JPH05227738A - Driving method and circuit for self-arc-extinguishing element, and power converter using that driving circuit - Google Patents
Driving method and circuit for self-arc-extinguishing element, and power converter using that driving circuitInfo
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- JPH05227738A JPH05227738A JP4029516A JP2951692A JPH05227738A JP H05227738 A JPH05227738 A JP H05227738A JP 4029516 A JP4029516 A JP 4029516A JP 2951692 A JP2951692 A JP 2951692A JP H05227738 A JPH05227738 A JP H05227738A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、自己消弧素子の駆動方
法及び駆動回路に係り、特にＩＧＢＴ （Insulated
Gate Bipolar Transistor)やパワ−ＭＯＳ型ＦＥＴの如
き電圧駆動形半導体素子を用いた電力変換装置を、複数
台並列接続して運用する場合における事故の波及を防止
する上で、好適な保護動作機能を有するものに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a driving method and a driving circuit for a self-arc-extinguishing element, and more particularly to an IGBT (Insulated).
Gate Bipolar Transistor) and power MOS FETs that have a suitable protection function to prevent the spread of accidents when operating in parallel with multiple power converters using voltage-driven semiconductor elements. Regarding what you have.
【０００２】[0002]
【従来の技術】スイッチング素子にＩＧＢＴを用いた電
力変換装置の一例として、図８に示す構成の単相インバ
−タが知られている。図において、直流電源１２０は整
流回路などの直流電力を供給するものであり、この直流
電源１２０にＩＧＢＴ１３１〜１３４のスイッチング素
子をブリッジ接続してなるインバータ主回路が接続され
ている。各ＩＧＢＴにはそれぞれダイオード１５１〜１
５４が逆並列接続されている。そして、各ＩＧＢＴは、
図示していない制御装置から出力されるオン・オフ指令
に従ってそれぞれ駆動回路１４１〜１４４から出力され
るゲート電圧により、オン・オフ駆動されるようになっ
ている。2. Description of the Related Art A single-phase inverter having a configuration shown in FIG. 8 is known as an example of a power converter using an IGBT as a switching element. In the figure, a DC power supply 120 supplies DC power from a rectifier circuit or the like, and an inverter main circuit formed by bridge-connecting switching elements of the IGBTs 131 to 134 is connected to the DC power supply 120. Diodes 151 to 1 are provided in each IGBT.
54 is connected in anti-parallel. And each IGBT is
On / off driving is performed by the gate voltage output from each of the drive circuits 141 to 144 according to an on / off command output from a control device (not shown).
【０００３】ところで、駆動回路１４１〜１４４がノイ
ズ等により誤動作し、オンすべきでない対アームのＩＧ
ＢＴのゲ−ト電圧がオン動作電圧以上になって、直流短
絡を起こすことがある。このような場合、何らかの保護
動作を採らないと、ＩＧＢＴに過大な電流が流れＩＧＢ
Ｔの劣化や破壊を招くことになる。By the way, the drive circuits 141 to 144 malfunction due to noise or the like and should not be turned on.
The gate voltage of the BT becomes higher than the on-operation voltage, which may cause a DC short circuit. In such a case, unless some kind of protection action is taken, an excessive current will flow in the IGBT.
This will cause deterioration and destruction of T.
【０００４】また、直流短絡を起こすと、インバ−タか
らの出力電圧が低下し、電源としての機能が損なわれ
る。Further, when a DC short circuit occurs, the output voltage from the inverter is lowered, and the function as a power source is impaired.
【０００５】そこで、従来、ＩＧＢＴに過大な電流が流
れて劣化や破壊が生ずるのを防止するため、ＩＧＢＴの
主回路電流を安全な値に抑制して遮断する保護機能を持
った図９に示す駆動回路が考えられている（特開平2-50
518号公報、電気学会半導体電力変換研究会ＳＰＣ-90-3
7参照）。Therefore, in order to prevent an excessive current from flowing into the IGBT and causing deterioration or breakdown, conventionally, FIG. 9 shows a protection function for suppressing the main circuit current of the IGBT by cutting it to a safe value. A drive circuit has been considered (Japanese Patent Laid-Open No. 2-50
No. 518, Institute of Electrical Engineers of Japan, Semiconductor Power Conversion Study Group SPC-90-3
See 7).
【０００６】図９において、駆動回路用の電源１、２の
電圧は、コンプリメンタリ動作するように接続されたト
ランジスタ３、４の主電極の両端に印加されている。ト
ランジスタ３、４のエミッタは共通接続され、更に抵抗
５を介して図８の１つのＩＧＢＴのゲ−トに接続され
る。また、トランジスタ３、４のベ−スも共通接続さ
れ、トランジスタ６のコレクタに接続されている。トラ
ンジスタ６のベ−スは、図示していない制御装置から入
力されるオンまたはオフの指令信号により動作するホト
トランジスタ７により駆動されるようになっている。こ
れらにより、ＩＧＢＴのオン、オフ状態を制御するゲ−
ト電圧切替回路が形成されている。In FIG. 9, the voltages of the power supplies 1 and 2 for the drive circuit are applied to both ends of the main electrodes of the transistors 3 and 4 connected so as to perform complementary operation. The emitters of the transistors 3 and 4 are commonly connected, and further connected via a resistor 5 to the gate of one IGBT shown in FIG. Also, the bases of the transistors 3 and 4 are commonly connected, and are connected to the collector of the transistor 6. The base of the transistor 6 is driven by a phototransistor 7 which operates according to an ON or OFF command signal input from a control device (not shown). With these, the gate that controls the on / off state of the IGBT
A voltage switching circuit is formed.
【０００７】一方、ＩＧＢＴの主回路電流の過電流を検
出する過電流検出回路は、オンゲ−ト電圧が印加されて
いる間のＩＧＢＴのコレクタ電圧Ｖｃが設定電圧以上の
ときに、過電流として等価的に検出するようになってい
る。この過電流検出回路の構成を次に説明する。ＩＧＢ
Ｔのコレクタにダイオ−ド８、ツェナ−ダイオド９を介
してトランジスタ１０のベ−スと抵抗２２を接続する。
トランジスタ１０のコレクタは、ホトダイオ−ド３１、
抵抗１１、ダイオ−ド１２を介してトランジスタ３、４
のベ−スに接続する。トランジスタ３、４のベ−スは、
抵抗１３を介して電源１の正電位側に接続する。抵抗１
１とダイオ−ド１２の接続点は、コンデンサ１４を介し
て電源２の負電位側に接続する。また、トランジスタ１
０のエミッタは抵抗１５とコンデンサ１６に接続され、
コンデンサ１６の他端は抵抗１７とトランジスタ１９の
ベ−スとに接続する。トランジスタ１９のコレクタはホ
トトランジスタ７のコレクタに接続する。なお、ダイオ
−ド８とツェナ−ダイオド９の接続点と電源１、２の接
続点間に、コンデンサ３７が接続されている。また、ダ
イオ−ド８とツェナ−ダイオド９の接続点とＩＧＢＴの
ゲ−トの間に、抵抗３５、トランジスタ３４とダイオ−
ド３３の直列回路と、抵抗３２とが接続され、トランジ
スタ３４のベ−スは抵抗３６を介してコンデンサ１４に
接続されている。On the other hand, the overcurrent detection circuit for detecting the overcurrent of the main circuit current of the IGBT is equivalent to the overcurrent when the collector voltage Vc of the IGBT is equal to or higher than the set voltage while the on-gate voltage is applied. It is designed to detect it. The configuration of this overcurrent detection circuit will be described below. IGB
The base of the transistor 10 and the resistor 22 are connected to the collector of T through the diode 8 and the Zener diode 9.
The collector of the transistor 10 is a photo diode 31,
Transistors 3, 4 through resistor 11 and diode 12
Connect to the base. The bases of the transistors 3 and 4 are
It is connected to the positive potential side of the power source 1 via the resistor 13. Resistance 1
The connection point between 1 and the diode 12 is connected to the negative potential side of the power source 2 via the capacitor 14. Also, the transistor 1
The emitter of 0 is connected to the resistor 15 and the capacitor 16,
The other end of the capacitor 16 is connected to the resistor 17 and the base of the transistor 19. The collector of the transistor 19 is connected to the collector of the phototransistor 7. A capacitor 37 is connected between the connection point between the diode 8 and the Zener diode 9 and the connection point between the power sources 1 and 2. Further, a resistor 35, a transistor 34 and a diode are provided between the connection point of the diode 8 and the Zener diode 9 and the gate of the IGBT.
The series circuit of the battery 33 is connected to the resistor 32, and the base of the transistor 34 is connected to the capacitor 14 via the resistor 36.
