JPH04248373A - Voltage type inverter device - Google Patents

Voltage type inverter device

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Publication number
JPH04248373A
JPH04248373A JP3006488A JP648891A JPH04248373A JP H04248373 A JPH04248373 A JP H04248373A JP 3006488 A JP3006488 A JP 3006488A JP 648891 A JP648891 A JP 648891A JP H04248373 A JPH04248373 A JP H04248373A
Authority
JP
Japan
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output
circuit
power
voltage
switching element
Prior art date
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Pending
Application number
JP3006488A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Morita
真 森田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH04248373A publication Critical patent/JPH04248373A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent severe troubles such as burning by using a detecting means, which detects the overload of the output of a driving circuit for driving a voltage driving type power switching element, and an breaking means, which stops the output of the driving circuit based on the output of the detection means. CONSTITUTION:A differential amplifier 14 detects the voltages across a gate resistor 12 and an integrating circuit 215 integrates the output. Hereupon, if the input terminal of the voltage driving type power switching element 13 shorts, the output of the integrating circuit 15 becomes large. And when the output of the integrating circuit 15 becomes larger than a specified value after a specified time, a comparison circuit 16 outputs an EN signal to a driving control circuit 8a so as to make the drive output voltage high impedance and stops the gate current.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

[発明の目的] [Purpose of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、電圧駆動形の電力用ス
イッチング素子を用いた電圧形インバータ装置に関する
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a voltage-type inverter device using voltage-driven power switching elements.

【0002】0002

【従来の技術】図4に三相の電圧形インバータ装置の構
成の一例を示す。1が入力交流電源であり、コンバータ
回路2により直流電源に変換される。3がインバータ回
路で、コンバータ回路2により変換された直流電源を、
再び可変電圧可変周波数の交流電源に再変換する回路で
ある。4がインバータ回路の負荷となる駆動モータ、5
がインバータ回路を駆動制御する回路である。図3は従
来の電圧駆動形の電力用スイッチング素子の駆動回路の
1回路分を示している。6,7が正負駆動電源、8が駆
動制御回路,9、10が駆動回路終段トランジスタであ
る。11は駆動回路の正側終段トランジスタ9のコレク
タ抵抗であり、コレクタ電流を制限するのと同時に、ト
ランジスタ9、10の瞬時同時オンによる電源短絡モー
ドを防止している。ゲート抵抗であり、ゲート出力が変
化した時の瞬時電流を制限している。13が電圧駆動形
の電力用スイッチング素子である。
2. Description of the Related Art FIG. 4 shows an example of the configuration of a three-phase voltage source inverter device. Reference numeral 1 denotes an input AC power source, which is converted into a DC power source by a converter circuit 2. 3 is an inverter circuit, which converts the DC power converted by the converter circuit 2,
This is a circuit that reconverts it into a variable voltage, variable frequency AC power supply. 4 is a drive motor serving as a load of the inverter circuit; 5
is the circuit that drives and controls the inverter circuit. FIG. 3 shows one drive circuit for a conventional voltage-driven power switching element. 6 and 7 are positive and negative drive power supplies, 8 is a drive control circuit, and 9 and 10 are drive circuit final stage transistors. Reference numeral 11 denotes a collector resistor of the positive end stage transistor 9 of the drive circuit, which limits the collector current and at the same time prevents a power supply short-circuit mode due to instantaneous simultaneous on of the transistors 9 and 10. This is a gate resistance that limits the instantaneous current when the gate output changes. 13 is a voltage-driven power switching element.

