JPH07336996A - 電圧駆動形電力用スイッチ素子のゲート駆動回路 - Google Patents

電圧駆動形電力用スイッチ素子のゲート駆動回路

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JPH07336996A
JPH07336996A JP6123355A JP12335594A JPH07336996A JP H07336996 A JPH07336996 A JP H07336996A JP 6123355 A JP6123355 A JP 6123355A JP 12335594 A JP12335594 A JP 12335594A JP H07336996 A JPH07336996 A JP H07336996A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電圧駆動形電力用スイッチ素子の主回路電流
がゲ―ト電圧に影響を及ぼし正帰還作用による悪影響を
防止する。 【構成】 電圧駆動形電力用スイッチ素子のゲ―トにゲ
―ト電圧を与える制御手段２と、前記電圧駆動形電力用
スイッチ素子のコレクタあるいはエミッタに接続される
導体に電磁結合する結合線４を備え、この結合線を介し
てゲ―ト電圧を与え、結合線に誘起する電圧によって正
帰還作用を打消す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電圧駆動形の電力用ス
イッチ素子のオン、オフを制御する電圧駆動形電力用ス
イッチ素子のゲ―ト駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】電圧駆動形の電力用スイッチ素子として
絶縁ゲ―ト形バイポ―ラトランジスタ（以下ＩＧＢＴと
略記）や電界効果トランジスタが用いられており、これ
らはゲ―トの入力インピ―ダンスが大きく電圧によっ
て、オン、オフのスイッチング制御を行なうことができ
る。
【０００３】ＩＧＢＴの従来のゲ―ト駆動回路は、図４
（ａ）に示すように、ＩＧＢＴ１のオン、オフを制御す
る制御装置２から出力されるゲ―ト電圧をツイストペア
線等の信号線３によってＩＧＢＴ１のゲ―トとエミッタ
に加えるように配線している。この場合、ＩＧＢＴ１の
コレクタまたはエミッタに接続される導体に流れる主回
路電流による磁束の影響をできる限り小さくするように
考えて配線していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、実際には、物
理的な相対位置によって主回路電流による磁束の影響を
完全に無くすことができず、信号線３にこの磁束による
誘起電圧が発生し、ＩＧＢＴ１のゲ―ト、エミッタ間に
加わる電圧ＶGEに悪影響を与える場合がある。
【０００５】例えば、ＩＧＢＴ１のエミッタ電流ｉE の
変化による磁束φの変化によって信号線３の一部に誘起
電圧ｖx 生じ、その誘起電圧ｖx の極性が図４（ｂ）に
示すように、エミッタ電流ｉE が増大あるいは減少する
方向に変化するときＩＧＢＴ１のゲ―ト、エミッタ間に
加わる電圧ｖGEを上昇あるいは低下させる方向に発生す
る場合があり、この場合、次述する問題が生ずる。
【０００６】すなわち、ＩＧＢＴ１のコレクタ、エミッ
タに流れる主回路電流が増大する方向に変化したとき、
ＩＧＢＴ１のゲ―ト、エミッタ間の電圧ｖGEが上昇する
とＩＧＢＴ１のコレクタ、エミッタ間の電圧ｖCEを低下
させ、更に主回路電流を増大させる正帰還の作用が生じ
る。これにより、例えば負荷の短絡等によりＩＧＢＴ１
の主回路電流が急速に増大するときゲ―ト、エミッタ間
電圧ｖGEが上昇して更に主回路電流を増大させ、結果と
