JPH08275505A - 電力用半導体素子の駆動回路 - Google Patents
電力用半導体素子の駆動回路Info
- Publication number
- JPH08275505A JPH08275505A JP7096225A JP9622595A JPH08275505A JP H08275505 A JPH08275505 A JP H08275505A JP 7096225 A JP7096225 A JP 7096225A JP 9622595 A JP9622595 A JP 9622595A JP H08275505 A JPH08275505 A JP H08275505A
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- JP
- Japan
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- capacitor
- series body
- diode
- transistor
- positive electrode
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Abstract
(57)【要約】
モジュ−ル形電力用半導体素子のエミッタ配線切断とい
う事態にも故障部分を最小に抑え、かつ迅速に回路復旧
が行える低コスト化に寄与し得る装置を提供するもので
ある。 【構成】中点が接続された直流電源直列体とコンデンサ
直列体、両直列体の正極負極各々を接続する第１，第２
のダイオ−ド、コンデンサ直列体の両端にコンプリメン
ト接続されたトランジスタの直列体、トランジスタのベ
−ス駆動器、コンデンサ直列体の正極と負極に接続され
た第３のダイオ−ド、トランジスタ直列体の正極と中点
に接続された第４のダイオ−ド、トランジスタ直列体の
中点に接続された抵抗より、構成したものである。
う事態にも故障部分を最小に抑え、かつ迅速に回路復旧
が行える低コスト化に寄与し得る装置を提供するもので
ある。 【構成】中点が接続された直流電源直列体とコンデンサ
直列体、両直列体の正極負極各々を接続する第１，第２
のダイオ−ド、コンデンサ直列体の両端にコンプリメン
ト接続されたトランジスタの直列体、トランジスタのベ
−ス駆動器、コンデンサ直列体の正極と負極に接続され
た第３のダイオ−ド、トランジスタ直列体の正極と中点
に接続された第４のダイオ−ド、トランジスタ直列体の
中点に接続された抵抗より、構成したものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、主にモジュール形態を
有する電力用半導体素子の破壊時の損傷抑制を図るよう
にした電力用半導体素子の駆動回路に関するものであ
る。
有する電力用半導体素子の破壊時の損傷抑制を図るよう
にした電力用半導体素子の駆動回路に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、広く使われている絶縁ゲート形バ
イポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）駆動回路の例によ
り、図４を用いて説明する。図４は従来例を示し、ＤＲ
１は駆動回路、１はＩＧＢＴである。ＩＧＢＴ１におい
て、Ｃはコレクタ，Ｅはエミッタ，Ｇはゲートを示す。
すなわち、駆動回路ＤＲ１は、直列接続された直流電源
２ａ，２ｂ、この直流電源直列体に各々並列接続された
コンデンサ３ａ，３ｂ、このコンデンサ直列体のコンプ
リメント接続されたトランジスタ４ａ，４ｂ、このトラ
ンジスタを駆動するためのベース駆動器５、抵抗６から
なる。また、抵抗６の一方の端子とコンデンサ３ａ，３
ｂの中点が出力端子に接続される。ここで、ＩＧＢＴ１
のゲートとエミッタ（ＧＥ）間はＭＯＳゲート構造とな
っており、コンデンサと等価であるが、このＧＥ間電圧
をある電圧（スレッショルド電圧）以上とするとＩＧＢ
Ｔは導通し、それ以下でオフ状態となる。
イポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）駆動回路の例によ
り、図４を用いて説明する。図４は従来例を示し、ＤＲ