【0003】電圧駆動形の電力用スイッチング素子は、
図2(b)に示すように、ターンオン、ターンオフ時に
流れるのみであり、その駆動制御は小電力で、簡単に出
来るため、電力容量が小さな回路で済み、装置が小型に
なるという特徴がある。このため、近年の小型・軽量化
のニーズにマッチし、よく用いられるようになってきて
いる。しかし、そのためドライブ回路は小電力用の放熱
設計、電力容量設計になっており、もし電力用スイッチ
ング素子の駆動入力端子が短絡するような事故が生ずる
と、ドライブ電流が連続的に流れ、小電力用のドライブ
回路は焼損にいたり重大事故となる。これを避けるため
、短絡時にも耐えうるような電力設計をすると、従来の
パワートランジスタなどの電流駆動形の電力用スイッチ
ング素子の大規模なドライブ回路と何ら変わらなくなり
、電圧駆動形素子を採用したメリットはなくなってしま
う。
[0003] Voltage-driven power switching elements are
As shown in FIG. 2(b), it only flows during turn-on and turn-off, and its drive control can be easily performed with low power consumption, so a circuit with small power capacity is required and the device can be made compact. For this reason, it matches the recent needs for smaller size and lighter weight, and is becoming more and more commonly used. However, for this reason, the drive circuit has a heat dissipation design and a power capacity design for low power use, so if an accident such as a short circuit occurs in the drive input terminal of the power switching element, the drive current will flow continuously and the low power The drive circuit for the machine could burn out, resulting in a serious accident. To avoid this, if you design the power to withstand short circuits, it will be no different from a large-scale drive circuit for current-driven power switching elements such as conventional power transistors, which is an advantage of using voltage-driven elements. will be gone.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
電圧駆動型パワー素子を用いたインバータはゲート−エ
ミッタ間(IGBTの場合、MOSFETの場合:ゲー
ト−ソース間)が短絡モードで故障するとドライブ回路
が焼損するという問題があった。これを避けるため、短
絡時にも耐えうるような電力容量設計にすればよいが、
そうすると、従来の電流駆動形のドライブ回路となんら
変わらなくなり、電圧駆動形素子を採用したメリットは
なくなってしまう。
[Problems to be Solved by the Invention] As mentioned above, inverters using conventional voltage-driven power devices fail in the short-circuit mode between the gate and emitter (in the case of IGBT, in the case of MOSFET: between gate and source). There was a problem with the drive circuit burning out. To avoid this, the power capacity can be designed to withstand short circuits, but
In this case, there will be no difference from a conventional current-driven drive circuit, and the advantage of using a voltage-driven element will be lost.

【0005】そこで、本発明は上記欠点を解決するため
のものであり、電圧駆動形パワー素子の入力端子が短絡
モードで故障したときも重故障に到らないようにするも
のである。 [発明の構成]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is intended to solve the above-mentioned drawbacks, and is intended to prevent a serious failure even when the input terminal of a voltage-driven power element fails in short-circuit mode. [Structure of the invention]

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、電圧駆動形の電力用スイッチング素子か
ら成る主回路と、前記電力用スイッチング素子を駆動す
るドライブ回路と、このドライブ回路出力の過負荷を検
出する検出手段と、この検出手段の出力を基に前記ドラ
イブ回路の出力を遮断する遮断手段とを備えた電圧形イ
ンバータ装置、及び、交流電力を直流電力に変換するコ
ンバータ部と直流電力を交流電力に再変換するインバー
タ部とを持ち、速度設定器により設定した運転条件でイ
ンバータ部に接続する電動機を可変速運転するインバー
タ装置において、電圧駆動形の電力用スイッチング素子
から成る主回路と、前記電力用スイッチング素子を駆動
するドライブ回路と、このドライブ回路出力の過負荷を
検出する検出手段と、この検出手段の出力を基に前記ド
ライブ回路の出力電流を制限する制限手段とを備えた電
圧形インバータ装置を提供する。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention provides a main circuit comprising a voltage-driven power switching element, a drive circuit for driving the power switching element, and a drive circuit for driving the power switching element. A voltage source inverter device comprising a detection means for detecting an output overload, and a cutoff means for cutting off the output of the drive circuit based on the output of the detection means, and a converter section for converting AC power into DC power. In an inverter device that has an inverter section that reconverts DC power into AC power, and operates a motor connected to the inverter section at variable speed under operating conditions set by a speed setting device, it is composed of a voltage-driven power switching element. a main circuit, a drive circuit for driving the power switching element, a detection means for detecting an overload of the output of the drive circuit, and a limiting means for limiting the output current of the drive circuit based on the output of the detection means. A voltage source inverter device is provided.