【０００８】このように構成される従来例の駆動回路の
動作を、図１０に示したタイミングチャートを参照して
説明する。まず、ｔ0時にホトトランジスタ７のベ−ス
信号がオン指令である「Ｈ」になると、トランジスタ６
がオフするから、トランジスタ３から抵抗５を介してＩ
ＧＢＴのゲ−トに電源１の電圧が印加され、これにより
ＩＧＢＴはタ−ンオンする。このとき、抵抗３２を介し
てコンデンサ３７に電流が流れ、コンデンサ３７が充電
される。ＩＧＢＴのタ−ンオン動作がｔ1時で完了する
と、コンデンサ３７の電圧はダイオ−ド８とＩＧＢＴの
電圧降下で決まる値に落ち着く。次に、ｔ2時に、図示
していない対ア−ムのＩＧＢＴが誤動作などによりオン
すると、ＩＧＢＴのコレクタ電流Ｉｃが増大し、これに
よりコレクタ電圧Ｖｃとゲ−ト電圧Ｖｇも増大する。こ
れにより、ｔ3時に、コンデンサ３７の電圧が過電流の
検出レベルに達し、ツェナ−ダイオ−ド９の阻止電圧を
越えて抵抗２２の回路に電流が流れ、これによりトラン
ジスタ１０がオンする。トランジスタ１０がオンする
と、コンデンサ１４、抵抗１１、ホトダイオ−ド３１や
トランジスタ１０などにより決まる電圧でダイオ−ド１
２を介してトランジスタ３、４のベ−ス電圧が制御され
る。これにより、ＩＧＢＴのゲ−ト電圧Ｖｇが低下し、
コレクタ電流Ｉｃを減少させた後のｔ4時点でＩＧＢＴ
を遮断する。なお、コレクタ電流Ｉｃの減少中にトラン
ジスタ７のベ−ス信号がオフ指令の「Ｌ」になっても、
電流減少動作を継続するようにコンデンサ１６、抵抗１
７、トランジスタ１９の回路が設けられ、これにより過
電流を遮断しないようにしている。The operation of the conventional drive circuit thus constructed will be described with reference to the timing chart shown in FIG. First, at t 0 , when the base signal of the phototransistor 7 becomes “H” which is an ON command, the transistor 6
Is turned off, the transistor 3
The voltage of the power supply 1 is applied to the gate of the GBT, which turns on the IGBT. At this time, current flows through the capacitor 37 through the resistor 32, and the capacitor 37 is charged. When the turn-on operation of the IGBT is completed at t 1 , the voltage of the capacitor 37 settles to a value determined by the voltage drop of the diode 8 and the IGBT. Next, at t 2 , when the IGBT (not shown) of the paired arm is turned on due to a malfunction or the like, the collector current Ic of the IGBT increases, which also increases the collector voltage Vc and the gate voltage Vg. As a result, at time t 3 , the voltage of the capacitor 37 reaches the detection level of the overcurrent, the current exceeds the blocking voltage of the Zener diode 9, and the current flows through the circuit of the resistor 22, thereby turning on the transistor 10. When the transistor 10 is turned on, the diode 1 is supplied with a voltage determined by the capacitor 14, the resistor 11, the photo diode 31, the transistor 10, and the like.
Via 2, the base voltage of the transistors 3, 4 is controlled. As a result, the gate voltage Vg of the IGBT decreases,
At time t 4 after reducing the collector current Ic, the IGBT
Shut off. In addition, even if the base signal of the transistor 7 becomes "L" of the OFF command while the collector current Ic is decreasing,
Capacitor 16 and resistor 1 to continue the current reduction operation
7. A circuit of a transistor 19 is provided so that the overcurrent is not interrupted.
【０００９】また、ＩＧＢＴのゲ−ト電圧の上昇の防止
と、過電流の高速検知のためダイオ−ド３３、トランジ
スタ３４、抵抗３５、抵抗３６の回路が設けられてい
る。A circuit including a diode 33, a transistor 34, a resistor 35, and a resistor 36 is provided for preventing an increase in the gate voltage of the IGBT and detecting an overcurrent at a high speed.
【００１０】したがって、図９に示す従来の駆動回路を
用いたインバ−タによれば、ＩＧＢＴの過電流を検知し
てゲ−ト電圧を低減することにより、ＩＧＢＴに流れる
電流を安全な値に抑制した後遮断していることから、Ｉ
ＧＢＴの破壊を防止できる。Therefore, according to the inverter using the conventional drive circuit shown in FIG. 9, by detecting the overcurrent of the IGBT and reducing the gate voltage, the current flowing through the IGBT is set to a safe value. Since it is blocked after being suppressed, I
It is possible to prevent the GBT from being destroyed.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】上記従来の駆動回路を
用いたインバータを複数台並列接続して運転する場合、
１つのインバ−タの一個のスイッチング素子が故障して
も、他相や他のインバ−タを含めた個々のスイッチング
素子に流れる電流が過大な値になると、それぞれ安全な
値に抑制した後、遮断するように動作するため、故障を
他のスイッチング素子に波及させることなく運転できる
という利点がある。When a plurality of inverters using the above-mentioned conventional drive circuit are connected in parallel and operated,
Even if one switching element of one inverter fails, if the current flowing through each switching element including the other phase and other inverters becomes an excessive value, after suppressing each to a safe value, Since it operates so as to be cut off, there is an advantage that it can be operated without affecting the other switching elements.
【００１２】しかし、故障したスイッチング素子の切り
離しや、また故障素子を含むインバ−タの切り離しがで
きないので、残りの健全なインバ−タから故障素子を含
むインバ−タに電流が流入し、健全なインバ−タが過負
荷になるという問題がある。However, since the failed switching element and the inverter including the failed element cannot be separated, current flows from the remaining healthy inverter into the inverter including the failed element, and There is a problem that the inverter is overloaded.
【００１３】また、健全なインバ−タの出力電流が増大
するので、電流抑制機能が作用して出力電圧が低下し、
電源システムとしての信頼性が損なわれるという問題が
ある。Also, since the output current of the sound inverter increases, the current suppressing function acts and the output voltage decreases,
There is a problem that the reliability of the power supply system is impaired.
【００１４】本発明の第１の目的は、ノイズ等による一
時的な過電流については速やかに電流を抑制し、アーム
短絡等による過電流については故障素子を速やかに主回
路から切り離すことを可能にする自己消弧素子の駆動方
法及び駆動回路を提供することにある。A first object of the present invention is to quickly suppress a current for a temporary overcurrent due to noise or the like, and to promptly disconnect a faulty element from a main circuit for an overcurrent due to an arm short circuit or the like. A method and a circuit for driving a self-extinguishing element are provided.
【００１５】本発明の第２の目的は、過電流の条件に適
応して電流抑制動作と故障素子の切り離し動作とを行わ
せることができる電力変換装置を提供することにある。A second object of the present invention is to provide a power converter capable of performing a current suppressing operation and a failure element disconnecting operation in accordance with an overcurrent condition.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、本発明の第１の発明に係る自己消弧素子の駆動
方法及び駆動回路は、静電誘導形の自己消弧素子の主回
路電流が設定電流を越えている間、前記自己消弧素子の
オンゲ−ト電圧を当該自己消弧素子のスレッシュホ−ル
ド電圧よりも一定電圧高い値まで一定時定数で低下する
ことを特徴とする。In order to achieve the above-mentioned first object, a driving method and a driving circuit for a self-arc-extinguishing element according to the first invention of the present invention are the same as those of an electrostatic induction type self-extinguishing element. While the main circuit current exceeds the set current, the on-gate voltage of the self-extinguishing element is reduced with a constant time constant to a value higher by a constant voltage than the threshold voltage of the self-extinguishing element. To do.
【００１７】上記第１の目的を達成するため、本発明の
第２の発明に係る自己消弧素子の駆動方法及び駆動回路
は、上記第１の発明において、前記自己消弧素子のオン
ゲ−ト電圧を低下した後、第２の一定時定数で所定のオ
ンゲート電圧まで上昇することを特徴とする。In order to achieve the first object, a method and a circuit for driving a self-arc-extinguishing device according to a second invention of the present invention are the same as those of the first invention. After the voltage is reduced, the voltage is increased to a predetermined on-gate voltage with a second constant time constant.
