JPH0564545B2 - - Google Patents

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JPH0564545B2
JPH0564545B2 JP60023334A JP2333485A JPH0564545B2 JP H0564545 B2 JPH0564545 B2 JP H0564545B2 JP 60023334 A JP60023334 A JP 60023334A JP 2333485 A JP2333485 A JP 2333485A JP H0564545 B2 JPH0564545 B2 JP H0564545B2
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JP
Japan
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voltage
collector
electrostatic induction
extinguishing element
induction type
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JP60023334A
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English (en)
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JPS61185064A (ja
Inventor
Chihiro Okatsuchi
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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Priority to KR1019860000782A priority patent/KR900008276B1/ko
Priority to AU53260/86A priority patent/AU568446B2/en
Priority to US06/826,771 priority patent/US4721869A/en
Priority to CN86101151.1A priority patent/CN1006266B/zh
Publication of JPS61185064A publication Critical patent/JPS61185064A/ja
Priority to AU13712/88A priority patent/AU593729B2/en
Publication of JPH0564545B2 publication Critical patent/JPH0564545B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage

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  • Power Conversion In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は静電誘導形自己消弧素子を安全に駆動
する駆動回路に関するもので、特に電源装置にお
いて使用されるものである。
〔発明の技術的背景〕
直流−交流または交流−直流の電力変換装置と
して静電誘導形自己消弧素子を用いたものが知ら
れている。この静電誘導形自己消弧素子としては
GE社のIGT(Insulated Gate Transistor)が知
られており、例えば“Application of Insulated
Gate Transistors”(Factory Electronics 1983)
に詳しく紹介されている。該文献に記載された典
型的なGE社の品番D94FQ1(18A、400V)および
FRI(18A、500V)についてゲート電圧VGE、コ
レクタ電圧VCE、コレクタ電流ICの相関関係を示
す第7図によればゲート電圧VGEが低い範囲では
トランジスタに近い定電流特性を示す一方で、ゲ
ート電圧VGEが高くなるとサイリスタに近い低い
電圧降下を示す、トランジスタとサイリスタの中
間的特性を有していることがわかる。
また、第8図は第7図に示した静電誘導形自己
消弧素子素子の安全動作領域(SOA)を示すも
ので、例えばゲート、エミツタ間抵抗RGEが5kΩ
の場合には20A以下のコレクタ電流に制限すれば
常に安全に運転できることを示している。
