JPH0134524Y2 - - Google Patents

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JPH0134524Y2
JPH0134524Y2 JP3317680U JP3317680U JPH0134524Y2 JP H0134524 Y2 JPH0134524 Y2 JP H0134524Y2 JP 3317680 U JP3317680 U JP 3317680U JP 3317680 U JP3317680 U JP 3317680U JP H0134524 Y2 JPH0134524 Y2 JP H0134524Y2
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gto
diode
voltage
current
parallel
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【考案の詳細な説明】 本考案は、自己消弧機能を有する半導体素子、
特にゲートターンオフサイリスタの保護回路に関
するものである。
[Detailed description of the invention] The present invention provides a semiconductor element having a self-extinguishing function,
In particular, it relates to a protection circuit for gate turn-off thyristors.

例えばゲートターンオフサイリスタ(以下、単
にGTOと称す)においては通常ゲートターンオ
フ時でのオフ電圧の上昇率、所謂dv/dtの値
(通常100〜200v/μs)を低減させるべく、その
アノード・カソード間に、第1図に示すようなス
ナバー回路3が接続される。即ち、第1図におい
て放電抵抗3bが並列接続されてなるダイオード
3aに対してコンデンサ3cを直列接続し、これ
ら全体をGTO1のアノード・カソード間に図示
の如く並列接続するものである。GTO1はその
オン、オフ状態がゲート制御回路2からのゲート
パルスによつて制御されるが、第2図a,bはゲ
ートターンオフ時でのGTO1のアノード・カソ
ード間電圧VAK、アノード・カソード間電流IAK
ダイオード3aに流れる電流IDとの関係を定性的
に示したものである。また、ゲートターンオフ時
のGTO1のアノード・カソード間電圧VAKとア
ノード・カソード間電流IAKの詳細な変化は第4
図のように示される。これによると、まずGTO
1にオフゲート電圧が印加されるとGTO1に流
れていたアノード電流がスナバー回路3側へ転流
する。そしてGTO1のオフ電圧の立上り初期に
波高値大のスパイク電圧Vspがスナバー回路3に
発生する。このようなGTO1のオフ動作時の等
価回路は第5図のようになり、前記スパイク電圧
Vspは次式で表わされる。
For example, in a gate turn-off thyristor (hereinafter simply referred to as GTO), in order to reduce the rate of rise in off-voltage, the so-called dv/dt value (usually 100 to 200 V/μs) when the gate is turned off, A snubber circuit 3 as shown in FIG. 1 is connected to. That is, in FIG. 1, a capacitor 3c is connected in series to a diode 3a having a discharge resistor 3b connected in parallel, and all of these are connected in parallel between the anode and cathode of the GTO 1 as shown. The on/off state of GTO1 is controlled by the gate pulse from the gate control circuit 2. Figures 2a and b show the voltage V AK between the anode and cathode of GTO1 at gate turn-off, and the voltage between the anode and cathode of GTO1 when the gate is turned off. This diagram qualitatively shows the relationship between the current I AK and the current ID flowing through the diode 3a. In addition, detailed changes in the anode-cathode voltage V AK and anode-cathode current I AK of GTO1 at gate turn-off are explained in the fourth section.
Shown as shown. According to this, first GTO
When an off-gate voltage is applied to GTO 1, the anode current flowing through GTO 1 is commutated to the snubber circuit 3 side. Then, a spike voltage Vsp with a large peak value is generated in the snubber circuit 3 at the beginning of the rise of the off-voltage of the GTO 1. The equivalent circuit when GTO1 is off is as shown in Figure 5, and the spike voltage
Vsp is expressed by the following formula.

Vsp=(Ls+Lcs)dIAK/dt+1/C ∫t2-t1 t1IAKdt+vfr …(1) ただし、Lsはスナバー回路の配線インダクタ
ンス、Lcsはコンデンサ3cの内部インダクタン
ス、Cはコンデンサ3cのキヤパシタンス、vfr
はダイオード3a(Ds)の順回復電圧である。
Vsp=(Ls+Lcs)dI AK /dt+1/C ∫ t2-t1 t1 I AK dt+v fr ...(1) However, Ls is the wiring inductance of the snubber circuit, Lcs is the internal inductance of the capacitor 3c, C is the capacitance of the capacitor 3c, v fr
is the forward recovery voltage of the diode 3a (Ds).