【0007】[0007]

【作用】上記検出手段と遮断手段、或いは検出手段と制
限手段とを設けることにより、短絡モードで故障しても
ゲート電流が所定時間以上、所定電流値以上流れ続けな
いように電流を遮断したり電流を制限し、ゲート抵抗の
温度上昇を検出してゲート回路をオープンするようにゲ
ート抵抗に直列に温度ヒューズを挿入したりする。
[Operation] By providing the above-mentioned detection means and cutoff means, or detection means and restriction means, the current can be cut off so that the gate current does not continue to flow for more than a predetermined time or a predetermined current value even if a failure occurs in short circuit mode. A thermal fuse is inserted in series with the gate resistor to limit the current and open the gate circuit by detecting a temperature rise in the gate resistor.

【0008】[0008]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1を基に説明す
る。尚、図3と同じ符号は同一内容なので、ここでの説
明は省略する。
[Embodiment] An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. Note that the same reference numerals as in FIG. 3 have the same contents, so a description thereof will be omitted here.

【0009】8aは駆動制御回路であり、EN入力端子
は出力段のトランジスタ9、10の両方をオフ、つまり
出力をハイインピーダンスにするための端子である。駆
動制御回路8aはドライブ出力トランジスタ9、10、
ゲート抵抗12を通して、主回路パワー素子13を駆動
している。14は差動増幅器であり、ゲート抵抗12の
両端の電圧を検出し出力している。つまりゲート電流に
比例した電圧を出力している。15は積分回路であり差
動増幅器14の出力を積分するものである。16は比較
器であり積分回路15の出力がVINT >+VR ま
たはVINT <−VR の条件の時、低電位の出力を
するものである。比較器16の出力は駆動制御回路8a
のEN端子に接続されている。
Reference numeral 8a denotes a drive control circuit, and the EN input terminal is a terminal for turning off both output stage transistors 9 and 10, that is, for making the output high impedance. The drive control circuit 8a includes drive output transistors 9, 10,
A main circuit power element 13 is driven through a gate resistor 12. 14 is a differential amplifier, which detects the voltage across the gate resistor 12 and outputs it. In other words, it outputs a voltage proportional to the gate current. Reference numeral 15 denotes an integrating circuit that integrates the output of the differential amplifier 14. A comparator 16 outputs a low potential when the output of the integrating circuit 15 is VINT>+VR or VINT<-VR. The output of the comparator 16 is sent to the drive control circuit 8a.
is connected to the EN terminal of

【0010】このように構成された本実施例においては
、図2(a)に示すようなスイッチング波形がゲートド
ライブ回路より出力されると、電圧駆動形のパワー素子
の入力端子は高インピーダンス、高入力容量であるので
、流れるゲート電流は図2(b)に示すように、信号に
変化時点にのみパルス状の電流が流れる。主回路パワー
素子が正常であれば、図2(d)に示すような図2(b
)の波形の積分波形となり、瞬時のパルス電流しか流れ
ないために、積分回路出力電圧VINT は+VR>V
INT >−VR の範囲となり、比較器12は作動せ
ず、駆動制御回路9のEN端子もまノンアクティブのま
まのため正常にスイッチングドライブする。
In this embodiment configured as described above, when a switching waveform as shown in FIG. Since it is an input capacitor, the gate current that flows is a pulse-like current that flows only when the signal changes, as shown in FIG. 2(b). If the main circuit power element is normal, the
), and only instantaneous pulse current flows, so the integrating circuit output voltage VINT is +VR>V
The range is INT>-VR, the comparator 12 does not operate, and the EN terminal of the drive control circuit 9 also remains non-active, so switching drive is performed normally.