【００１８】上記第１の目的を達成するため、本発明の
第３の発明に係る自己消弧素子の駆動方法及び駆動回路
は、上記第２の発明において、オンゲート電圧上昇過程
で、前記自己消弧素子のオフ指令信号が入力されたとき
は、前記自己消弧素子のゲート電圧を所定のオフゲート
電圧に切り替えるとともに前記オンゲート電圧を保持又
は第３の一定時定数に従って低下し、その後オン指令が
入力されたときは前記自己消弧素子のゲート電圧を前記
保持された又は低下されたオンゲート電圧に切り替えた
後、該オンゲート電圧を前記第２の一定時定数で所定の
オンゲート電圧まで上昇することを特徴とする。In order to achieve the above first object, a driving method and a driving circuit for a self-arc-extinguishing device according to a third invention of the present invention are the same as those of the second invention, wherein the self-extinguishing operation is performed during an on-gate voltage increasing process. When an off-command signal for the arc element is input, the gate voltage of the self-extinguishing element is switched to a predetermined off-gate voltage and the on-gate voltage is held or decreased according to a third constant time constant, and then an on-command is input. And the gate voltage of the self-extinguishing element is switched to the held or lowered on-gate voltage, and then the on-gate voltage is raised to a predetermined on-gate voltage with the second constant time constant. And
【００１９】上記第２の目的を達成するため、本発明の
電力変換装置は、静電誘導形の自己消弧素子を主回路の
スイッチング素子とする電力変換主回路と、該電力変換
主回路の各スイッチング素子のオン・オフ指令を出力す
る制御装置と、該制御装置から出力されるオン・オフ指
令に従って前記各スイッチング素子をそれぞれ駆動する
駆動回路とを具備してなり、前記駆動回路が、前記オン
・オフ指令に従って前記自己消弧素子のゲート電圧を所
定のオンゲート電圧とオフゲート電圧とに切り替えるゲ
ート電圧切替回路と、前記自己消弧素子の主回路電流の
過電流を検出する過電流検出回路と、該過電流検出回路
の検出信号が出力されている間、前記オンゲート電圧を
当該自己消弧素子のスレッシュホ−ルド電圧よりも一定
電圧高い値まで前記オンゲート電圧を一定時定数で低下
させるオンゲート電圧引下げ回路とを含んでなり、前記
制御装置が、前記過電流検出信号を入力し、前記電力変
換主回路の動作状態に基づいて過電流の原因を判断し、
直流短絡による過電流と判断したときは前記オンゲート
電圧引下げ回路の動作を停止させる指令を前記駆動回路
に出力するようにしたものである。In order to achieve the second object, the power converter of the present invention is a power converter main circuit using a static induction type self-extinguishing element as a switching element of the main circuit, and the power converter main circuit. A control device that outputs an on / off command for each switching element, and a drive circuit that drives each of the switching devices in accordance with an on / off command output from the control device, wherein the drive circuit comprises: A gate voltage switching circuit that switches a gate voltage of the self-extinguishing element between a predetermined on-gate voltage and an off-gate voltage according to an on / off command; and an overcurrent detection circuit that detects an overcurrent of a main circuit current of the self-extinguishing element. While the detection signal of the overcurrent detection circuit is being output, the on-gate voltage is set to a value higher by a certain voltage than the threshold voltage of the self-extinguishing element. An on-gate voltage lowering circuit that lowers the on-gate voltage with a constant time constant, wherein the control device inputs the overcurrent detection signal and determines a cause of the overcurrent based on an operating state of the power conversion main circuit. Then
When it is determined that the current is an overcurrent due to a DC short circuit, a command to stop the operation of the on-gate voltage reduction circuit is output to the drive circuit.
【００２０】[0020]
【作用】このように構成されることから、本発明によれ
ば次の作用により上記各目的が達成される。With the above-mentioned structure, the above-mentioned objects can be achieved by the following operation according to the present invention.
【００２１】まず、第１の発明にかかる駆動方法及び駆
動回路によれば、過電流検出と同時に自己消弧素子のオ
ンゲート電圧が一定時定数で引き下げられることから、
これに応じて自己消弧素子の主回路電流が絞り込まれ
る。これにより、事故の波及が抑制できる。First, according to the driving method and the driving circuit of the first invention, the on-gate voltage of the self-extinguishing element is lowered with a constant time constant at the same time when the overcurrent is detected.
In response to this, the main circuit current of the self-extinguishing element is narrowed down. This can prevent the accident from spreading.
【００２２】また、過電流がノイズによる誤動作の如き
限られた短い時間での現象に対しては、過電流解消と同
時にオンゲート電圧が所定値に復帰し、正常な動作が行
われる。Further, for a phenomenon in which the overcurrent is a malfunction caused by noise for a limited short time, the on-gate voltage is restored to a predetermined value at the same time when the overcurrent is eliminated, and a normal operation is performed.
【００２３】一方、過電流が長く続くような短絡事故の
場合は、抑制された電流により自己消弧素子の主回路に
設けられた保護ヒューズがその溶断特性に従って溶断
し、故障の素子を含む回路が切り離されるから、健全な
素子又は他の電力変換装置への事故の波及を防止できる
とともに、並列運転されている電力変換装置の出力電圧
の低下を防止して、電源システム全体の信頼性を向上で
きる。On the other hand, in the case of a short-circuit accident in which an overcurrent lasts for a long time, the protective fuse provided in the main circuit of the self-extinguishing element is blown by the suppressed current according to its fusing characteristic, and the circuit including the faulty element. Since the power is disconnected, it is possible to prevent the accident from spreading to healthy elements or other power converters, and to prevent the output voltage of the power converters operating in parallel from decreasing, improving the reliability of the power supply system as a whole. it can.
【００２４】また、第２と第３の発明にかかる駆動方法
及び駆動回路によれば、上記第１の発明に加えて、一旦
引き下げたオンゲート電圧を一定時定数で上昇させるよ
うにしていることから、電流抑制作用が緩和される。こ
れにより、過電流が長く続くような短絡事故の場合は、
速やかに自己消弧素子の主回路に設けられた保護ヒュー
ズがその溶断特性に従って溶断し、故障の素子を含む回
路が切り離されることになり、一層事故の波及を防止で
きる。しかも、第３の発明によれば、自己消弧素子のオ
ン・オフ周期が短い場合にも、オンゲート電圧引下げ回
路がリセットされないので、効果がある。According to the driving method and the driving circuit of the second and third inventions, in addition to the first invention, the on-gate voltage once lowered is increased with a constant time constant. The current suppressing effect is alleviated. As a result, in the case of a short-circuit accident in which overcurrent continues for a long time,
The protective fuse provided in the main circuit of the self-extinguishing element is quickly blown according to its fusing characteristic, and the circuit including the faulty element is cut off, further preventing the accident from spreading. Moreover, according to the third aspect of the invention, the on-gate voltage lowering circuit is not reset even when the on / off cycle of the self-extinguishing element is short, which is advantageous.
【００２５】また、本発明の電力変換装置によれば、制
御装置が電力変換主回路の動作状態に基づいて過電流の
原因を判断し、直流短絡による過電流と判断したとき
に、オンゲート電圧引下げ回路の動作を停止させるよう
にしていることから、事故にかかる自己消弧素子の保護
ヒュ−ズを速やかに溶断させて、短時間に回路を切り離
すことが可能になる。これにより、並列運転されている
他の電力変換装置の出力電圧の低下を防止するととも
に、事故の波及を高速に防止でき、高信頼のインバ−タ
装置等の電力変換装置を実現できる。Further, according to the power converter of the present invention, the control device judges the cause of the overcurrent based on the operating state of the power conversion main circuit, and when it judges that the overcurrent is caused by the DC short circuit, the on-gate voltage is reduced. Since the operation of the circuit is stopped, the protective fuse of the self-extinguishing element involved in the accident can be quickly melted and the circuit can be disconnected in a short time. As a result, it is possible to prevent a decrease in the output voltage of another power conversion device that is operating in parallel, prevent an accident from spreading at high speed, and realize a power conversion device such as a highly reliable inverter device.
【００２６】[0026]
【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明を実施例
に基づいて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described based on embodiments with reference to the drawings.