１は駆動回路、１はＩＧＢＴである。ＩＧＢＴ１におい
て、Ｃはコレクタ，Ｅはエミッタ，Ｇはゲートを示す。
すなわち、駆動回路ＤＲ１は、直列接続された直流電源
２ａ，２ｂ、この直流電源直列体に各々並列接続された
コンデンサ３ａ，３ｂ、このコンデンサ直列体のコンプ
リメント接続されたトランジスタ４ａ，４ｂ、このトラ
ンジスタを駆動するためのベース駆動器５、抵抗６から
なる。また、抵抗６の一方の端子とコンデンサ３ａ，３
ｂの中点が出力端子に接続される。ここで、ＩＧＢＴ１
のゲートとエミッタ（ＧＥ）間はＭＯＳゲート構造とな
っており、コンデンサと等価であるが、このＧＥ間電圧
をある電圧（スレッショルド電圧）以上とするとＩＧＢ
Ｔは導通し、それ以下でオフ状態となる。
【０００３】さて、ベース駆動器５がシランジスタ４
ａ，４ｂのベースに電流供給することによりトランジス
タ４ａがオンされ、コンデンサ３ａおよび直流電源２ａ
により抵抗６を介してＩＧＢＴ１のＧＥ間を正バイアス
することから、ＩＧＢＴ１はオンする。この抵抗６の値
は、ＩＧＢＴのスイッチング特性の適正化，駆動パワー
の低減等の要因で決まり、電流容量や耐圧で様々である
が、一般に数Ω〜数十Ω程度である。反対にＩＧＢＴ１
をオフさせる場合には、ベース駆動器５はトランジスタ
４ｂから電流を引き抜くことでこれをオンし、コンデン
サ３ｂおよび直流電源２ｂにより、抵抗６を介してＩＧ
ＢＴ１のＧＥ間を負バイアスすることが行われる。ここ
で、前述のスレッショルド電圧は一般に数Ｖであって、
オフ時にはそれ以下の電圧であれば良いが、誤動作を考
慮し負バイアスをかけることが一般に行われている。
ａ，４ｂのベースに電流供給することによりトランジス
タ４ａがオンされ、コンデンサ３ａおよび直流電源２ａ
により抵抗６を介してＩＧＢＴ１のＧＥ間を正バイアス
することから、ＩＧＢＴ１はオンする。この抵抗６の値
は、ＩＧＢＴのスイッチング特性の適正化，駆動パワー
の低減等の要因で決まり、電流容量や耐圧で様々である
が、一般に数Ω〜数十Ω程度である。反対にＩＧＢＴ１
をオフさせる場合には、ベース駆動器５はトランジスタ
４ｂから電流を引き抜くことでこれをオンし、コンデン
サ３ｂおよび直流電源２ｂにより、抵抗６を介してＩＧ
ＢＴ１のＧＥ間を負バイアスすることが行われる。ここ
で、前述のスレッショルド電圧は一般に数Ｖであって、
オフ時にはそれ以下の電圧であれば良いが、誤動作を考
慮し負バイアスをかけることが一般に行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ここで何らかの理由に
より、電力用半導体素子であるＩＧＢＴが短絡波壊を起
こすと、つぎの如き問題を生じる。一般に、モジュール
形状の半導体素子の配線は、外部端子が半導体素子内部
の半導体チップの近接まで引き回され、この外部端子の
一端からボンディングワイヤーにより、半導体チップ上
電極まへの配線が行われる。これを図５に示す。
より、電力用半導体素子であるＩＧＢＴが短絡波壊を起
こすと、つぎの如き問題を生じる。一般に、モジュール
形状の半導体素子の配線は、外部端子が半導体素子内部
の半導体チップの近接まで引き回され、この外部端子の
一端からボンディングワイヤーにより、半導体チップ上
電極まへの配線が行われる。これを図５に示す。
【０００５】図５はモジュール形電力用半導体素子（端
子名はＩＧＢＴの呼称を用いる）の配線を示すものであ
って、Ｋｍはモジュールケース、Ｃ１はエミッタ主外部
端子、Ｅ２はエミッタ補助外部端子、Ｇ１はゲート補助
外部端子、ＢＷはボンディングワイヤー、Ｉｆは絶縁
層、Ｓｉは半導体チップ、Ｃｂはモジュール金属ベース
である。ここに、補助外部端子は、駆動回路を接続する
ための制御端子として用いる。すなわち、半導体チップ
Ｓｉはコレクタ外部端子Ｃ１上に半田付けにて固定およ
び電気配線がなされ、半導体チップＳｉとエミッタ主外
部端子Ｅ１の配線はボンディングワイヤーＢＷによって
なされている。
子名はＩＧＢＴの呼称を用いる）の配線を示すものであ
って、Ｋｍはモジュールケース、Ｃ１はエミッタ主外部
端子、Ｅ２はエミッタ補助外部端子、Ｇ１はゲート補助
外部端子、ＢＷはボンディングワイヤー、Ｉｆは絶縁
層、Ｓｉは半導体チップ、Ｃｂはモジュール金属ベース
