回路電
源１１゜高速ダイオード２．コンデンサ３およびパワー
Ｍｏｓｐｇ’ｒｓを介して電流が流れることにより、コ
ンデンサ３が充電される。これを等両回路で表わすと第
５図のようになり、コンデンサ３の電圧ｖｃは、 ｖｃ−ｖｃｃ−ｖＦ−ｖＤｓｏｎ で与えられる。ここで、ｖｃｃは駆動回路電源１１の電
圧で、変動は小さくできる。また、ｖＦはダイオード２
の順方向電圧降下で、値は小さく、変動も少ない。これ
に対し、ｖＤ８゜。は負荷電流に依存して比較的大きく
変化する。従って、ｖｃの変動も大きい。上側アームの
パワーＭＯ８ＦＥＴ５はコンデンサ３に蓄えられた電荷
を駆動源とし、等し。一般に、電圧駆動形牛導体素子の
出力特性へ は第６図に示すようにＶＣＳに依存し、ｖＧｓが高い程
同じ電流値におけるオン電圧は低くなる。但し、ｖＧｓ
は絶対最大定格により上限が規定されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記ｖｃは負荷電流の増大に伴ない低下
することから、増々ｖＤｓｏｎの増大を招き、発生損失
が増加するという問題がある。また、電圧駆動形牛導体
素子には入力容量があり、駆動時にはこれを充電する必
要がある。第４図の例では駆動に必要な電力はコンデン
サ３から供給される構成となっており、入力容量の充電
に必要なエネルギーと駆動回路を動作させるのに必要な
電力を蓄えるため、比較的大きな容量のコンデンサが必
要となる。

したがって、この発明は比較的簡単な回路構成で、負荷
電流の大小によらず安定した駆動電圧を供給し得る駆動
回路を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

自己消弧可能な半導体素子をブリッジ接続してなる半導
体電力変換器の主回路正極側の各アームの半導体素子を
駆動する駆動部と、前記主回路と電気的に絶縁され該駆
動部に電力を供給する電源と、前記駆動部の電源端子間
に接続されたコンデンサと、前記電源およびコンデンサ
の各正極側端子間に接続されたスイッチ素子と、アノー
ド側がコンデンサの負極側端子に接続されカソード側が
電源の負極側に接続されたダイオードと、からなり、半
導体素子の駆動信号が与えられている期間のみ対応する
前記スイッチ素子を導通させる。

〔作用〕

上側アーム用に独立した駆動回路電源を設け、上側各ア
ームの駆動回路の電源入力端子間にコンデンサを接続し
、前記電源とコンデンサとの間にスイッチ素子およびダ
イオードを接続してアーム間の電位を絶縁分離すること
により、安定な駆動電圧を供給可能とする。

〔発明の実施例〕

第１図にこの発明の実施例を示す。これは単相の例であ
るが、３相の場合でも同様である。

同図から明らかなように、上側各アームの駆動回路には
各々電源端子間に接続されたコンデンサから電源が供給
される。コンデンサ、例えば３ａには駆動回路電源１２
からスイッチ１３ａおよびダイオード２ａを介して電力
が供給される。ここで、スイッチ１３ａ、１３ｂはまわ
り込みによる短絡回路の形成を阻止するためのもので、
各々のスイッチは自身のアームにオン信号が与えられた
場合、および全てのアームにオフ信号が与えられていて
、かつ負荷側に起電力のない場合に閉じられる。従って
、導通状態では駆動電力は駆動回路電源１２から供給さ
れ、コンデンサ３ａはオフ状態におけるわずかな電力を
供給すれば良く、小さな容量のコンデンサで長時間の電
圧保持が可能である。更に、コンデンサの両端電圧は、
駆動回路電源電圧からスイッチ素子およびダイオードの
順方向電圧降下を差し引いた値となるが、通電電流はさ
ほど大きくないことからスイッチ素子の電圧降下は小さ
く、比較的安定した値となる。゛なお、第１図において
ダイオード２ａ、２ｂはまわり込み防止用として用いら
れる。