すなわちスパイク電圧Vspはスナバー回路3の
インダクタンスとアノード・カソード間電流IAK
が減少する期間(t1からt2の間)に充電されたコ
ンデンサ3cの電圧と、ダイオード3aの順回復
電圧とによつて発生する。このスパイク電圧Vsp
はGTOの最大しや断電流(可制御電流)を決定
するための一つの大きな要因となる。スパイク電
圧Vspが大きいとGTOは可制御電流以下の電流
をターンオフしても破壊する恐れがある。このた
めスパイク電圧Vspを小さくしてGTOの破壊を
防止する必要がある。
In other words, the spike voltage Vsp is determined by the inductance of the snubber circuit 3 and the anode-cathode current IAK
This is generated by the voltage of the capacitor 3c charged during the period when the voltage decreases (between t1 and t2 ) and the forward recovery voltage of the diode 3a. This spike voltage Vsp
is one of the major factors in determining the maximum current (controllable current) of the GTO. If the spike voltage Vsp is large, the GTO may be destroyed even if the current below the controllable current is turned off. Therefore, it is necessary to reduce the spike voltage Vsp to prevent destruction of the GTO.

また、GTOはそのターンオフ時間が短いが、
しや断される電流の値が大きくなる程にダイオー
ド3aには波高値大のスパイク電流IDが流れるよ
うになり、その電流上昇率di/dtは場合によつて
は400A/μs程度にもなつて、これがためにダイ
オード3aが破損される恐れがある。ダイオード
3aの破損はスイツチング損失にその原因を求め
得るが、ダイオード3aとして大電流容量のもの
を用いてもその破損を防止し得ないのが実状であ
る。
Also, although the GTO has a short turn-off time,
As the value of the current that is cut off increases, a spike current I D with a large peak value will flow through the diode 3a, and the current increase rate di/dt may be as high as 400 A/μs in some cases. As a result, the diode 3a may be damaged. Although the cause of damage to the diode 3a can be found in switching loss, the reality is that damage cannot be prevented even if a diode 3a with a large current capacity is used.

本考案の目的は、GTOが波高値大のスパイク
電圧によつて破壊されない構成のGTOの保護回
路を供するにある。
An object of the present invention is to provide a protection circuit for a GTO that is configured so that the GTO is not destroyed by a spike voltage with a large peak value.

この目的のため、本考案は、同一特性の小電流
容量ダイオードの複数並列接続を以て従来のダイ
オードに代えんとするものである。
To this end, the present invention replaces conventional diodes by connecting a plurality of small current capacity diodes with the same characteristics in parallel.

以下、本考案を第3図により説明する。 The present invention will be explained below with reference to FIG.

本考案によるGTOの保護回路5は図示の如く
第1図におけるダイオード3aを、同一特性の小
電流容量ダイオード5a1,5a2,…を所要数並列
接続することによつて得んとするものであり、放
電抵抗5b、コンデンサ5cは勿論それぞれ第1
図における放電抵抗3b、コンデンサ3cに相対
応するものである。並列接続される小電流容量ダ
イオードの個数は接合温度の上昇許容値を考慮し
て個々具体的に決定されるべきである。小電流容
量ダイオードを所要数並列接続する場合は、たと
えその合計電流容量値が小さくとも破壊されるこ
となくダイオードとして機能するようになるもの
であり、これは多くの例について実験的にも確か
められた事実である。
As shown in the figure, the GTO protection circuit 5 according to the present invention is obtained by connecting the diode 3a in FIG. 1 in parallel with a required number of small current capacity diodes 5a 1 , 5a 2 , etc. having the same characteristics. Of course, the discharge resistor 5b and capacitor 5c are each connected to the first
This corresponds to the discharge resistor 3b and capacitor 3c in the figure. The number of small current capacity diodes to be connected in parallel should be individually determined in consideration of the allowable rise in junction temperature. When the required number of small current capacity diodes are connected in parallel, even if their total current capacity is small, they will function as diodes without being destroyed, and this has been experimentally confirmed in many cases. It is a fact.