しかし、定格最大電流以上の電流をターンオフ
しようとする、いわゆるラツチアツプが生じ、ゲ
ート電圧VGEを0にしてコレクタ電流ICを0にで
きなくなる上、素子内の電流密度が高まつて素子
の劣化が生じる。したがつて、静電誘導形自己消
弧素子の駆動にあたつては安全動作領域を越えた
使用を避けることが必要である。
第9図に従来使用されている静電誘導形自己消
弧素子のゲート駆動回路を示す。これによれば、
直流電源1の正極に負荷2を介して静電誘導形自
己消弧素子3のコレクタが、負極にエミツタがそ
れぞれ接続されるとともに、直流電源1と負極を
共通接続したゲート用電源4の正極は抵抗5を介
してNPNトランジスタ6のコレクタに接続され
ている。増幅用のNPNトランジスタ6とPNPト
ランジスタ7とはコンプリメンタリ接続されてお
り、そのベース共通接続点には駆動信号Vsが入
力され、トランジスタ6および7のエミツタ共通
接続点には並列接続された抵抗8およびダイオー
ド9を介して静電誘導形自己消弧素子3のゲート
が接続されている。
この回路においては、駆動信号Vsがオンとな
つたときは、電源4の電圧がトランジスタ6およ
びダイオード9を介して静電誘導形自己消弧素子
3のゲートに迅速に印加され、駆動信号Vsがオ
フとなつたときはゲートは抵抗8とトランジスタ
7を通じて静電誘導形自己消弧素子3のエミツタ
と短絡され、ゲート電位は低下する。このときの
抵抗8は第8図におけるRGEに相当するものであ
り、この抵抗値の大きさによつて最大コレクタ電
流が制限を受ける場合もある。
〔背景技術の問題点〕
しかしながら、このような駆動回路では静電誘
導形自己消弧素子のゲート電圧は固定電位のゲー
ト用電源4により定まる一定値であるため、静電
誘導形自己消弧素子の特徴を有効に発揮できない
という問題がある。
すなわち、第9図の回路においてVGE=20Vと
すれば電圧降下は低くなるが、負荷側で事故が発
生したときにはコレクタ電流は100A以上となつ
て第8図に示す安全動作領域を外れるため素子は
劣化する。また、素子の劣化が発生しないように
最大コレクタ電流を常に20A以下とするためには
第7図からVGEを8Vに制限する必要があるが、静
電誘導形自己消弧素子がオンとなつたときのコレ
クタ電流を10Aとすればゲート、コレクタ間の電
圧降下はVGE=20Vのときに比べ30%程度大きく、
コレクタ電流15Aでは約5倍の大きさとなつて損
失が著しく増大するという問題がある。
〔発明の目的〕
本発明はこのような問題を解決するためなされ
たもので、最大コレクタ電流を安全動作領域内に
保ち、また損失を減少させることのできる静電誘
導形自己消弧素子の駆動回路を提供することを目
的とする。
(発明の概要) 上記目的を達成するため、本発明によれば、ゲ
ート電圧に応じてコレクタ電流が変化する静電誘
導形自己消弧素子の駆動回路において、前記静電
誘導形自己消弧素子のコレクタ・エミツタ間の電
圧に比例した電圧を発生する電圧検出手段と、前
記コレクタ・エミツタ間の電圧が制御開始電圧を
超え制御上限電圧までの範囲では、前記電圧検出
手段の検出電圧に比例した電流をゲート電圧発生
部のバイパス経路に流すことにより、コレクタ・
エミツタ間の電圧が上昇するとともにゲート電圧
を低下させてコレクタ電流を許容コレクタ電流値
以下とし、前記コレクタ・エミツタ間の電圧が制
御上限電圧を超える範囲では、前記バイパス経路
に流す電流を一定の下限値にすることにより得ら
れる一定の下限ゲート電圧により前記コレクタ電
流を一定の下限値に維持するゲート電圧制御手段
とを備えたことを特徴とするものである。
〔発明の実施例〕
以下図面を参照しながら本発明の実施例のいく
つかを詳細に説明する。なお、従来と同一の構成
要素は同一番号を付しその詳細な説明を省略する
ものとする。
第1図は本発明にかかる静電誘導形自己消弧素
子の駆動回路の一実施例を示す回路図であつて、
第10図の場合と同様に、ゲート用電源4の電圧
は、駆動信号Vsが抵抗10を介してベース共通
接続点に引火されるコンプリメンタリ接続された
トランジスタ6および7を介して静電誘導形自己
消弧素子3のゲートに印加されているが、トラン
ジスタ6および7のベース共通接続点にはNPN
型トランジスタ14のコレクタが接続され、この
トランジスタ14のエミツタは抵抗13を介して
ゲート用電源の負極に、またベースは静電誘導形
自己消弧素子3のコレクタに抵抗11を介して接
続されている。さらにこのベースとゲート用電源
4の負極との間にゼナーダイオード15および抵
抗12が並列接続されている。
次にこの回路の動作を第2図および第3図を参
照して説明する。