してＩＧＢＴ１を過電流から保護することができず損傷
を与える危険性がある。
【０００７】また、ＩＧＢＴ１の主回路電流が減少方向
に変化したとき、ゲ―ト、エミッタ間電圧ｖGEが低下す
るとコレクタ、エミッタ間電圧ｖCEを上昇させ、更に主
回路電流を減少させる正帰還の作用が生じる。これによ
り、例えば制御装置２から出力するゲ―ト電圧ｖG を所
定の減少率で減少させＩＧＢＴ１の主回路電流を零まで
減少させるとき、正帰還の作用により更に急速に主回路
電流が減少し、主回路に存在する浮遊インダクタンス
（図示なし）等に生じる逆起電力によってＩＧＢＴ１の
コレクタ、エミッタ間に過大な電圧が発生し、ＩＧＢＴ
１に損傷を与える危険性がある。
【０００８】また、上述のように、過電流や過電圧によ
ってＩＧＢＴ１を損傷するまでに至らなくとも、上述し
た正帰還作用によってＩＧＢＴ１の主回路電流に高周波
の振動が生じ、ＩＧＢＴ１の寿命等に悪影響を及ぼす虞
れがある。
【０００９】本発明は、上述した問題を解消しようとし
てなされたもので、その目的は、電圧駆動形電力用スイ
ッチ素子の主回路電流がゲ―ト電圧へ影響を及ぼし、正
帰還作用による悪影響を防止し、安定したオン、オフ制
御を行なうことのできる電圧駆動形電力用スイッチ素子
のゲ―ト駆動回路を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、電圧
駆動形電力用スイッチ素子のゲ―トにゲ―ト電圧を与え
る制御手段と、前記電圧駆動形電力用スイッチ素子のコ
レクタあるいはエミッタに接続される導体に電磁結合す
る結合線を備え、この結合線を介してゲ―ト電圧を与え
る。
【００１１】請求項２の発明は、更に、前記導体に流れ
る電流が増大する方向に変化するときは前記結合線に誘
起する電圧によって前記電圧駆動形電力用スイッチ素子
のゲ―トに加わる電圧を低下させ、前記導体に流れる電
流が減少する方向に変化するときは前記結合線に誘起す
る電圧によって前記電圧駆動形電力用スイッチ素子のゲ
―トに加わる電圧を上昇させる。
【００１２】請求項３の発明は、電圧駆動形電力用スイ
ッチ素子のエミッタ側に直列接続されるインピ―ダンス
素子と、前記電圧駆動形電力用スイッチ素子のゲ―トに
ゲ―ト電圧を与える制御手段を備え、前記ゲ―ト電圧を
前記電圧駆動形スイッチ素子のゲ―トと前記インピ―ダ
ンス素子の一端との間に与える。
【００１３】請求項４の発明は、更に、前記インピ―ダ
ンス素子をインダクタンスで構成する。請求項５の発明
は、電圧駆動形電力用スイッチ素子のオン、オフを制御
するゲ―ト電圧を出力する制御手段と、一方の巻線が前
記電圧駆動形電力用スイッチ素子のエミッタに直列接続
され、他方の巻線が前記制御手段から出力されるゲ―ト
電圧を前記電圧駆動形電力用スイッチ素子のゲ―ト、エ
ミッタ間に与える配線の途中に挿入される変成器を設け
る。
【００１４】
【作用】請求項１の発明は、前記導体に流れる電流の変
化により前記結合線に電流変化率に応じた誘起電圧が発
生し、この誘起電圧が前記制御手段から出力されるゲ―
ト電圧に加算されて電圧駆動形電力用スイッチ素子のゲ
―ト、エミッタ間に与えられ、正帰還を打消すように作
用する。
【００１５】請求項２の発明は、更に積極的に正帰還作
用を打消して負帰還作用を行なわせる。請求項３の発明
は、主回路電流による前記インピ―ダンス素子の電圧降
下が前記制御手段から出力されるゲ―ト電圧から減算さ
れて電圧駆動形電力用スイッチ素子のゲ―ト、エミッタ
間に与えられ負帰還作用を行なわせる。
【００１６】請求項４の発明は、更に、電流変化率に応
じて負帰還を強めるように作用させる。請求項５の発明
は、前記変成器の一方の巻線に流れる電流変化により他
方の巻線に電流変化率に応じた誘起電圧が発生し、この