【００２７】図１に、本発明の第１の実施例の自己消弧
素子の駆動回路を示し、図２に本実施例の駆動回路を適
用して構成したインバータを並列接続してなる一実施例
の並列運転電力変換装置の全体構成図を示す。図２は、
スイッチング素子にＩＧＢＴを用いた２台の単位インバ
−タ１０１、１０２を並列に接続して構成した単相のイ
ンバ−タ装置の例である。単位インバ−タ１０１、１０
２は同一構成であることから、単位インバータ１０２の
内部構成は図示を省略し、ここでは単位インバータ１０
１を例にとって内部構成を説明する。直流電源１２０は
整流回路などの直流電力を供給するものであり、この直
流電源１２０にＩＧＢＴ１３１〜１３４のスイッチング
素子をブリッジ接続してなるインバータ主回路が接続さ
れている。各ＩＧＢＴにはそれぞれダイオード１５１〜
１５４が逆並列接続されている。また、各ＩＧＢＴ１３
１〜１３４とダイオード１５１〜１５４の逆並列回路か
らなるブリッジ回路の各アームに、ヒューズ１２１〜１
２４が挿入されている。そして、各ＩＧＢＴは、制御装
置１９１から出力されるオン・オフ指令に従って動作す
る駆動回路１６１〜１６４から出力されるゲート電圧に
より、オン・オフ駆動されるようになっている。インバ
ータ主回路の交流出力端はリアクトル１７１、１７２と
コンデンサ１８１からなるフィルタを介して他の単位イ
ンバータ１０２の出力端に並列接続されるとともに、図
示していない負荷に交流電力を供給するようになってい
る。FIG. 1 shows a drive circuit for a self-extinguishing element according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows an embodiment in which inverters configured by applying the drive circuit according to the present embodiment are connected in parallel. The whole block diagram of the parallel operation power converter of an example is shown. Figure 2
This is an example of a single-phase inverter device configured by connecting two unit inverters 101 and 102 using IGBTs as switching elements in parallel. Unit inverter 101, 10
Since 2 has the same configuration, the internal configuration of the unit inverter 102 is omitted in the figure, and here, the unit inverter 10 is shown.
The internal configuration will be described by taking 1 as an example. The DC power supply 120 supplies DC power such as a rectifier circuit, and an inverter main circuit formed by bridge-connecting the switching elements of the IGBTs 131 to 134 is connected to the DC power supply 120. Each IGBT has a diode 151-
154 are connected in anti-parallel. In addition, each IGBT13
1 to 134 and diodes 151 to 154 are connected in anti-parallel circuits to the arms of the bridge circuit.
24 has been inserted. Each of the IGBTs is ON / OFF driven by the gate voltage output from the drive circuits 161 to 164 that operate according to the ON / OFF command output from the control device 191. The AC output terminal of the inverter main circuit is connected in parallel to the output terminal of another unit inverter 102 via a filter composed of reactors 171 and 172 and a capacitor 181, and supplies AC power to a load (not shown). ing.
【００２８】次に、駆動回路１６１〜１６４の詳細な構
成を図１を参照して説明する。図１は１つのＩＧＢＴの
駆動回路を示しており、各駆動回路１６１〜１６４は同
一に構成されている。直列接続された駆動回路用の電源
１、２の両端は、コンプリメンタリ動作可能にエミッタ
を共通接続したトランジスタ３、４のコレクタにそれぞ
れ接続されている。トランジスタ３、４の共通エミッタ
は抵抗５を介してＩＧＢＴのゲ−トに接続されている。
トランジスタ３、４のベ−スは共通接続され、抵抗１３
を介して電源１の正極側に、またトランジスタ６のコレ
クタ・エミッタ回路を介して電源２の負極側に接続され
ている。トランジスタ６のベ−スはホトトランジスタ７
を介して電源２の負極側に接続され、また抵抗２４を介
して電源１の正極側に接続されている。これらのトラン
ジスタ３、４と、トランジスタ６と、抵抗１３、２４
と、ホトトランジスタ７等からなる回路により、ＩＧＢ
Ｔのベース電圧をオンゲート電圧とオフゲート電圧に切
り替えるゲート電圧切替回路が形成されている。ＩＧＢ
Ｔのオン・オフ指令は、制御装置１９１からホトトラン
ジスタ７のベース信号として入力され、これに従ってゲ
ート電圧切替回路はＩＧＢＴのオン、オフ状態を制御す
る。Next, the detailed structure of the drive circuits 161 to 164 will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a drive circuit for one IGBT, and the drive circuits 161 to 164 have the same configuration. Both ends of the drive circuit power sources 1 and 2 connected in series are respectively connected to the collectors of transistors 3 and 4 whose emitters are commonly connected so as to be capable of complementary operation. The common emitters of the transistors 3 and 4 are connected to the gate of the IGBT via the resistor 5.
The bases of the transistors 3 and 4 are commonly connected, and the resistor 13
Is connected to the positive side of the power source 1 via the collector-emitter circuit of the transistor 6 and the negative side of the power source 2 via the collector-emitter circuit of the transistor 6. The base of the transistor 6 is a phototransistor 7
Is connected to the negative electrode side of the power source 2 via the resistor 24, and is connected to the positive electrode side of the power source 1 via the resistor 24. These transistors 3 and 4, the transistor 6, and the resistors 13 and 24
And the circuit consisting of the phototransistor 7 etc.
A gate voltage switching circuit for switching the base voltage of T between an on-gate voltage and an off-gate voltage is formed. IGB
The on / off command of T is input as a base signal of the phototransistor 7 from the control device 191, and the gate voltage switching circuit controls the on / off state of the IGBT accordingly.
【００２９】ＩＧＢＴの主回路電流の過電流を検出する
過電流検出回路は、オンゲ−ト電圧が印加されている間
のＩＧＢＴのコレクタ電圧Ｖｃが設定電圧以上のとき
に、過電流として等価的に検出するようになっている。
この過電流検出回路の構成と、本発明の特徴部にかかる
オンゲート電圧引下げ回路の構成を次に説明する。ＩＧ
ＢＴのコレクタをダイオ−ド８と抵抗２０を介して電源
１の正極側に接続し、エミッタを電源１と２の共通接続
点に接続する。そして、ダイオード８と抵抗２０の共通
接続点をツェナ−ダイオード９と抵抗２２を介して電源
２の負極側に接続する。また、抵抗２３と、抵抗１１
と、コンデンサ２５と抵抗２６の並列回路と、トランジ
スタ１０と、抵抗１５とを直列接続してなる回路を、電
源１、２の両端に接続し、更に抵抗１１と２３の共通接
続点をダイオード１２を介してトランジスタ３、４のベ
ースに接続するとともに、抵抗１４を介して電源２の負
極側に接続する。この回路のトランジスタ１０はそのベ
ースに印加される前記ツェナーダイオード９と抵抗２２
の接続点電圧により駆動される。The overcurrent detection circuit for detecting the overcurrent of the main circuit current of the IGBT is equivalent to the overcurrent when the collector voltage Vc of the IGBT is equal to or higher than the set voltage while the on-gate voltage is applied. It is designed to detect.
The configuration of this overcurrent detection circuit and the configuration of the on-gate voltage reduction circuit according to the characteristic part of the present invention will be described below. IG
The collector of BT is connected to the positive electrode side of the power source 1 via the diode 8 and the resistor 20, and the emitter is connected to the common connection point of the power sources 1 and 2. Then, the common connection point of the diode 8 and the resistor 20 is connected to the negative side of the power source 2 via the Zener diode 9 and the resistor 22. Also, the resistor 23 and the resistor 11
, A parallel circuit of a capacitor 25 and a resistor 26, a circuit in which a transistor 10 and a resistor 15 are connected in series, are connected to both ends of the power supplies 1 and 2, and the common connection point of the resistors 11 and 23 is connected to the diode 12. It is connected to the bases of the transistors 3 and 4 via the resistor and to the negative side of the power source 2 via the resistor 14. The transistor 10 of this circuit comprises a Zener diode 9 and a resistor 22 applied to its base.
It is driven by the connection point voltage.
【００３０】また、トランジスタ６のベースと電源２の
負極側との間にトランジスタ１９を接続し、このトラン
ジスタ１０のベースをコンデンサ１６を介してトランジ
スタ１０のエミッタに接続する。さらに、トランジスタ
１９のベースをコンデンサ１８と抵抗１７の並列回路を
介して電源２の負極側に接続する。また、トランジスタ
２１を抵抗２０とダイオード８の接続点と電源２の負極
側との間に接続し、このトランジスタ２１のベ−スをト
ランジスタ１９のコレクタに接続する。A transistor 19 is connected between the base of the transistor 6 and the negative side of the power supply 2, and the base of the transistor 10 is connected to the emitter of the transistor 10 via the capacitor 16. Further, the base of the transistor 19 is connected to the negative side of the power source 2 via the parallel circuit of the capacitor 18 and the resistor 17. Further, the transistor 21 is connected between the connection point of the resistor 20 and the diode 8 and the negative side of the power source 2, and the base of the transistor 21 is connected to the collector of the transistor 19.
【００３１】このように構成される実施例の動作につい
て説明する。The operation of the embodiment thus configured will be described.