抵抗11および12は静電誘導形自己消弧素子
のコレクタ電圧VCEを抵抗分割しており、抵抗1
2の両端にはコレクタ電圧VCEに比例した電圧が
現れる。一方、トランジスタ14と抵抗13はエ
ミツタフオロアを構成しており、トランジスタ1
4のコレクタ電流は抵抗12の電圧降下にほぼ比
例することになる。
トランジスタ14がオフ状態であるときは、駆
動信号Vsはそのままトラジスタ6および7によ
つて電力増幅され、静電誘導形自己消弧素子3の
ゲートに電圧VGEとして印加される。トランジス
タ14がオフ状態であるためにはトランジスタ1
4のエミツタ、ベース間の電圧降下が抵抗12の
電圧降下よりも大きいことが必要であるから、静
電誘導形自己消弧素子3のコレクタ、エミツタ間
電圧VCEはトランジスタ14のエミツタ、ベース
間電圧降下を上回る抵抗12の電圧降下を発生さ
せる電圧V1以下である。VCEがこの電圧V1を上回
るとトランジスタ14はコレクタ電流を流し始め
電流値は前述したように抵抗R12の電圧降下にほ
ぼ比例する。したがつて、このコレクタ電流は抵
抗10において電圧降下を生じ、駆動信号Vsの
値は降下し静電誘導形自己消弧素子3のゲート電
圧VGEはそれに応じて降下する。このようなゲー
ト電圧の制御は、ゼナーダイオードのゼナー電圧
に抵抗12の電圧が達するとき、すなわちコレク
タ電圧VCEが所定電圧V2に達するまでの範囲で行
われる。コレクタ電圧VCEが所定電圧V2を超える
とゼナーダイオード15の作用でゲート電圧VGE
の低下は起こらず、第2図に示されるように所定
の下限値に維持される。
第3図はこのようなゲート電圧VGEの制御によ
り作用を説明するグラフであつて、第3図aは第
7図と同様なコレクタ電圧VCEとコレクタ電流IC
との関係を示すグラフにおいてラツチアツプ現象
を避けるためにIC=20Aを示す線Aを引いたもの
であり、第3図のグラフにおけるゲート電圧VGE
とコレクタ電圧VCEをプロツトしたのが第3図b
の曲線Bである。一方、第2図と同様の直線近似
を行なつたものが線Cであり、ゲート電圧VGE
最大値はエミツタフオロアとなるトランジスタ1
4の特性と抵抗分割を行う抵抗11および12の
値を適当に選択することにより適宜定めることが
でき、また、ゲート電圧VGEの最小値はゼナーダ
イオードの特性を選択することにより適宜定める
ことができる。このように静電誘導形自己消弧素
子のゲート電圧VGEを所定範囲内で制御すること
により、静電誘導形自己消弧素子に流れる電流は
常に最大許容電流以下となる。
第4図ないし第8図は本発明の他の実施例のい
くつかを示す回路図である。
第4図は第1図におけるゼナーダイオード15
に直列抵抗16を付加したもので、直列抵抗によ
り電圧降下が生ずるために静電誘導形自己消弧素
子のコレクタ電圧VCEが増加したときのゲート電
圧VGEは第2図のグラフにおける破線のような特
性となる。これにより、静電誘導形自己消弧素子
の定電流特性をより正確に近似することが可能と
なる。
第5図は第1図の回路に対してエミツタフオロ
アとなるトランジスのコレタクタ側およびベース
側にそれぞれゼナーダイオード17および18を
接続し、ベース、エミツタ間のゼナーダイオード
およびエミツタ側の抵抗を省略した他の実施例を
示すものである。この回路においてはゼナーダイ
オード17,18により静電誘導形自己消弧素子
のゲート電圧VGEが変化するコレクタ電圧VCE
値V1およびV2を近似させることができ、ゲート
電圧VGEは2値的に変化する。この実施例におけ
る特性は第3図bの曲線Bを厳密に近似するもの
ではないが、実用上は十分である。
第6図は第1図の構成に駆動信号Vsを供給す
る制御回路の詳細を示したものである。
これによれば、制御信号Vgがアンド回路20
の一方側に入力され、その出力が駆動信号Vsと
なつて抵抗10に印加される、一方、トランジス
タ14に流れる電流はフオトカプラ22の発光ダ
イオードにより検出され、受信側のフオトトラン
ジスタに光電流を生じるため抵抗24によつて発
生したロジツクレベル信号がタイムデイレイ回路
25のセツト端子(S)に入力され、この出力はラツ
チ回路26で保持され、その出力はアンド回路2
0の他方側入力端子に入力されている。この回路
では制御信号Vgが立上るとタイムデイレイ回路
25がリセツトされるが、フオトカプラ22によ
り検出されたコレクタ電流がタイムデイレイ回路
25により定められる所定時間よりも長く流れ続
けたこと、すなわち過電流により静電誘導形自己
消弧素子3のコレクタ電圧VCEが低下しない事故
状態が続いていることが検出されたときはラツチ
回路26に事故状態が保持されるためアンド回路