小電流容量ダイオードの並列接続を以て所期の
目的が達成される理由は以下のように考えられ
る。即ち、GTOのしや断速度が1μs以下であるこ
とから、ダイオードには急峻な立上り(実験例で
はdi/dt400A/μs)の電流が流れることは明
らかである。ところで一般に電流を負担する接合
はパルス幅が狭い程に拡がり導通面積が少なく局
部的に高電流密度であつて発生損失も大きいが、
既述のダイオードの破損はこれに原因するものと
考えられる。しかして、そのような急峻di/dtに
対しては電流容量とは無関係に全面積が有効に導
通し得ないが、ダイオードを並列接続すれば、実
質的に拡がり導通面積が拡大されて導通部分での
電流密度を小さくし得る。このためダイオードで
発生する電圧(vfr)を小さくすることができ、
前述した第(1)式のスパイク電圧Vspを小さくする
ことが可能となる。これによつてGTO1が破壊
されるのを防止することができる。またダイオー
ド5a1,5a2,…の破損も有効に防止される。
The reason why the intended purpose is achieved by connecting small current capacity diodes in parallel is considered to be as follows. That is, since the break-down speed of the GTO is 1 μs or less, it is clear that a current with a steep rise (di/dt 400 A/μs in the experimental example) flows through the diode. By the way, in general, the narrower the pulse width, the wider the junction that carries the current, the smaller the conduction area, the locally high current density, and the greater the loss generated.
This is thought to be the cause of the damage to the diode mentioned above. However, for such a steep di/dt, the entire area cannot be effectively conductive regardless of the current capacity, but if diodes are connected in parallel, the conduction area will be expanded and the conduction area will be reduced. It is possible to reduce the current density at Therefore, the voltage (v fr ) generated in the diode can be reduced,
It becomes possible to reduce the spike voltage Vsp in equation (1) described above. This can prevent GTO1 from being destroyed. Furthermore, damage to the diodes 5a 1 , 5a 2 , . . . is also effectively prevented.

以上説明したように本考案は、放電抵抗に並列
接続され、コンデンサに対しては直列接続される
ダイオードを、同一特性の小電流容量ダイオード
の複数並列接続で構成したものであるから、
GTOのオフ動作時にダイオードで発生する電圧
を小さく抑制することができる。このためGTO
のアノード・カソード間に発生するスパイク電圧
を低減でき、GTOの素子破壊を防止することが
できる。またダイオードは熱的に破損されないと
いう効果がある。
As explained above, in the present invention, the diode connected in parallel to the discharge resistor and connected in series to the capacitor is composed of multiple parallel connections of small current capacity diodes with the same characteristics.
It is possible to suppress the voltage generated in the diode when the GTO turns off. For this reason GTO
It is possible to reduce the spike voltage that occurs between the anode and cathode of the GTO, and prevent damage to the GTO element. Another advantage is that the diode is not thermally damaged.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、従来技術に係るGTO保護回路の構
成図、第2図a,bは、ターンオフ時でのその要
部における電圧、電流波形図、第3図は、本考案
によるGTO保護回路の構成図、第4図はターン
オフ動作の詳細な変化を示す電圧、電流波形図、
第5図はターンオフ動作時の等価回路図である。 1……GTO、5a1,5a2……ダイオード、5
b……放電抵抗、5c……コンデンサ。
Figure 1 is a configuration diagram of a GTO protection circuit according to the prior art, Figures 2a and b are voltage and current waveform diagrams at the main parts at turn-off, and Figure 3 is a diagram of the GTO protection circuit according to the present invention. The configuration diagram and Figure 4 are voltage and current waveform diagrams showing detailed changes in turn-off operation.
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram during turn-off operation. 1...GTO, 5a 1 , 5a 2 ...Diode, 5
b...Discharge resistance, 5c...Capacitor.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] ダイオードに放電抵抗、コンデンサがそれぞれ
並列接続、直列接続されるようにしてなり、ゲー
トターンオフサイリスタのアノード・カソード間
に並列接続されて該サイリスタのターンオフ時ア
ノード・カソード間電圧の急峻立上りを抑制する
ものにして、上記ダイオードが、同一特性のダイ
オードの複数並列接続を以てしてなる構成を特徴
とするゲートターンオフサイリスタの保護回路。
A diode, a discharge resistor, and a capacitor are connected in parallel and series, respectively, and are connected in parallel between the anode and cathode of a gate turn-off thyristor to suppress a sudden rise in the voltage between the anode and cathode when the thyristor is turned off. A protection circuit for a gate turn-off thyristor, characterized in that the diode is constituted by a plurality of diodes having the same characteristics connected in parallel.
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