JPH0449811A - 電力変換器の過電流保護方法 - 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］ 本発明は、例えば電気自動車の走行モータを駆動する電
力変換器（インバータ）に係り、特に電。

力変換器における過電流保護技術に関する。

［従来の技術］ 第４図は従来の電力変換器の一例を示す回路図である。

図において、１０は電力変換器（以下、インバータとい
う）で、直列接続された２個の電圧制御型スイッチング
素子、例えばＩ　Ｇ　Ｂ　Ｔ　（ｌｎｓｕｌａｔ−ｅｄ
　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｊｓｔｏｒ）
　１２　ａと１２ｂ１１２ｃと１２ｄ１及び１２ｅと１
２ｆを、並列に接続して構成されている。インバータ１
０の並列接続端子は、電源回路１４に接続されており、
スイッチ１６を介して主バツテリ１８の電源電圧が印加
される。また、直列接続された各素子間端子はモータ２
０に接続されている。２２はインバータ制御回路で、電
力変換器１０に用いられるＩＧＢＴ１２ａ〜１２ｆのオ
ン・オフ期間を規定したＰＷＭ信号を出力する。２４ａ
〜２４ｆは駆動回路で、上記ＩＧＢＴ１２ａ〜１２ｆ各
個に対応して設けられており、ＰＷＭ信号を増幅して得
られたゲート電圧をＩＧＢＴ駆動用ゲート電圧として所
定タイミングで出力する。

駆動回路２４は、第５図に示すように、コネクタ３０や
ファストン端子３２を用いてＩ　ＧＢＴ１２と接続され
、ゲート配線３４を通じてゲート電圧が印加されている
。

上記のような従来のインバータ１０においては、例えば
実開昭６０−１６６２３６号公報等のように、インバー
タ１０の負荷運転時に素子（例えば上記ＩＧＥＴ等のよ
うな）に流れる電流を検出し、電流値が一定以上となっ
た場合に過電流と判定し、素子をオフさせていた。

［発明が解決しようとする課題］ ここで、ＩＧＢＴ１２ｂのゲートＧ及びエミッタＥと駆
動回路２４ｂを接続しているゲート配線３４が、コネク
タ３０やファストン端子３２部分等で接触不良を起した
状態、つまりＩＧＢＴ１２ｂのゲートがオーブンとなっ
ている状態について考察する。この状態でインバータ１
０が動作すると、直列接続されたＩＧＥＴ１２ａがオン
になった瞬間にＩＧＢＴ１２ｂのゲートには、Ｉ　Ｇ　
Ｂ　Ｔ１２ｂのコレクタ・ゲート間の接合容量２６によ
り、瞬間的にＩＧＢＴのオン・スレッショルド電圧を越
える誤信号が入力され、ＩＧＢＴ１２ｂがオフ期間なの
にオンとなる。このため、Ｉ　ＧＢＴ１２ａ、１２ｂ共
にオンとなり、上下導通により短絡事故を起す。

ところが、従来の過電流保護方法は、実際に負荷運転を
してインバータ１０に電流を流さなければ断線による過
電流を検出できないため、短絡状態にある回路を遮断す
るまでに過電流か流れてしまい、過電流そのものを防ぐ
ことができなかった。

このため、短絡時の電流値によっては、過電流保護の目
的を達成することができずにＩＧＢＴか破壊されたり、
破壊されないまでも、ある程度の損傷は免れなかった。

本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、ゲート配線経路の断線によ
り発生する短絡事故から電圧制御型スイッチング素子を
保護する電力変換器の過電流保護方法を提供することに
ある。

［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に係る電力変換器の過
電流保護方法は、複数の電圧制御型スイッチング素子各
個に対して所定のゲート電圧を印加することにより直流
を交流に変換する電力変換器にあって、交流に変換され
る直流電圧を電力変換器に投入する前に前記電圧制御型
スイッチング素子のゲートにパルス状試験電圧を印加し
、この試験電圧が印加された電圧制御型スイッチング素
子においてゲート接合容量によって生ずるゲート電流を
検出し、全ての電圧制御型スイッチング素子についてゲ
ート電流の検出を待って前記直流電圧を電力変換器に投
入し、電力変換時におけるゲート配線経路の断線による
過電流から前記電圧制御型スイッチング素子を保護する
ことを特徴とする。

［作用］ 上記構成を有する本発明の電力変換器の過電流保護方法
においては、電力変換器の運転開始前に、電圧制御型ス
イッチング素子のゲートにパルス状試験電圧を印加し、
このとき生ずるゲート電流を検出し、ゲート電流が生じ
ない場合にはゲート配線経路に断線有りと判断し、電力
変換器に直交変換を行う直流電圧を投入しないよう制御
する。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。