誘起電圧が前記制御手段から出力されるゲ―ト電圧に加
算されて電圧駆動形電力用スイッチ素子のゲ―ト、エミ
ッタ間に与えられ、正帰還を打消すように作用する。
【００１７】
【実施例】本発明の請求項１、２に対応する実施例を図
１（ａ）に示す。同図において、ＩＧＢＴ１、制御装置
２、信号線３は従来と同じものとし、ＩＧＢＴ１のコレ
クタに接続される導体に積極的に電磁結合させた結合線
４を新に設け、制御装置２から出力されるゲ―ト電圧ｖ
G をこの結合線４を介してＩＧＢＴ１のゲ―ト、エミッ
タ間に与える構成とする。
【００１８】上記構成において、制御装置２からゲ―ト
電圧ｖG が出力され、ＩＧＢＴ１のコレクタに電流ｉC
が流れている場合に、結合線４にその電流変化率ｄｉC
／ｄｔに応じた誘起電圧ｖY が発生する。この誘起電圧
ｖY はゲ―ト電圧ｖG に加算され、図１（ｂ）に示すよ
うに電流ｉC が増大あるいは減少する方向に変化すると
き、ＩＧＢＴ１のゲ―ト、エミッタ間に与えられる電圧
ｖGEを低下あるいは上昇させるように作用させる。これ
により信号線３に誘起する電圧ｖx の正帰還作用を相殺
し、更に負帰還作用を行なわせることが可能となる。
【００１９】なお、結合線４は、ＩＧＢＴ１の近くに配
設されるプリント配線板上に設けられ電磁結合の結合係
数を調節できるようにして実施することができる。本発
明の請求項１、２に対応する他の実施例を図２（ａ）に
示す。図２（ａ）は結合線４をＩＧＢＴ１のエミッタに
接続される導体に積極的に電磁結合させる場合を示した
もので、ＩＧＢＴ１のエミッタ電流ｉE はコレクタ電流
ｉC と殆ど同じであり前述と同様の作用を行なわせるこ
とができる。
【００２０】本発明の請求項３、４に対応する実施例を
図２（ｂ）に示す。この実施例では、ＩＧＢＴ１のエミ
ッタ側にリアクトル等のインピ―ダンス素子５を直列接
続し、制御装置２から出力されるゲ―ト電圧ｖG を信号
線３を介してＩＧＢＴ１のゲ―トとインピ―ダンス素子
５の一端（非エミッタ側）に与える構成とする。
【００２１】上記構成において、ゲ―ト電圧ｖG が出力
されＩＧＢＴ１にエミッタ電流ｉEが流れると、インピ
―ダンス素子５にｉE に応じた電圧降下ｖY が生じる。
この電圧ｖY はＩＧＢＴ１のゲ―ト、エミッタ間に加わ
る電圧ｖGEを低下させる方向に作用し負帰還として作用
する。また、インピ―ダンス素子５としてインダクタン
ス素子を用いれば、エミッタ電流ｉE の電流変化率ｄｉ
E ／ｄｔに応じた電圧降下ｖY を生じ、前述した実施例
と同様の作用を行なわせることが可能となる。
【００２２】本発明の請求項５に対応する実施例を図３
に示す。この実施例では、ＩＧＢＴ１のエミッタ側に変
成器６の一次巻線を直列接続し、制御装置２から出力さ
れるゲ―ト電圧ｖG を信号線３を介してＩＧＢＴ１のゲ
―ト、エミッタ間に与える際に変成器６の二次巻線を信
号線３の途中に挿入する構成とする。
【００２３】上記構成において、ＩＧＢＴ１のエミッタ
電流が流れている場合に、変成器６の二次巻線に電流変
化率に応じた誘起電圧ｖY が発生し、前述と同様の作用
を行なわせることができる。
【００２４】これらの実施例によれば、前述した正帰還
作用を相殺し、更に負帰還作用を行なわせることが可能
となり、例えば負荷の短絡等によりＩＧＢＴ１の主回路
電流が急速に増大するとき、ゲ―ト、エミッタ間電圧ｖ
GEを上昇させ、更に主回路電流を増大させ過電流により
ＩＧＢＴが損傷するのを防止することができる。また、
ゲ―ト電圧ｖE を所定の減少率で減少させてＩＧＢＴ１
の主回路電流を零まで減少させるとき、ＩＧＢＴ１のコ
レクタ、エミッタ間に過大な電圧を発生させ過電圧によ
りＩＧＢＴ１が損傷するのを防止することができる。ま