である。ここに、補助外部端子は、駆動回路を接続する
ための制御端子として用いる。すなわち、半導体チップ
Ｓｉはコレクタ外部端子Ｃ１上に半田付けにて固定およ
び電気配線がなされ、半導体チップＳｉとエミッタ主外
部端子Ｅ１の配線はボンディングワイヤーＢＷによって
なされている。
【０００６】しかし、このワイヤボンディングＢＷによ
る配線は、主電流端子の配線と制御端子の配線が個別に
行われるものである。そのため、半導体素子の故障によ
りエミッタ側のワイヤボンディングが過大な電流による
熱ストレスで切断されると、半導体素子のコレクタとエ
ミッタ（ＣＥ）間には電圧阻止能力がないため、Ｃ端子
の電位つまり直流電源電圧がＧ端子に現れる。そして、
制御端子のエミッタ配線は切断されず残っているため、
結果的に、駆動回路の出力端子間に直流電圧がかかるこ
とに他ならない。
る配線は、主電流端子の配線と制御端子の配線が個別に
行われるものである。そのため、半導体素子の故障によ
りエミッタ側のワイヤボンディングが過大な電流による
熱ストレスで切断されると、半導体素子のコレクタとエ
ミッタ（ＣＥ）間には電圧阻止能力がないため、Ｃ端子
の電位つまり直流電源電圧がＧ端子に現れる。そして、
制御端子のエミッタ配線は切断されず残っているため、
結果的に、駆動回路の出力端子間に直流電圧がかかるこ
とに他ならない。
【０００７】駆動回路ＤＲ１の出力端子に過大な電圧が
印加されると、抵抗６が抵抗値を有するために大電流が
駆動回路内に流入し、トランジスタ４ａに流れる。この
トランジスタ４ａは、通常は駆動動作時の電流にて選定
される小容量のものであるから、前述の大電流により破
壊される。この大電流は同時に直流電流２ａやコンデン
サ３ａにも流入し、トランジスタ同様、直流電源も小容
量で大電流を流しきれる能力がなく、これも破壊され
る。また、ベース駆動器５の電源も直流電源により供給
することが行われ、通流により破壊されることが危惧さ
れる。かようにして、電力用半導体素子の破壊に伴い、
内部のエミッタ配線が断線するような事態に陥った場合
は、駆動回路も徹底的に破壊され、その復旧に時間がか
かり問題である。
印加されると、抵抗６が抵抗値を有するために大電流が
駆動回路内に流入し、トランジスタ４ａに流れる。この
トランジスタ４ａは、通常は駆動動作時の電流にて選定
される小容量のものであるから、前述の大電流により破
壊される。この大電流は同時に直流電流２ａやコンデン
サ３ａにも流入し、トランジスタ同様、直流電源も小容
量で大電流を流しきれる能力がなく、これも破壊され
る。また、ベース駆動器５の電源も直流電源により供給
することが行われ、通流により破壊されることが危惧さ
れる。かようにして、電力用半導体素子の破壊に伴い、
内部のエミッタ配線が断線するような事態に陥った場合
は、駆動回路も徹底的に破壊され、その復旧に時間がか
かり問題である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上述したような
点に鑑みなされたものであって、つぎの如く要部構成さ
れるものである。すなわち、中点が接続された直流電源
直列体とコンデンサ直列体、両直列体の正極負極各々を
接続する第１，第２のダイオード、コンデサ直列体の両
端にコンプリメント接続されたトランジスタの直列体、
トランジスタのベース駆動器、コンデンサ直列体の正極
と負極に接続された第３のダイオード、トランジスタ直
列体の正極と中点に接続された第４のダイオード、トラ
ンジスタ直列体の中点に接続された抵抗よりなる。
点に鑑みなされたものであって、つぎの如く要部構成さ
れるものである。すなわち、中点が接続された直流電源
直列体とコンデンサ直列体、両直列体の正極負極各々を
接続する第１，第２のダイオード、コンデサ直列体の両
端にコンプリメント接続されたトランジスタの直列体、
トランジスタのベース駆動器、コンデンサ直列体の正極
と負極に接続された第３のダイオード、トランジスタ直
列体の正極と中点に接続された第４のダイオード、トラ
ンジスタ直列体の中点に接続された抵抗よりなる。
【０００９】
【作用】かかる解決手段により、モジュール形状の電力
用半導体素子が破壊され、内部エミッタ配線が切断され