【００３２】まず、通常時における駆動回路の動作は、
従来例と同様である。すなわち、ホトトランジスタ７の
ベースに制御装置１９１から、オン指令に相当する
「Ｈ」レベルのベース信号が印加されるとホトトランジ
スタ７がオンする。これにより、トランジスタ６がオフ
し、抵抗１３を介してトランジスタ３にベ−ス電流が流
れてトランジスタ３がオンする。これにより、抵抗５を
介してＩＧＢＴのゲ−トに電源Ｄ１で決まる正電圧が印
加され、ＩＧＢＴがオンする。逆に、制御装置１９１か
らベース信号がオフ指令に相当する「Ｌ」レベルの場合
は、ホトトランジスタ７がオンする。これにより、抵抗
２４を介してベ−ス電流が流れるのでトランジスタ６が
オンし、トランジスタ３、４のベ−スが電源２の負電位
になるので、トランジスタ３がオフするとともにトラン
ジスタ４がオンする。その結果、抵抗５を介してＩＧＢ
Ｔのゲ−トに電源２で決まる負電圧が印加され、ＩＧＢ
Ｔがオフする。First, the operation of the drive circuit during normal operation is
This is similar to the conventional example. That is, when the control device 191 applies a "H" level base signal corresponding to the ON command to the base of the phototransistor 7, the phototransistor 7 is turned on. As a result, the transistor 6 turns off, a base current flows through the transistor 3 through the resistor 13, and the transistor 3 turns on. As a result, a positive voltage determined by the power source D1 is applied to the gate of the IGBT via the resistor 5, and the IGBT is turned on. On the contrary, when the base signal from the control device 191 is at the “L” level corresponding to the OFF command, the phototransistor 7 is turned on. As a result, a base current flows through the resistor 24, so that the transistor 6 is turned on and the bases of the transistors 3 and 4 are set to the negative potential of the power source 2, so that the transistor 3 is turned off and the transistor 4 is turned on. .. As a result, the IGB
A negative voltage determined by the power source 2 is applied to the gate of T
T turns off.
【００３３】次に、過電流検知時の駆動回路の動作を図
３に示した動作波形図を用いて説明する。ｔ1時点でホ
トトランジスタ７にオン指令のベース信号が印加される
と、前述した回路動作により、ＩＧＢＴのゲート電圧が
電源２で決まる負電圧（オフゲート電圧）から電源１で
決まる正電圧（オンゲート電圧）に切り替えられ、これ
によりＩＧＢＴがオンする。一方、トランジスタ６とト
ランジスタ２１がオフし、抵抗２０とダイオ−ド８を通
して電源１の電圧がＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間に
印加さる。その後、ｔ2時点で故障等により対ア−ムの
ＩＧＢＴがオンして主回路に過大電流が流れると、ＩＧ
ＢＴのコレクタ電圧は通常のオン状態の電圧より素子の
順方向電圧降下に応じて大きくなる。こりコレクタ電圧
がツェナ−ダイオ−ド９の設定電圧以上の検知レベルに
なると、ツェナーダイオード９が導通し、トランジスタ
１０のベース電位が上がってトランジスタ１０がオンす
る。トランジスタ１０がオンすると、ダイオ−ド１２を
介して、コンデンサ１４と、抵抗１１と、コンデンサ２
５と、抵抗２６と、トランジスタ１０と、抵抗２３と、
抵抗１３等の回路定数により決まる電圧で、トランジス
タ３、４のベ−ス電圧が制御される。これに応じてＩＧ
ＢＴのゲ−ト電圧Ｖｇが制御される。本実施例では、ゲ
ート電圧Ｖｇをスレッシュホ−ルド電圧（ＩＧＢＴがオ
ン状態を維持できる最低電圧）近くまで一定時定数で低
下して、主回路電流であるコレクタ電流を一旦減少させ
るようにしている。Next, the operation of the drive circuit at the time of overcurrent detection will be described with reference to the operation waveform diagram shown in FIG. When the base signal of the ON command is applied to the phototransistor 7 at time t 1 , the gate voltage of the IGBT is changed from the negative voltage (off-gate voltage) determined by the power supply 2 to the positive voltage (on-gate voltage) determined by the power supply 2 by the circuit operation described above. ), Which turns on the IGBT. On the other hand, the transistors 6 and 21 are turned off, and the voltage of the power supply 1 is applied between the collector and emitter of the IGBT through the resistor 20 and the diode 8. After that, at time t 2, when the IGBT for the arm is turned on due to a failure or the like and an excessive current flows in the main circuit, the IG
The collector voltage of BT becomes larger than the voltage in the normal ON state according to the forward voltage drop of the element. When the collector voltage reaches a detection level above the set voltage of the Zener diode 9, the Zener diode 9 becomes conductive, the base potential of the transistor 10 rises, and the transistor 10 turns on. When the transistor 10 is turned on, the capacitor 14, the resistor 11 and the capacitor 2 are connected via the diode 12.
5, the resistor 26, the transistor 10, the resistor 23,
The base voltage of the transistors 3 and 4 is controlled by the voltage determined by the circuit constant of the resistor 13 and the like. IG accordingly
The gate voltage Vg of BT is controlled. In this embodiment, the gate voltage Vg is lowered to a threshold voltage (the lowest voltage at which the IGBT can maintain the ON state) with a constant time constant, and the collector current, which is the main circuit current, is once reduced.
【００３４】その後、抵抗１３と抵抗２３の並列抵抗と
抵抗１１、及びコンデンサＤ２５により定まる時定数で
ほぼ決まる立上りでゲ−ト電圧が再び増加し、最終的に
ＩＧＢＴのゲ−トに電源１で決まる所定の正電圧が印加
される。After that, the gate voltage is increased again at the rise substantially determined by the time constant determined by the parallel resistance of the resistors 13 and 23, the resistor 11, and the capacitor D25, and finally the power source 1 is supplied to the gate of the IGBT. A predetermined positive voltage that is determined is applied.
【００３５】このように、本実施例のゲート電圧引下げ
回路によれば、ＩＧＢＴの主回路に過電流が流れている
間は、一旦ＩＧＢＴのゲート電圧を一定時定数で引下げ
て主回路電流を絞り、その後一定時定数により再びゲー
ト電圧を上げて主回路電流の絞り動作を弱めるように動
作する。As described above, according to the gate voltage lowering circuit of this embodiment, while the overcurrent is flowing in the main circuit of the IGBT, the gate voltage of the IGBT is once lowered with a constant time constant to reduce the main circuit current. After that, the gate voltage is increased again by a constant time constant to weaken the operation of squeezing the main circuit current.
【００３６】この間、ノイズなどにより対ア−ムが誤動
作でオンした場合の過電流は、例えば図３のｔ3時点ま
での短時間で収まることが多い。この場合は、ｔ3時点
まで電流の抑制動作が働くが、誤動作によるオンが解消
されると、速やかにトランジスタ１０がオフするので、
ｔ3時点後のトランジスタ３、４のベース電圧は、図３
に一点鎖線で示したように直ちに電源１の正電圧に復帰
される。これにより、インバータは引き続いて正常な運
転を保持できる。このように、誤動作に対してインバ−
タ装置を停止することなく、ＩＧＢＴを安全に保護でき
るので、インバ−タ装置の信頼性が向上する。なお、ゲ
ート電圧の引下げにかかる時定数は、コンデンサ１４と
抵抗１１の回路定数により決まり、この時定数をノイズ
の誤動作期間を考慮して定めることにより、保護動作の
効果を高めることができる。During this period, the overcurrent when the anti-arm is turned on by a malfunction due to noise or the like is often settled in a short time, for example, at time t 3 in FIG. In this case, the current suppressing operation works until the time point t 3 , but when the on-state due to the malfunction is eliminated, the transistor 10 is immediately turned off.
The base voltages of the transistors 3 and 4 after time t 3 are as shown in FIG.
As indicated by the alternate long and short dash line, the positive voltage of the power supply 1 is immediately restored. This allows the inverter to continue to maintain normal operation. In this way, the error
Since the IGBT can be safely protected without stopping the inverter device, the reliability of the inverter device is improved. The time constant required to reduce the gate voltage is determined by the circuit constants of the capacitor 14 and the resistor 11. By determining this time constant in consideration of the malfunction period of noise, the effect of the protection operation can be enhanced.
【００３７】一方、ノイズなどによる誤動作でなく、他
の要因による直流短絡故障の場合は、長い時間にわたっ
て過電流状態が継続する。この場合は、図３のようにゲ
ート電圧が所定のオンゲート電圧まで徐々に上昇される
ことから、主回路電流が増大することになる。これによ
り、本実施例によれば、各ＩＢＧＴのアーム回路に挿入
したヒューズ２１〜２４がその溶断特性に従って溶断
し、ＩＧＢＴを保護するとともに、故障素子を回路から
切り離す。その結果、他の健全な素子及びインバータへ
の事故の波及を防止でき、インバ−タ装置の信頼性が向
上する。On the other hand, in the case of a DC short-circuit fault due to other factors, not a malfunction due to noise or the like, the overcurrent state continues for a long time. In this case, the gate voltage is gradually increased to a predetermined on-gate voltage as shown in FIG. 3, so that the main circuit current is increased. As a result, according to this embodiment, the fuses 21 to 24 inserted in the arm circuit of each IBGT are blown according to their blowing characteristics to protect the IGBT and disconnect the faulty element from the circuit. As a result, it is possible to prevent the accident from spreading to other sound elements and the inverter, and the reliability of the inverter device is improved.