第１図は本発明による過電流保護方法を実現する電力変
換器の一実施例を示す回路図である。なお、第４図と同
一または相当部分には同じ符号を付し、説明は省略する
。

第１図において、インバータ制御回路２２及び駆動回路
２４ａ〜２４ｆは、図示しないメインスイッチ、例えば
電気自動車のイグニッション・スイッチによる電源の投
入で動作を開始する。

４０は本発明の特徴的構成要素の一つであるスイッチ制
御回路で、スイッチ１６のオン・オフを、上記インバー
タ制御回路２２及び駆動回路２４ａ〜２４ｆの動作に応
じて規定する。すなわち、本発明の過電流保護方法によ
って、ＩＧＢＴ１２ａ〜１２ｆの全てのゲート配線経路
３４に断線がないことが確認されたとき、スイッチ制御
回路４０は初めてスイッチ１６をオンにし、インバータ
１０に主バツテリ１８の直流電圧を投入する。

まず、スイッチ１６をオフ状態で、インバータ制御回路
２２より各駆動回路２４ａ〜２４ｆに、第２図（ａ）に
示すようなＰＷＭ信号が入力される。なお、各駆動回路
２４ａ〜２４ｆは、同一なため、実施例中では駆動回路
２４ａのみについて説明する。

上記ＰＷＭ信号により、駆動回路２４ａ内のトランジス
タ（以下、Ｔｒと記す）４２がオンとなり、ＩＧＢＴ１
２ａのゲートには、■　よりＴｒＣ ４２及び抵抗４４を介して、第２図（ｂ）に示すような
パルス状の試験電圧ＶＧＥが印加される。

この試験電圧Ｖ。Ｅを印加すると、ＩＧＢＴ１２ａにお
いて、そのゲート配線経路３４に断線がなければ、ゲー
ト、エミッタ間に存在する接合容量４６が充電され、第
２図（ｃ）に示すようなゲート電流■ＧＥが流れる。

ここで、第１図の４８は本発明の特徴的構成要素の一つ
であるフォトカブラで、ゲート電流’ＧＥの検出を行う
。フォトカブラ４８は、抵抗５０及び逆流阻止用のダイ
オード５２で直列回路を構成したうえで、抵抗４４に並
列に接続されている。

そして、ゲート電流ＩＧＥが流れている間は、フォトカ
ブラ４８の１次側ダイオードにも電流が流れ、フォトカ
ブラ４８の２次側トランジスタがオンする。このため、
抵抗５４に接続されたフォトカブラ４８のコレクタ電位
はアース接地され、インバータ制御回路２２のＤｎ端子
５６にＬｏｗレベルの信号が入力される（第２図（ｄ）
参照）。

Ｄｎ端子５６にＬｏνレベルの信号が入力されることに
より、ＩＧＢＴ１２ａのゲートＧ１エミッタＥと駆動回
路２４ａを結ぶゲート配線３４は正常と判断される。そ
して、順次ＩＧＢＴ１２ｂ。

１２Ｃ１・・・、１２ｆについて、ゲート電流’ＧＥに
よるゲート配線経路の断線チエツクを行う。

なお、抵抗４４はＩＧＥＴのスイッチング・スピードと
の関係から数］０Ω程度、また抵抗５０は数にΩ程度に
設定するのが望ましい。このような設定値は、ＩＧＢＴ
駆動電圧Ｖ。Ｃ”　ＥＥが各々＋Ｉ５Ｖ、−１５Ｖ程度
であるのに対して、フォトカブラ４８の順方向電流を１
０〜２０ｍＡ程度に制限するために決められている。そ
して、抵抗４４に新たに抵抗５０のインピーダンスを挿
入しても、（抵抗５０）＞＞（抵抗４４）のため、ＩＧ
ＥＴのスイッチング・スピードにはほとんど影響を与え
ない。

また、ダイオード５２は、フォトカブラ４８を１個のダ
イオードとして見た場合に、逆阻止電圧が不足している
ために設けられている。

さて、ゲート配線経路に接触不良等の異常があった場合
のことを考えてみる。このような場合には、上述したゲ
ートｉＥ　ａＩ　ｏＥは流れず、フォトカブラ４８の１
次側ダイオードにも電流は流れない。