第２図および第３図はスイッチ素子１３ａ、１３ｂおよ
びダイオードの機能を説明するための動作説明図である
。第２図はパワーＭＯ８ＦＥＴ５ａと８ｂが導通してい
る状態を示しており、このとき×イツチ素子１３ｂが導
通していると、図中に矢印で示す経路で電流がまわり込
み、コンデンサ３ｂおよびゲート駆動回路４ｂが破壊す
る。−方、第３図はダイオード２ａ　、２ｂの機能を説
明するための説明図で、第２図と同様にパワーＭ０８Ｆ
ＥＴ５　ａと８ｂが導通状態で、スイッチ素子１３ａの
みが導通している場合を示す。直流の正側母線の電位を
Ｐ１負側をＮとし、電位差をＥｄとする。スイッチ素子
１３ａが導通しており、パワーＭＯ８ＦＥＴ５ａは導通
状態であるから、ダイオード２ａのカソードＡ点の電位
はほぼＰに等しし１゜また、パワー八（Ｏ８ＦＥＴａｂ
が導通していることから、ダイオード２ｂのアノード８
点のＩＥ位はＮ−１ｃはぼ等しぐ、従って、ダイオード
２ｈの両端にはｉｔ渡電圧Ｅｄが逆電圧として加わる。

すなわぢ、ダイオード２ｂが直ｍ電圧を受は持つことに
より、パワーＭＯ８ＦＨＴａｂの駆動回路４ｂはパワー
Ｍ０３ＦＥＴ５ａのそれと絶縁分離される。

以上の結果、１個の電源により上側アーム各駆動回路へ
の給電が可能となる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、上側アーム用に独立した１個の駆動
回路電源を設け、上側谷アームの駆動回路に主スイツチ
ング素子を介することなく１９屯する構成としたことか
ら、負荷電流の大小によらず安定した駆動電圧が得られ
る。また、主スイツチング素子に導通信号が与えられて
いる期間に、駆動回路電源より対応する駆動回路に電力
を供給する構成としたことから、駆動回路の電源端子間
に接続するコンデンサの容量を小さくすることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実ｗＡ例を示す回路図、第２図はス
イッチ素子の機能を説明するための説明図、第３図はダ
イオードの機能を説明するための説明図、＠４図は半導
体素子の駆動回路の従来例を示す回路図、第５図は下側
アーム素子がオン状態のときの第４図の等価回路を示す
回路図、第６図はパワーＭＯ５ＦＥＴの出力特性を示す
特性図である。 符号説明 １　・・−・−直光電圧源、２，２ａ、２ｂ、６，６ａ
。 ６　ｂ　、　７　、７　ａ　、　７　ｂ　・曲・ダイオ
ード、３，３ａ。 ３ｂ、１０，１０ａ、１０ｂ・・−−−−：ｙｙデンサ
、４゜４　ａ　、　４　ｂ　、　９　、９　ａ　、　９
　ｂ−・・・・・ゲート駆動回路、Ｓ　、　５　ａ　、
　５　ｂ　、　８　、８　ａ　、　８　ｂ−−−−−−
パｒｙ−ＭＯ８ＦＥＴ、　１１　、１２・曲−駆動回路
電源、１３ａ。 １３ｂ・・・・・・スイッチ素子、１４，１５・・・・
・・出力端子。 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　　　　清

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 自己消弧可能な半導体素子をブリッジ接続してなる半導
   体電力変換器の主回路正極側の各アームの半導体素子を
   駆動する駆動部と、 前記主回路と電気的に絶縁され該駆動部に電力を供給す
   る電源と、 前記駆動部の電源端子間に接続されたコンデンサと、 前記電源およびコンデンサの各正極側端子間に接続され
   たスイッチ素子と、 アノード側がコンデンサの負極側端子に接続され、カソ
   ード側が電源の負極側に接続されたダイオードと、 からなり、半導体素子の駆動信号が与えられている期間
   のみ対応する前記スイッチ素子を導通させることを特徴
   とする半導体素子の駆動回路。