【0011】これに反して、主回路パワー素子の入力端
子が短絡していた場合は図2(c)に示すようにゲート
電源電圧とゲート抵抗値とで決まる、連続的な電流が流
れる。この時このまま状態で駆動されていれば、ゲート
抵抗は焼損に到る。図2(e)はこの時の積分回路11
の出力波形を示したもので、当然連続的な電流が流れて
いるため、積分回路出力VINT は大きな値となり、
ある時間後にVINT >+VR もしくはV INT
<−VR となり、比較回路16は駆動制御回路8aに
EN信号を出力し、ドライブ出力電圧をハイインピーダ
ンスとし、ゲート電流を遮断することとなる。図2(f
)の例では、連続的にゲート電圧がスイッチングされる
例を示しているが、実際の動作では、ハイインピーダン
スになったところでゲート電流は零となり、積分出力電
圧は保持されるので、制御電源を落とさない限りゲート
ブロック状態は保持される。
On the other hand, if the input terminal of the main circuit power element is short-circuited, a continuous current flows, which is determined by the gate power supply voltage and the gate resistance value, as shown in FIG. 2(c). At this time, if the drive is continued in this state, the gate resistance will burn out. FIG. 2(e) shows the integrating circuit 11 at this time.
This shows the output waveform of VINT, which naturally has a continuous current flowing, so the integrator circuit output VINT has a large value.
After a certain time VINT >+VR or V INT
<-VR, the comparator circuit 16 outputs an EN signal to the drive control circuit 8a, sets the drive output voltage to high impedance, and cuts off the gate current. Figure 2 (f
) shows an example in which the gate voltage is switched continuously, but in actual operation, the gate current becomes zero when the impedance becomes high, and the integrated output voltage is maintained, so the control power supply is switched off. The gate block state will be maintained unless dropped.

【0012】以上述べたように、本実施例によれば、ゲ
ート電流の異常を検出し、ドライブ回路を遮断するため
、主回路パワー素子の入力端子が短絡モードで故障して
も、その異常を検出し遮断できるため、焼損などの重故
障にまで到ることを防ぐとともとに、本来の電圧駆動形
パワー素子の目的である小形化をも同時の達成するもの
である。
As described above, according to this embodiment, an abnormality in the gate current is detected and the drive circuit is cut off, so even if the input terminal of the main circuit power element fails in short-circuit mode, the abnormality can be detected. Since it can be detected and shut off, it prevents serious failures such as burnout, and at the same time achieves the original purpose of voltage-driven power devices, which is miniaturization.

【0013】また、本発明の他の実施例としては、ドラ
イブ回路のゲート抵抗に直列に温度ヒューズをいれ、そ
の温度ヒューズを抵抗の発熱が伝わるように取り付けて
おく。こうすることによって、主回路パワー素子の入力
端子が短絡故障し、電流がゲート抵抗に連続的に流れ、
ゲート抵抗の温度が高くなったとしても、ゲート抵抗の
温度上昇を温度ヒューズで検出できると同時にゲート電
流の遮断もできる。
In another embodiment of the present invention, a thermal fuse is inserted in series with the gate resistor of the drive circuit, and the thermal fuse is attached so that the heat generated by the resistor is transmitted. By doing this, the input terminal of the main circuit power element is short-circuited, and current flows continuously through the gate resistor.
Even if the temperature of the gate resistor becomes high, the thermal fuse can detect the temperature rise of the gate resistor and at the same time cut off the gate current.

【0014】更に、その他の実施例としては、ドライブ
回路のゲート抵抗を通常の抵抗器ではなく温度的に非線
形な抵抗器を用いることでも可能である。ゲート抵抗に
温度上昇によって抵抗値が上がる、温度的に非線形な抵
抗器を用いることにより、主回路パワー素子の入力端子
が短絡故障し、電流がゲート抵抗に連続的に流れ、ゲー
ト抵抗の温度が高くなったとしても、ゲート抵抗の温度
上昇によりゲート抵抗値自体が高くなりゲート電流を限
流させることとなり、温度上昇を抑制する効果を持つ。
Furthermore, as another embodiment, it is also possible to use a temperature-nonlinear resistor instead of a normal resistor as the gate resistance of the drive circuit. By using a temperature-nonlinear resistor whose resistance value increases with temperature rise for the gate resistor, the input terminal of the main circuit power element may be short-circuited, current flows continuously through the gate resistor, and the temperature of the gate resistor increases. Even if the temperature rises, the gate resistance value itself increases due to the temperature rise of the gate resistance, limiting the gate current, which has the effect of suppressing the temperature rise.

【0015】その他、上記以外でも、なんらかの温度検
出センサを設ければ同じであるし、前記電子回路におい
ても、デジタル回路で積分、比較など、すべての処理が
できることは言うまでもない。
[0015] In addition to the above, it is the same as long as some kind of temperature detection sensor is provided, and it goes without saying that all processes such as integration and comparison can be performed by digital circuits in the electronic circuit.