【００３８】ここで、ホトトランジスタ７のベース信号
が、図４に示すように、ゲート電圧引下げ回路の引下げ
・昇圧の動作周期よりも短い周期でオン・オフするよう
な場合の動作について説明する。このような場合、オフ
の期間はコンデンサ２５と抵抗２６の時定数で決まる値
で、コンデンサ２５の電圧が低下する。しかし、再びオ
ン期間になるとコンデンサ２５の電圧はその時点の電圧
から上昇するので、ＩＧＢＴのゲ−ト電圧は図示のよう
に増加することになる。このような特性のゲート電圧引
下げ回路によれば、例えば図１の単位インバータ１０１
のＩＧＢＴ１３２が故障したとき、図５に示す主回路電
流ｉのシミュレ−ション波形のように、単位インバータ
１０１と１０２間の循環電流が小さい内に、健全な素子
であるＩＧＢＴ１３１との間に過大な主回路電流ｉが流
れる。これにより、ヒユ−ズ１２１、１２２を溶断させ
て、制御装置１９１を介すことなく、故障回路の切り離
しを高速で行なわせることができる。その結果、健全な
他の単位インバータ１０２側への故障の波及や、インバ
ータ電源システムの出力電圧の低下などを防止できる。Here, the operation in the case where the base signal of the phototransistor 7 turns on / off in a cycle shorter than the operation cycle of the pull-down / boost of the gate voltage pull-down circuit as shown in FIG. 4 will be described. In such a case, the off period is a value determined by the time constant of the capacitor 25 and the resistor 26, and the voltage of the capacitor 25 decreases. However, in the ON period again, the voltage of the capacitor 25 rises from the voltage at that time, so the gate voltage of the IGBT increases as shown in the figure. According to the gate voltage reduction circuit having such characteristics, for example, the unit inverter 101 shown in FIG.
When the IGBT 132 of No. 1 fails, as shown in the simulation waveform of the main circuit current i shown in FIG. 5, while the circulating current between the unit inverters 101 and 102 is small, it is excessive between the IGBT 131 which is a sound element. The main circuit current i flows. As a result, the fuses 121 and 122 can be blown out, and the failure circuit can be disconnected at high speed without the intervention of the control device 191. As a result, it is possible to prevent a failure from spreading to another healthy unit inverter 102 side and a decrease in the output voltage of the inverter power supply system.
【００３９】図６に、本発明にかかる駆動回路の第２の
実施例を示す。図１実施例の駆動回路と異なる点は、コ
ンデンサ２５と抵抗２６の並列回路を除去した点にあ
る。本実施例によれば、正常時の動作などは図１の実施
例と同一であるが、過大電流検知時のゲート電圧引下げ
回路の電流抑制動作が以下に述べるように相違する。FIG. 6 shows a second embodiment of the drive circuit according to the present invention. The difference from the drive circuit of the embodiment of FIG. 1 is that the parallel circuit of the capacitor 25 and the resistor 26 is removed. According to this embodiment, the normal operation is the same as that of the embodiment of FIG. 1, but the current suppressing operation of the gate voltage lowering circuit at the time of detecting an overcurrent is different as described below.
【００４０】本実施例によれば、コンデンサ２５と抵抗
２６の並列回路がないことから、図３に２点鎖線で示す
ように、ｔ3時点以降のゲ−ト電圧が、抵抗１１と、抵
抗２３と、抵抗１３とで決まる一定値（スレッシュホー
ルド電圧より少し高い電圧）に保持されたままになる。
すなわち、過大電流は抑制するが、抑制状態で電流を流
し続けてヒユ−ズを溶断させることにより、故障のＩＧ
ＢＴを回路から切り離すようにしたのである。本実施例
によっても、図１の実施例と同様に、制御装置１９１を
介すことなく、故障回路の切り離しを高速で行なわせる
ことができる。その結果、健全な他の単位インバータ１
０２側へ故障が波及したり、インバータ電源システムの
出力電圧の低下などを防止できる。According to this embodiment, since there is no parallel circuit of the capacitor 25 and the resistor 26, the gate voltage after the time point t 3 is the resistor 11 and the resistor 26 as shown by the chain double-dashed line in FIG. 23 and the resistor 13 keep a constant value (a voltage slightly higher than the threshold voltage).
That is, although the overcurrent is suppressed, the current is kept flowing in the suppressed state, and the fuse is blown out, so that the IG of the failure occurs.
The BT was separated from the circuit. According to this embodiment, as in the embodiment shown in FIG. 1, the failure circuit can be disconnected at high speed without the intervention of the control device 191. As a result, another healthy unit inverter 1
It is possible to prevent a failure from spreading to the No. 02 side and a decrease in the output voltage of the inverter power supply system.
【００４１】図７に、本発明にかかる駆動回路を適用し
てなる並列運転インバータ装置の他の実施例を示す。図
２の実施例と異なる点は、駆動回路１６１〜１６４から
制御装置１９１に過電流の検出信号１９２を入力し、こ
れに基づいて制御装置１９１においてインバ−タの動作
状態を判断し、状態に応じたＩＧＢＴを選択した条件、
動作で対応するＩＧＢＴの駆動回路に電流抑制停止指令
１９３を出力し、これにより当該ＩＧＢＴにかかる電流
抑制動作を停止させるようにしたことにある。制御装置
１９１に入力する過電流検出信号１９２としては、図１
又は図６の駆動回路の抵抗１１の両端の電圧、又は図９
のホトダイオード３１等の素子により得られる過電流検
出信号を用いる。そして、駆動回路には、図１に点線で
示したように、トランジスタ２０のベース電圧を引き下
げるトランジスタ５０を設け、このトランジスタ５０の
ベースに前記電流抑制停止指令１９３を印加するように
する。FIG. 7 shows another embodiment of a parallel operation inverter device to which the drive circuit according to the present invention is applied. 2 is different from the embodiment of FIG. 2 in that an overcurrent detection signal 192 is input from the drive circuits 161 to 164 to the control device 191, and the control device 191 determines the operating condition of the inverter based on the detection signal 192. The condition to select the appropriate IGBT,
The operation is to output the current suppression stop command 193 to the corresponding IGBT drive circuit, thereby stopping the current suppression operation applied to the IGBT. The overcurrent detection signal 192 input to the control device 191 is as shown in FIG.
Or the voltage across the resistor 11 of the drive circuit of FIG. 6, or FIG.
An overcurrent detection signal obtained by an element such as the photodiode 31 is used. Then, as shown by the dotted line in FIG. 1, the drive circuit is provided with a transistor 50 that lowers the base voltage of the transistor 20, and the current suppression stop command 193 is applied to the base of the transistor 50.
【００４２】本実施例によれば、制御装置１９１によ
り、インバータの動作状態に応じたＩＧＢＴを選択した
条件、動作で、不要な過電流抑制を停止させることがで
きるので、一層高速で故障回路の切離しを行うことがで
き、故障の波及や電源システムの出力電圧の低下などを
防止でき、信頼性を向上できる。According to this embodiment, the control device 191 can stop the unnecessary overcurrent suppression under the condition and the operation in which the IGBT is selected according to the operating state of the inverter. The disconnection can be performed, and it is possible to prevent the spread of failures and the decrease of the output voltage of the power supply system, and improve the reliability.
【００４３】上述の各実施例では、自己消弧素子として
ＩＧＢＴの例を用いて説明したが、本発明はこれに限ら
れるものではなく、同等の他のスイッチング素子に適用
して同一の効果を得ることができる。In each of the above-mentioned embodiments, the example of the IGBT is used as the self-extinguishing element, but the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained by applying it to another equivalent switching element. Obtainable.
【００４４】また、単相のインバ−タに限らず、三相又
はそれ以上の相数のインバ−タ装置に適用できる。これ
らの例としては、ＣＶＣＦ、モ−タ駆動用の電力変換器
システムがある。The present invention is not limited to a single-phase inverter, but can be applied to an inverter device having three or more phases. Examples of these are CVCF, power converter systems for driving motors.
【００４５】また、インバータに限らず、交流／直流変
換を行うコンバ−タ、チョッパ回路などの変換器におい
ても同様に適用でき、同様の効果が得られることは勿論
である。Further, the present invention is not limited to inverters, and can be applied to converters such as converters and chopper circuits for AC / DC conversion, and the same effects can be obtained.
