JPH0631390U - Ｉｇｂｔ素子駆動回路の保護回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＩＧＢＴ素子が破損した場合、瞬時にそのゲ
ート駆動回路をその電源から切り離してゲート駆動回路
及びその電源を保護する。 【構成】 ＩＧＢＴ素子と直列に溶断検出器Ｆ₁を備え
たヒューズＦを接続し、素子３のゲート駆動回路Ｔ
ｒ₁，Ｔｒ₂と電源Ｅ₁，Ｅ₂との間に溶断検出器Ｆ₁によ
り動作するリレーＲＹ１の接点Ｒｙ１１，Ｒｙ１２を接
続する。ＩＧＢＴ素子３が破損すると、該素子３のゲー
トエミッタ間の抵抗が１Ω以下となりゲートに大きな電
流が流れると共に該素子３に短絡電流が流れてヒューズ
Ｆを溶断する。溶断検出器Ｆ₁はこの溶断を瞬時に検出
してリレーＲＹ１を動作させその接点Ｒｙ１１，，Ｒｙ
１２をオフさせてゲート駆動回路Ｔｒ₁，Ｔｒ₂及びその
電源Ｅ₁，Ｅ₂を保護する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、インバータ装置等におけるＩＧＢＴ素子駆動回路の保護回路に関す る。

【０００２】

【従来の技術】

従来、ＩＧＢＴ素子の駆動回路は、図２に示すように、ＯＮ側ゲート電源Ｅ₁ 及びＯＦＦ側ゲート電源Ｅ₂に接続されたｐｎｐトランジスタＴｒ₁及びｎｐｎト ランジスタＴｒ₂のベースにゲート駆動回路１からベース信号を加えてＩＧＢＴ 素子３のゲートにトランジスタＴｒ₁又はＴｒ₂から数Ω〜１０数Ωのゲート抵抗 Ｒ₁を介してＯＮ側又はＯＦＦ側のゲート電流を流しＩＧＢＴ素子３をＯＮ，Ｏ ＦＦ制御している。

【０００３】 このように接続されたＩＧＢＴ素子は、図３に示すように、インバータのアー ム２として使用される。なお図３は各アーム２に複数のＩＧＢＴ素子を並列に接 続した例を示す。

【０００４】 なお、図３中各アーム２と直列に接続されているヒューズＦ_U，Ｆ_V，Ｆ_X，Ｆ_Y はＩＧＢＴ素子３が破損し、アーム短絡による過電流によりインバータ直流側の 回路を切り離す目的に挿入されたものであり、通常このヒューズは回路の保護上 挿入されている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上記従来のＩＧＢＴ素子駆動回路において、ＩＧＢＴ素子３が何らかの原因で 破損した場合、破損したＩＧＢＴ素子３のゲートとエミッタ間の抵抗値は１Ω以 下となり、ＩＧＢＴ素子のゲート電流は図４（ｂ）に示すとおりに変化する。こ の電流の平均値は通常のゲート電流図４（ａ）と比べ数倍〜１０数倍の大きな値 となる。

【０００６】 このようなＩＧＢＴ素子の故障時の大きなゲート電流に対して十分余裕を持た せたゲート駆動用の電源及びゲート駆動回路を設計すると大形となり経済的でな い。

【０００７】 また、ゲート制限抵抗Ｒ₁に直列にヒューズを挿入しても、故障時にヒューズ 溶断までに数秒〜１０数秒の時間を要するので、電源を小形にすることはできな い。

【０００８】 また、ヒューズを使用することは、通常運転中における熱サイクルによるヒュ ーズのストレス等で通常運転中にも溶断してしまう恐れがあり、装置の信頼性の 低下を招く。

【０００９】 また、ＩＧＢＴ素子破損の検出方法として実願平３−８３０１４号があるが、 これはゲート制限抵抗Ｒ₁に並列にコンデンサＣ₁と抵抗Ｒ₁の直列回路を接続し 、コンデンサＣ₁の端子電圧でＩＧＢＴ素子の破損を検出しており、Ｃ₁，Ｒ₁回 路を使用しているため検出遅れが生じ適当でない。

【００１０】 本考案は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的と するところは、破損したＩＧＢＴ素子のゲート回路をゲート電源から瞬時に切離 すことができるＩＧＢＴ素子駆動回路の保護回路を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案におけるＩＧＢＴ素子駆動回路の保護回路 は、 ＩＧＢＴ素子と直列に溶断検出器を備えたヒューズを接続し、該ＩＧＢＴ素子 のゲート駆動回路に前記溶断検出器の出力により該回路電源を切り離すスイッチ を接続してなるものである。