20の出力Vsはオフ状態となり、静電誘導形自
己消弧素子3はオフされ、静電誘導形自己消弧素
子3の保護が図られる。
なお、第6図においてはフオトカプラ22a,
22bにより静電誘導型自己消弧素子3の負荷側
の故障を検出するようにしているが、静電誘導型
自己消弧素子3のコレクタ電流を直接検出するよ
うにし、設定値以上の電流が検出されたときは時
間遅れ回路を介してラツチ回路25を動作させる
ような従来広く採用されている電流検出による故
障検出の態様を採用することもできる。
なお、フオトカプラ22の替わりに静電誘導形
自己消弧素子の過電流を検出する回路を構成する
こともできる。
以上の実施例における静電誘導形自己消弧素子
にはIGTの他にFETがある。また実施例では静
電誘導形自己消弧素子は1個のみであるが実際に
は静電誘導形自己消弧素子のコレクタ、エミツタ
間にフリーホイールダイオードを逆極性接続した
ものを4個あるいは6個使用してブリツジを形成
したものが多用される。
また、エミツタフオロワトランジスタより成る
電圧調整回路の電圧調整点は上記各実施例ではゲ
ート電圧入力回路の増幅トランジスタの入力側に
接続されているが、出力側に接続されていてもよ
い。ただし、この場合には駆動回路全体として損
失がやや増加する。
〔発明の効果〕
以上のように本発明にかかる静電誘導形自己消
弧素子の駆動回路によれば、検出された静電誘導
形自己消弧素子のコレクタ電圧に応じて静電誘導
形自己消弧素子のゲート電圧を降下させる電圧調
整回路を備えているので、コレクタ電流を所定の
最大許容値以下に維持することができ静電誘導形
自己消弧素子の劣化を防止することができる。
また、コレクタ電圧が低い場合にはゲート電圧
を上げて静電誘導形自己消弧素子のオン抵抗を下
げるようにしているので、損失を減少させること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明にかかる静電誘導形自己消弧素
子の駆動回路の構成を示す回路図、第2図は第1
図の動作を示すグラフ、第3図は本発明の効果を
示すグラフ、第4図ないし第6図は本発明の他の
実施例を示す回路図、第7図および第8図は静電
誘導形自己消弧素子の特性を示すグラフ、第9図
は従来の静電誘導形自己消弧素子の駆動回路を示
す回路図である。 1……直流電源、2……負荷、3……静電誘導
形自己消弧素子、4……ゲート用電源、5,8,
10,11,12,13,19,24……抵抗、
6,7,14……トランジスタ、9……ダイオー
ド、15,17,18……ゼナーダイオード、2
0……アンド回路、22……フオトカプラ、25
……タイムデイレイ回路、26……ラツチ回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ゲート電圧に応じてコレクタ電流が変化する
    静電誘導形自己消弧素子の駆動回路において、 前記静電誘導形自己消弧素子のコレクタ・エミ
    ツタ間の電圧に比例した電圧を発生する電圧検出
    手段と、 前記コレクタ・エミツタ間の電圧が制御開始電
    圧を超え制御上限電圧までの範囲では、前記電圧
    検出手段の検出電圧に比例した電流をゲート電圧
    発生部のバイパス経路に流すことにより、コレク
    タ・エミツタ間の電圧が上昇するとともにゲート
    電圧を低下させてコレクタ電流を許容コレクタ電
    流値以下とし、前記コレクタ・エミツタ間の電圧
    が制御上限電圧を超える範囲では、前記バイパス
    経路に流す電流を一定の下限値にすることにより
    得られる一定の下限ゲート電圧により前記コレク
    タ電流を一定の下限値に維持するゲート電圧制御
    手段とを備えたことを特徴とする静電誘導形自己
    消弧素子の駆動回路。
JP60023334A 1985-02-08 1985-02-08 静電誘導形自己消弧素子の駆動回路 Granted JPS61185064A (ja)

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JP60023334A JPS61185064A (ja) 1985-02-08 1985-02-08 静電誘導形自己消弧素子の駆動回路
EP86300766A EP0190925B1 (en) 1985-02-08 1986-02-05 A protection circuit for an insulated gate bipolar transistor
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