このため、インバータ制御回路２２のＤｎ端子５４には
旧ｇｈレベルの信号が入力される。

本発明の過電流保護方法においては、上記Ｄｎ端子５４
に入力される旧ｇｈレベルの信号によってゲート配線経
路の異常を検出し、異常有りの場合は、スイッチ制御回
路４０によってスイッチ１６をオフのままとする。この
ように全てのＩＧＢＴ１２ａ〜１２ｆについてゲート電
流ＩＣＥが検出されない限り、インバータ１０に主バツ
テリ１８の直流電圧を投入しないことで、ゲート配線異
常による破損からＩＧＢＴを保護することができる。

なお、本発明は、ＩＧＥＴのような電圧制御型のパワー
デバイス、例えばＰｏｗｅｒ　ＭＯＳ　−Ｆ　Ｅ　Ｔ。

Ｂ１ＭＯＳデバイス等であれば全て共通して実施可能で
ある。

次に第３図のフローチャー）・に従って本発明の処理手
順を説明する。

まず、電源の投入を待機しくステップ１０１）、投入さ
れるとＩＧＢＴ１２ａ〜１２ｆについての断線チエツク
ＮＯ，をｉ−１によりセットする（ステップ１０２−）
。

次いで、チエツクＮｏ、−ｉについて、対応するＩＧＢ
７１２ａ〜１２ｆに試験電圧ＶＧＥを印加しくステップ
１０３）、ゲート電流ｌＧＥが検出されたかどうかを判
断し、すなわちＤｎ端子に入力される信号がＬＯνかど
うかを判断しくステップ１０４）、検出された場合には
、ｉ＝ｉ＋１によりカウントアツプする（ステップ１０
５）。

続いて、ｆｍ７までカウントアツプされたかを判断し、
すなわち６個のＩＧＢＴ１２ａ　〜１２ｆ全てについて
ゲート電流’ＧＥが検出されたかどうかを判断しくステ
ップ１０６）　、Ｎｏならばステップ１０３に戻り、ｉ
−ｉ＋１について以降の処理を繰り返す。一方、ＹＥＳ
ならば、スイ・ソチ制御回路４０をしてスイッチ１６を
オンさせ（ステップ１０７）、通常のインバータ制御処
理にジャンプする（ステップ１０８）。なお、インバー
タ制御処理に関しては、本発明と直接係わりがなく、又
公知でもあるので、説明は省略する。

一方、ステップ１０４の判断でＮＯならば、スイッチ１
６はオフのままとしインバータ制御は行わない（ステッ
プ１０９）。

上記実施例では、断線チエツクをＩＧＢＴ毎に順次実行
したが、並列処理ももちろん可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る電力変換器の過電流保
護方法によれば、電力変換器に直流／交流変換用の直流
電圧を投入する前に、ゲート電流によってゲート配線経
路の断線を検出できるので、電圧制御型スイッチング素
子に実際に負荷電流を流すことなく過電流による短絡事
故を予見でき、過電流による短絡事故から素子を保護す
ることができる。

また、過電流が流れることはないので、過電流への対策
を講じた回路設計が不要となり、回路設計の容易化に効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による過電流保護方法を実現する電力変
換器の一実施例を示す回路図、第２図（ａ）〜（ｄ）は
第１図における各部信号波形を示すタイミングチャート
、 第３図は本発明の処理手順を示すフローチャート、 第４図は従来の電力変換器の一例を示す回路図、第５図
はゲート配線を示す図である。 １０　・・・　電力変換器（インバータ）１２ａ　〜１
２ｆ−ＩＧＢＴ（電圧駆動型スイッチング素子） １６　　・・・ １８　　・・・ ２２　　・・ ２４ａ〜２ ４０　　・・ ４６　　・・・ ４８　　・・ スイッチ 主バツテリ インバータ制御回路 ４ｆ　・・・　駆動回路 スイッチ制御回路 接合容量 フォトカブラ （ゲート電流検出手段）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数の電圧制御型スイッチング素子各個に対して所定の
   ゲート電圧を印加することにより直流を交流に変換する
   電力変換器の過電流保護方法であって、 交流に変換される直流電圧を電力変換器に投入する前に
   前記電圧制御型スイッチング素子のゲートにパルス状試
   験電圧を印加し、 この試験電圧が印加された電圧制御型スイッチング素子
   においてゲート接合容量によって生ずるゲート電流を検
   出し、 全ての電圧制御型スイッチング素子についてゲート電流
   の検出を待って前記直流電圧を電力変換器に投入し、 電力変換時におけるゲート配線経路の断線による過電流
   から前記電圧制御型スイッチング素子を保護することを
   特徴とする電力変換器の過電流保護方法。