【００４６】[0046]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の自己消弧
素子の駆動方法及び駆動回路によれば、ノイズ等による
誤動作の過電流に対しては電流を抑制して保護でき、長
い時間に亘る過電流については自己消弧素子のアームに
挿入されたヒューズを溶断させるようにして回路から故
障のスイッチング素子を切離すことができる。As described above, according to the driving method and the driving circuit of the self-extinguishing element of the present invention, the current can be suppressed and protected against the overcurrent caused by the malfunction due to the noise and the like, and the long time can be maintained. As for the overcurrent, the fuse inserted in the arm of the self-extinguishing element can be blown to disconnect the faulty switching element from the circuit.
【００４７】その結果、他の健全な素子又は電力変換回
路への事故の波及を防止できるとともに、他の電力変換
装置間の循環電流を低く抑えることができるので、電源
システムとしての出力電圧の低下を抑制して、システム
の信頼性を向上できる。As a result, it is possible to prevent an accident from spreading to other sound elements or power conversion circuits, and to suppress the circulating current between other power conversion devices to a low level, so that the output voltage of the power supply system is lowered. Can be suppressed and the reliability of the system can be improved.
【００４８】また、本発明の電力変換装置によれば、制
御装置により事故の状況を判断し、短絡事故にかかるも
のであるときは、速やかに電流抑制を停止させているこ
とから、事故にかかる自己消弧素子の保護ヒューズを速
やかに溶断させることができる。これにより、特に並列
運転されている他の電力変換装置への事故の波及を防止
するとともに、他の電力変換装置の出力を正常に保持で
きることから、電源システムの信頼度を向上できる。Further, according to the power conversion device of the present invention, the control device judges the situation of the accident, and when the current is related to the short-circuit accident, the current suppression is promptly stopped. The protective fuse of the self-extinguishing element can be quickly blown. As a result, in particular, it is possible to prevent an accident from spreading to other power conversion devices that are operating in parallel, and to normally maintain the output of the other power conversion device, so that the reliability of the power supply system can be improved.
【図１】本発明にかかる一実施例の自己消弧素子の駆動
回路の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a drive circuit for a self-extinguishing element according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１実施例の駆動回路を適用してなる一実施例
の並列運転インバータ装置の全体構成図である。FIG. 2 is an overall configuration diagram of a parallel operation inverter device of an embodiment to which the drive circuit of the embodiment of FIG. 1 is applied.
【図３】図１実施例の動作を説明するためのタイミング
チャートである。FIG. 3 is a timing chart for explaining the operation of the embodiment in FIG.
【図４】図１実施例の変形動作を説明するためのタイミ
ングチャートである。FIG. 4 is a timing chart for explaining a modified operation of the embodiment of FIG.
【図５】図１実施例の効果を説明するための過電流の変
化を示す図である。5A and 5B are diagrams showing changes in overcurrent for explaining the effect of the embodiment of FIG.
【図６】本発明にかかる他の実施例の自己消弧素子の駆
動回路の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a drive circuit for a self-arc-extinguishing element according to another embodiment of the present invention.
【図７】本発明にかかる他の実施例の並列運転インバー
タ装置の全体構成図である。FIG. 7 is an overall configuration diagram of a parallel operation inverter device according to another embodiment of the present invention.
【図８】従来例の単相インバータの構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional single-phase inverter.
【図９】従来例の駆動回路の回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram of a conventional drive circuit.
【図１０】図９の駆動回路の動作を説明するタイミング
チャートである。10 is a timing chart illustrating the operation of the drive circuit of FIG.
１、２ 電源、 ３、４、６、７、１０、１９、２１ トランジスタ、 ５、１１、１３、１５、１７、２０、２２、２３、２
４、２６ 抵抗、 ８ ダイオ−ド、 ９ ツェナ−ダイオ−ド、 １４、１６、１８、２５ コンデンサ、 １２１〜１２４ ヒュ−ズ、 １３１〜１３４ ＩＧＢＴ、 １６１〜１６２ 駆動回路、 １７１、１７２ リアクトル、 １８１ コンデンサ １９１ 制御装置、 １０１、１０２ 単位インバ−タ。1, 2 power supply, 3, 4, 6, 7, 10, 19, 21 transistor, 5, 11, 13, 15, 17, 20, 22, 23, 2
4, 26 resistance, 8 diode, 9 Zener diode, 14, 16, 18, 25 capacitor, 121-124 fuse, 131-134 IGBT, 161-162 drive circuit, 171, 172 reactor, 181 Capacitor 191 control device, 101, 102 unit inverter.
フロントページの続き (72)発明者 櫻井 芳美 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 大和 育男 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内Front page continuation (72) Inventor Yoshimi Sakurai 4026 Kujimachi, Hitachi City, Hitachi, Ibaraki Prefecture, Hitachi Research Laboratory, Inc.
Claims (10)
が設定電流を越えている間、前記自己消弧素子のオンゲ
−ト電圧を当該自己消弧素子のスレッシュホ−ルド電圧
よりも一定電圧高い値まで一定時定数で低下することを
含んでなる自己消弧素子の駆動方法。1. The on-gate voltage of the self-extinguishing element is higher than the threshold voltage of the self-extinguishing element while the main circuit current of the electrostatic induction type self-extinguishing element exceeds a set current. A method for driving a self-extinguishing element, which comprises lowering a constant voltage to a high value with a constant time constant.
が設定電流を越えている間、前記自己消弧素子のオンゲ
−ト電圧を当該自己消弧素子のスレッシュホ−ルド電圧
よりも一定電圧高い値まで第１の一定時定数で低下し、
その後第２の一定時定数で所定のオンゲート電圧まで上
昇することを含んでなる自己消弧素子の駆動方法。2. The on-gate voltage of the self-extinguishing element is higher than the threshold voltage of the self-extinguishing element while the main circuit current of the electrostatic induction type self-extinguishing element exceeds a set current. It decreases with the first constant time constant to a constant voltage high value,
A method of driving a self-extinguishing element, comprising increasing to a predetermined on-gate voltage with a second constant time constant thereafter.
が設定電流を越えている間、前記自己消弧素子のオンゲ
−ト電圧を当該自己消弧素子のスレッシュホ−ルド電圧
よりも一定電圧高い値まで第１の一定時定数で低下し、
その後第２の一定時定数で所定のオンゲート電圧まで上
昇するものとし、該上昇過程で前記自己消弧素子のオフ
指令信号が入力されたときは、前記自己消弧素子のゲー
ト電圧を所定のオフゲート電圧に切り替えるとともに前
記オンゲート電圧を保持又は第３の一定時定数に従って
低下し、その後オン指令が入力されたときは前記自己消
弧素子のゲート電圧を前記保持された又は低下されたオ
ンゲート電圧に切り替えた後、該オンゲート電圧を前記
第２の一定時定数で所定のオンゲート電圧まで上昇する
ことを含んでなる自己消弧素子の駆動方法。3. The on-gate voltage of the self-extinguishing element is higher than the threshold voltage of the self-extinguishing element while the main circuit current of the electrostatic induction type self-extinguishing element exceeds a set current. It decreases with the first constant time constant to a constant voltage high value,
Then, it is assumed that the voltage rises to a predetermined on-gate voltage with a second constant time constant, and when a turn-off command signal for the self-extinguishing element is input during the increasing process, the gate voltage of the self-extinguishing element is changed to a predetermined off-gate. The gate voltage of the self-extinguishing element is switched to the held or lowered on-gate voltage when the on-gate voltage is held or lowered according to a third constant time constant while being switched to a voltage, and then an ON command is input. And then increasing the on-gate voltage to a predetermined on-gate voltage with the second constant time constant.
を入力されるオン・オフ指令に従って所定のオンゲート
電圧とオフゲート電圧に切り替えるゲート電圧切替回路
と、前記自己消弧素子の主回路電流の過電流を検出する
過電流検出回路と、該過電流検出回路の検出信号が出力
されている間、前記オンゲート電圧を当該自己消弧素子
のスレッシュホ−ルド電圧よりも一定電圧高い値まで一
定時定数で低下させるオンゲート電圧引下げ回路とを具
備してなる自己消弧素子の駆動回路。4. A gate voltage switching circuit for switching a gate voltage of an electrostatic induction type self-extinguishing element to a predetermined on-gate voltage and off-gate voltage according to an input on / off command, and a main circuit current of the self-extinguishing element. Of an overcurrent detecting circuit for detecting the overcurrent of the self-extinguishing element, and while the detection signal of the overcurrent detecting circuit is being output, when the on-gate voltage is constant to a value higher than the threshold voltage of the self-extinguishing element by a constant voltage. A drive circuit for a self-extinguishing element, comprising an on-gate voltage reduction circuit for reducing the voltage by a constant.