【００１２】

【作用】

ＩＧＢＴ素子正常時はスイッチを介してゲート駆動回路に電源が供給されるの で、ゲート駆動回路が動作してＩＧＢＴ素子をゲート駆動する。

【００１３】 ＩＧＢＴ素子が素子破損すると、この素子のゲートエミッタ間抵抗が１Ω以下 となると共に、そのコレクタエミッタ間は短絡状態となる。このため、例えばイ ンバータの場合であれば、素子の破損したアームと対をなすアームがＯＮすると 同時にアーム短絡となり、過電流が流れてヒューズが溶断する。この溶断を溶断 検出器が検出し、ゲート駆動回路と電源間のスイッチを瞬時にオフとし、ゲート 駆動回路及びその電源を保護する。

【００１４】

【実施例】

本考案の実施例を図１を参照して説明する。なお、図１中従来図２に示したも のと同一構成部分は、同一符号を付してその重複する説明を省略する。

【００１５】 図１において、ＦはＩＧＢＴ素子と直列に接続されたヒューズ、Ｆ₁はこのヒ ューズの溶断を検出するヒューズ溶断検出用リミットスイッチ、ＲＹ１はこのリ ミットスイッチＦ₁のＯＮにより動作するリレー、Ｒｙ１１及びＲｙ１２はゲー ト電源Ｅ₁とトランジスタＴｒ₁との間及びゲート電源Ｅ₂とトランジスタＴｒ₂と の間に接続されたリレーＲＹのＢ接点である。その他は図３の回路と同じである 。

【００１６】 以上のように構成されているので、通常時はリレーＲＹのＢ接点Ｒｙ１１及び Ｒｙ１２がＯＮしており、従来回路図２と同じく動作する。

【００１７】 この回路において、ＩＧＢＴ素子３が破損すると、素子３のコレクタエミッタ 間は短絡状態となり、素子の破損したアームと対をなすアームがＯＮするモード の時に、アーム短絡が発生し、過電流が流れてヒューズＦが溶断する。

【００１８】 このヒューズＦが溶断すると溶断検出用リミットスイッチＦ₁が動作し、リレ ーＲＹ１を動作させる。このリレーＲＹ１の動作によりそのＢ接点Ｒｙ１１及び Ｒｙ１２がＯＦＦとなり、ヒューズＦの溶断したアームのゲート電源Ｅ₁，Ｅ₂を 切り離す。

【００１９】 ヒューズの溶断は数１００μｓで行われ、又ヒューズ溶断検出からリレーの励 磁によるゲート電源の切り離しまでは数ｍｓ〜数１０ｍｓで行われる。

【００２０】 以上のように、この回路によれば、ＩＧＢＴ素子破損が発生するとそのＩＧＢ Ｔ素子駆動側のトーテムポール回路と電源を数ｍｓ〜数１０ｍｓの短時間で切り 離すことができるので、ゲート電源，ゲート駆動回路の容量を故障時の電流に対 して十分余裕を持たせて設計する必要がなくなり小形化が図れる。

【００２１】 なお、上記実施例ではゲート駆動回路とゲート駆動電源を分離するのにＢ接点 を備えたリレーを使用しているが、これに限定されるものでなく、スイッチング 機能のあるものであればよいことはいうまでもない。

【００２２】

【考案の効果】

本考案は、上述のとおり構成されているので、次に記載する効果を奏する。

【００２３】 （１）ＩＧＢＴ素子の破損したゲート回路のみゲート電源を瞬時に切り離し、ゲ ート駆動回路及びその電源を保護することができる。

【００２４】 （２）素子破損による大きなゲート電流を殆ど流さずにゲート駆動回路をその電 源から切り離すことができるので、予めゲート駆動回路及びその電源を十分余裕 を持たせて設計する必要がなく、小形にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例を示す回路図。

【図２】通常のＩＧＢＴ駆動回路を示す回路図。

【図３】従来単相インバータの構成説明図。

【図４】ＩＧＢＴ素子のゲート電流波形図。

【符号の説明】

１…ゲート駆動信号回路 ２…インバータのアーム ３…ＩＧＢＴ素子 Ｅ₁，Ｅ₂…ゲート電源 Ｆ₁…ヒューズ溶断検出リミットスイッチ Ｆ，Ｆ_U，Ｆ_V，Ｆ_X，Ｆ_Y…ヒューズ Ｒ₁…ゲート制限抵抗 ＲＹ１…リレー Ｔｒ₁，Ｔｒ₂…トランジスタ

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＩＧＢＴ素子と直列に溶断検出器を備え
   たヒューズを接続し、該ＩＧＢＴ素子のゲート駆動回路
   に前記溶断検出器の出力により該回路電源を切り離すス
   イッチを接続してなることを特徴としたＩＧＢＴ素子駆
   動回路の保護回路。
2. 【請求項２】 スイッチがリレー又はスイッチング素子
   であることを特徴とした請求項１記載のＩＧＢＴ素子駆
   動回路の保護回路。