【0016】[0016]

【発明の効果】本発明によれば、主回路パワー素子の入
力端子が短絡モードで故障しても、その異常を検出し遮
断できるため、焼損などの重故障にまで到ることを防ぐ
とともに、本来の電圧駆動形パワー素子の目的である小
形化をも同時の達成するものである。
[Effects of the Invention] According to the present invention, even if the input terminal of the main circuit power element fails in short-circuit mode, the abnormality can be detected and shut off, thereby preventing serious failures such as burnout, and At the same time, the original purpose of voltage-driven power devices, which is miniaturization, can be achieved.

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

【図1】本発明の一実施例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】図1の回路の動作を説明した図である。FIG. 2 is a diagram explaining the operation of the circuit in FIG. 1;

【図3】従来のドライブ回路の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a conventional drive circuit.

【図4】三相インバータ装置の概略構成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a three-phase inverter device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  入力交流電源 2  コンバータ回路 3  インバータ回路 4  駆動モータ 5  インバータ回路駆動制御回路 6,7  正負駆動電源 8a  駆動制御回路 9,10  駆動回路終段トランジスタ11  コレク
タ抵抗 12  ゲート抵抗 13  電圧駆動形の電力用スイッチング素子14  
差動増幅器 15  積分回路 16  比較器
1 Input AC power supply 2 Converter circuit 3 Inverter circuit 4 Drive motor 5 Inverter circuit drive control circuit 6, 7 Positive/negative drive power supply 8a Drive control circuit 9, 10 Drive circuit final stage transistor 11 Collector resistor 12 Gate resistor 13 For voltage-driven power switching element 14
Differential amplifier 15 Integrating circuit 16 Comparator

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  交流電力を直流電力に変換するコンバ
ータ部と直流電力を交流電力に再変換するインバータ部
とを持ち、速度設定器により設定した運転条件でインバ
ータ部に接続する電動機を可変速運転するインバータ装
置において、電圧駆動形の電力用スイッチング素子から
成る主回路と、前記電力用スイッチング素子を駆動する
ドライブ回路と、このドライブ回路出力の過負荷を検出
する検出手段と、この検出手段の出力を基に前記ドライ
ブ回路の出力を遮断する遮断手段とを備えたことを特徴
とする電圧形インバータ装置。
Claim 1: The motor has a converter section that converts AC power to DC power and an inverter section that reconverts DC power to AC power, and the motor connected to the inverter section is operated at variable speed under operating conditions set by a speed setting device. An inverter device comprising: a main circuit comprising a voltage-driven power switching element; a drive circuit for driving the power switching element; a detection means for detecting overload of the output of the drive circuit; and an output of the detection means. A voltage source inverter device comprising a cutoff means for cutting off the output of the drive circuit based on.
【請求項2】  交流電力を直流電力に変換するコンバ
ータ部と直流電力を交流電力に再変換するインバータ部
とを持ち、速度設定器により設定した運転条件でインバ
ータ部に接続する電動機を可変速運転するインバータ装
置において、電圧駆動形の電力用スイッチング素子から
成る主回路と、前記電力用スイッチング素子を駆動する
ドライブ回路と、このドライブ回路出力の過負荷を検出
する検出手段と、この検出手段の出力を基に前記ドライ
ブ回路の出力電流を制限する制限手段とを備えたことを
特徴とする電圧形インバータ装置。
Claim 2: The motor has a converter section that converts AC power to DC power and an inverter section that reconverts DC power to AC power, and the motor connected to the inverter section is operated at variable speed under operating conditions set by a speed setting device. An inverter device comprising: a main circuit comprising a voltage-driven power switching element; a drive circuit for driving the power switching element; a detection means for detecting overload of the output of the drive circuit; and an output of the detection means. and limiting means for limiting the output current of the drive circuit based on.
JP3006488A 1991-01-23 1991-01-23 Voltage type inverter device Pending JPH04248373A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010136502A (en) * 2008-12-03 2010-06-17 Honda Motor Co Ltd Controller of electric motor and vehicle

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