を入力されるオン・オフ指令に従って所定のオンゲート
電圧とオフゲート電圧に切り替えるゲート電圧切替回路
と、前記自己消弧素子の主回路電流の過電流を検出する
過電流検出回路と、該過電流検出回路の検出信号が出力
されている間、前記オンゲート電圧を当該自己消弧素子
のスレッシュホ−ルド電圧よりも一定電圧高い値まで前
記オンゲート電圧を一定時定数で低下させ、その後第２
の一定時定数で所定のオンゲート電圧まで上昇するオン
ゲート電圧引下げ回路とを具備してなる自己消弧素子の
駆動回路。5. A gate voltage switching circuit for switching the gate voltage of the electrostatic induction type self-extinguishing element to a predetermined on-gate voltage and off-gate voltage according to an input on / off command, and a main circuit current of the self-extinguishing element. And an overcurrent detection circuit for detecting an overcurrent of the self-extinguishing element, the on-gate voltage is increased to a value higher than the threshold voltage of the self-extinguishing element by a constant voltage while the detection signal of the overcurrent detection circuit is being output. The voltage is reduced with a constant time constant, then the second
A circuit for driving a self-extinguishing element, comprising: an on-gate voltage lowering circuit that rises to a predetermined on-gate voltage with a constant time constant.
を入力されるオン・オフ指令に従って所定のオンゲート
電圧とオフゲート電圧に切り替えるゲート電圧切替回路
と、前記自己消弧素子の主回路電流の過電流を検出する
過電流検出回路と、該過電流検出回路の検出信号が出力
されている間、前記オンゲート電圧を当該自己消弧素子
のスレッシュホ−ルド電圧よりも一定電圧高い値まで前
記オンゲート電圧を一定時定数で低下させ、その後第２
の一定時定数で所定のオンゲート電圧まで上昇するオン
ゲート電圧引下げ回路とを具備してなり、前記オンゲー
ト電圧引下げ回路は前記第２の時定数によるオンゲート
電圧上昇時に、前記ゲート電圧切替回路によりゲート電
圧がオフゲート電圧に切り替えられたとき、オンゲート
電圧をその時の値に保持又は第３の一定時定数に従って
低下し、その後前記ゲート電圧切替回路によりゲート電
圧がオンゲート電圧に切り替えられたとき、オンゲート
電圧を前記保持された値又は低下された値のオンゲート
電圧に切り替えた後、該オンゲート電圧を前記第２の一
定時定数で所定のオンゲート電圧まで上昇する構成とし
てなる自己消弧素子の駆動回路。6. A gate voltage switching circuit for switching a gate voltage of an electrostatic induction type self-extinguishing element to a predetermined on-gate voltage and off-gate voltage according to an input on / off command, and a main circuit current of the self-extinguishing element. And an overcurrent detection circuit for detecting an overcurrent of the self-extinguishing element, the on-gate voltage is increased to a value higher than the threshold voltage of the self-extinguishing element by a constant voltage while the detection signal of the overcurrent detection circuit is being output. The voltage is reduced with a constant time constant, then the second
And an on-gate voltage lowering circuit that raises the gate voltage to a predetermined on-gate voltage with a constant time constant of, when the on-gate voltage lowering circuit raises the on-gate voltage by the second time constant, the gate voltage switching circuit changes the gate voltage. When the gate voltage is switched to the off-gate voltage, the on-gate voltage is maintained at the value at that time or is decreased according to the third constant time constant, and when the gate voltage is switched to the on-gate voltage by the gate voltage switching circuit, the on-gate voltage is maintained. A circuit for driving a self-extinguishing element, which is configured to increase the on-gate voltage to a predetermined on-gate voltage with the second constant time constant after switching to the on-gate voltage of a predetermined value or a reduced value.
前記自己消弧素子には当該自己消弧素子を一定の過電流
から保護するヒューズが直列に接続されていることを特
徴とする自己消弧素子の駆動回路。7. The method according to claim 4, 5, or 6,
A drive circuit for a self-extinguishing element, wherein a fuse that protects the self-extinguishing element from a constant overcurrent is connected in series to the self-extinguishing element.
イッチング素子とする電力変換主回路と、該電力変換主
回路の前記スイッチング素子を駆動する駆動回路と、該
駆動回路に各スイッチング素子のオン・オフ指令を出力
する制御装置とを具備してなる電力変換装置において、
前記駆動回路が、請求項３、４、５に記載のいずれかの
駆動回路であることを特徴とする電力変換装置。8. A power conversion main circuit using an electrostatic induction type self-extinguishing element as a switching element of the main circuit, a drive circuit for driving the switching element of the power conversion main circuit, and each switching circuit for the drive circuit. In a power conversion device comprising a control device that outputs an on / off command for an element,
The power conversion device, wherein the drive circuit is the drive circuit according to any one of claims 3, 4, and 5.
イッチング素子とする電力変換主回路と、該電力変換主
回路の各スイッチング素子のオン・オフ指令を出力する
制御装置と、該制御装置から出力されるオン・オフ指令
に従って前記各スイッチング素子をそれぞれ駆動する駆
動回路とを具備してなり、前記駆動回路が、前記オン・
オフ指令に従って前記自己消弧素子のゲート電圧を所定
のオンゲート電圧とオフゲート電圧とに切り替えるゲー
ト電圧切替回路と、前記自己消弧素子の主回路電流の過
電流を検出する過電流検出回路と、該過電流検出回路の
検出信号が出力されている間、前記オンゲート電圧を当
該自己消弧素子のスレッシュホ−ルド電圧よりも一定電
圧高い値まで前記オンゲート電圧を一定時定数で低下さ
せるオンゲート電圧引下げ回路とを含んでなり、前記制
御装置が、前記過電流検出信号を入力し、前記電力変換
主回路の動作状態に基づいて過電流の原因を判断し、直
流短絡による過電流と判断したときは前記オンゲート電
圧引下げ回路の動作を停止させる指令を前記駆動回路に
出力するようにしてなる電力変換装置。9. A power conversion main circuit having an electrostatic induction type self-extinguishing element as a switching element of the main circuit, a controller for outputting an on / off command for each switching element of the power conversion main circuit, A drive circuit that drives each of the switching elements in accordance with an on / off command output from the control device, wherein the drive circuit
A gate voltage switching circuit that switches a gate voltage of the self-extinguishing element between a predetermined on-gate voltage and an off-gate voltage according to an off command; an overcurrent detection circuit that detects an overcurrent of the main circuit current of the self-extinguishing element; An on-gate voltage reduction circuit that lowers the on-gate voltage with a constant time constant to a value that is a constant voltage higher than the threshold voltage of the self-extinguishing element while the detection signal of the overcurrent detection circuit is being output. When the control device inputs the overcurrent detection signal, determines the cause of the overcurrent based on the operating state of the power conversion main circuit, and determines the overcurrent due to a DC short circuit, the on-gate. A power conversion device configured to output a command to stop the operation of the voltage reduction circuit to the drive circuit.
には当該自己消弧素子を一定の過電流から保護するヒュ
ーズが設けられていることを特徴とする電力変換装置。10. The power conversion device according to claim 9, wherein the self-extinguishing element is provided with a fuse for protecting the self-extinguishing element from a constant overcurrent.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4029516A JPH05227738A (en) | 1992-02-17 | 1992-02-17 | Driving method and circuit for self-arc-extinguishing element, and power converter using that driving circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4029516A JPH05227738A (en) | 1992-02-17 | 1992-02-17 | Driving method and circuit for self-arc-extinguishing element, and power converter using that driving circuit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05227738A true JPH05227738A (en) | 1993-09-03 |
Family
ID=12278267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4029516A Pending JPH05227738A (en) | 1992-02-17 | 1992-02-17 | Driving method and circuit for self-arc-extinguishing element, and power converter using that driving circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05227738A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007088599A (en) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | Gate circuit of insulated gate semiconductor device |
| JP2013198185A (en) * | 2012-03-16 | 2013-09-30 | Denso Corp | Drive circuit for switching element |
-
1992
- 1992-02-17 JP JP4029516A patent/JPH05227738A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007088599A (en) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | Gate circuit of insulated gate semiconductor device |
| JP4727360B2 (en) * | 2005-09-20 | 2011-07-20 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Gate circuit of insulated gate semiconductor device |
| JP2013198185A (en) * | 2012-03-16 | 2013-09-30 | Denso Corp | Drive circuit for switching element |
| US9112344B2 (en) | 2012-03-16 | 2015-08-18 | Denso Corporation | Driver for switching element and control system for rotary machine using the same |
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