た、ＩＧＢＴ１の主回路電流に高周波の振動を生ずるこ
とも防止することができ、ＩＧＢＴ１の動作信頼性を向
上させることができる。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、電圧駆動形電力用スイ
ッチ素子のゲ―ト、エミッタ間の電圧が、コレクタ電流
やエミッタ電流による磁束によって悪影響を受けること
を防止でき、安定したスイッチング制御を行なうことの
できる電圧駆動形電力用スイッチ素子のゲ―ト駆動回路
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１、２に対応する実施例を示し
た図で、（ａ）は構成図、（ｂ）は作用を説明するため
の波形図
【図２】本発明の他の実施例を示した図で、（ａ）は請
求項１、２に対応する構成図、（ｂ）は請求項３、４に
対応する構成図
【図３】本発明の請求項５に対応する実施例の構成図
【図４】従来回路を示した図で、（ａ）は構成図、
（ｂ）は問題点を説明するための波形図
【符号の説明】
１…ＩＧＢＴ ２…制御回路 ３…信号線 ４…結合線 ５…インピ―ダンス素子 ６…変成器

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電圧駆動形電力用スイッチ素子のゲ―ト
    にゲ―ト電圧を与える制御手段と、前記電圧駆動形電力
    用スイッチ素子のコレクタあるいはエミッタに接続され
    る導体に電磁結合する結合線を備え、この結合線を介し
    てゲ―ト電圧を与えることを特徴とする電圧駆動形電力
    用スイッチ素子のゲ―ト駆動回路。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の電圧駆動形電力用スイ
    ッチ素子のゲ―ト駆動回路において、前記導体に流れる
    電流が増大する方向に変化するときは前記結合線に誘起
    する電圧によって前記電圧駆動形電力用スイッチ素子の
    ゲ―トに加わる電圧を低下させ、前記導体に流れる電流
    が減少する方向に変化するときは前記結合線に誘起する
    電圧によって前記電圧駆動形電力用スイッチ素子のゲ―
    トに加わる電圧を上昇させることを特徴とする電圧駆動
    形電力用スイッチ素子のゲ―ト駆動回路。
  3. 【請求項３】 電圧駆動形電力用スイッチ素子のエミッ
    タ側に直列接続されるインピ―ダンス素子と、前記電圧
    駆動形電力用スイッチ素子のゲ―トにゲ―ト電圧を与え
    る制御手段を備え、前記ゲ―ト電圧を前記電圧駆動形ス
    イッチ素子のゲ―トと前記インピ―ダンス素子の一端と
    の間に与えることを特徴とする電圧駆動形スイッチ素子
    のゲ―ト駆動回路。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の電圧駆動形電力用スイ
    ッチ素子のゲ―ト駆動回路において、前記インピ―ダン
    ス素子をインダクタンスで構成することを特徴とする電
    圧駆動形電力用スイッチ素子のゲ―ト駆動回路。
  5. 【請求項５】 電圧駆動形電力用スイッチ素子のオン、
    オフを制御するゲ―ト電圧を出力する制御手段と、一方
    の巻線が前記電圧駆動形電力用スイッチ素子のエミッタ
    に直列接続され、他方の巻線が前記制御手段から出力さ
    れるゲ―ト電圧を前記電圧駆動形電力用スイッチ素子の
    ゲ―ト、エミッタ間に与える配線の途中に挿入される変
    成器を備えたことを特徴とする電圧駆動形電力用スイッ
    チ素子のゲ―ト駆動回路。
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