るような事態に陥った場合において、駆動回路の部品破
壊を最小限に抑え、かつ回路復旧の迅速化がなされ、コ
スト低減を図ることができる。さらに、本発明を図面に
基づいて、詳細説明する。
用半導体素子が破壊され、内部エミッタ配線が切断され
るような事態に陥った場合において、駆動回路の部品破
壊を最小限に抑え、かつ回路復旧の迅速化がなされ、コ
スト低減を図ることができる。さらに、本発明を図面に
基づいて、詳細説明する。
【００１０】
【実施例】図１は図４に類して表した本発明の一実施例
の要部構成を示すもので、ＤＲ２は駆動回路、７ａ，７
ｂ，７ｃ，７ｄはダイオード、８は電圧制限素子であ
る。すなわち、特に、直流電源２ａの正極側をアノード
としてコンデンサ５ａに接続されたダイオード７ａ、直
流電源２ｂの負極側がカソードとしてコンデンサ５ｂに
接続されたダイオード７ｂ、コンデンサ３ａに正極がカ
ソード，負極がアノードとなるよう接続された電圧制限
素子８、コンデンサ３ｂに正極がカソード，負極がアノ
ードなるよう接続されたダイオード７ｃ、トランジスタ
４ａのコレクタ側がカソード，エミッタ側がアノードと
なるように接続されたダイオード７ｄが設けられてな
る。かかる構成の動作を、図２および図３を参照して説
明する。
の要部構成を示すもので、ＤＲ２は駆動回路、７ａ，７
ｂ，７ｃ，７ｄはダイオード、８は電圧制限素子であ
る。すなわち、特に、直流電源２ａの正極側をアノード
としてコンデンサ５ａに接続されたダイオード７ａ、直
流電源２ｂの負極側がカソードとしてコンデンサ５ｂに
接続されたダイオード７ｂ、コンデンサ３ａに正極がカ
ソード，負極がアノードとなるよう接続された電圧制限
素子８、コンデンサ３ｂに正極がカソード，負極がアノ
ードなるよう接続されたダイオード７ｃ、トランジスタ
４ａのコレクタ側がカソード，エミッタ側がアノードと
なるように接続されたダイオード７ｄが設けられてな
る。かかる構成の動作を、図２および図３を参照して説
明する。
【００１１】図２は駆動回路ＤＲ２内のトランジスタ４
ａのオン状態にて被駆動電力用半導体素子のエミッタ配
線切断した場合の電流の経路を示し、Ｐは切断点、ＩＲ
１は通流経路である。すなわち、ＩＧＢＴ１のＧ端子に
かかる過電圧による駆動回路ＤＲ２内の電流は、通流経
路ＩＲ１の如くに流れる。このとき、ダイオード７ｄは
Ｇ端子にかかる電圧と抵抗６により決まる電流に充分耐
える容量のもの、電圧制限素子８は、この電流において
電圧上昇の少ない充電電圧のものを選択することより、
コンデンサ３ａの電圧上昇を抑制することができる。こ
の通流経路ＩＲ１の電流は、抵抗６がジュール損失で溶
断した時点で流れなくなる。なお、コンデンサ３ａ電圧
は電圧制限素子８で決まる電圧まで上昇するが、直流電
源２ａにはダイオード７ｂがブロックすることで影響は
ない。
ａのオン状態にて被駆動電力用半導体素子のエミッタ配
線切断した場合の電流の経路を示し、Ｐは切断点、ＩＲ
１は通流経路である。すなわち、ＩＧＢＴ１のＧ端子に
かかる過電圧による駆動回路ＤＲ２内の電流は、通流経
路ＩＲ１の如くに流れる。このとき、ダイオード７ｄは
Ｇ端子にかかる電圧と抵抗６により決まる電流に充分耐
える容量のもの、電圧制限素子８は、この電流において
電圧上昇の少ない充電電圧のものを選択することより、
コンデンサ３ａの電圧上昇を抑制することができる。こ
の通流経路ＩＲ１の電流は、抵抗６がジュール損失で溶
断した時点で流れなくなる。なお、コンデンサ３ａ電圧
は電圧制限素子８で決まる電圧まで上昇するが、直流電
源２ａにはダイオード７ｂがブロックすることで影響は
ない。
【００１２】図３は駆動回路ＤＲ２内のトランジスタ４
ｂのオン状態にエミッタ配線が切断した場合の電流の経
路を示し、ＩＲ２は通流経路である。すなわち、ＩＧＢ
Ｔ１のＧ端子にかかる過電圧による駆動回路ＤＲ２内の
電流は、通流経路ＩＲ２の如くに流れる。トランジスタ
４ｂは前述した通り小容量のものとなっているためこの
電流により破壊するが、短絡状態となるのが一般的で電
流は流れ続ける。ダイオード７ｃは、この電流に耐え得
る容量のものを選択する必要があるが、コンデンサ３ｂ
は、ダイオード７ｃの導通電圧で決まる電圧まで放電さ
れ、過大な電圧になることはない。この通流経路ＩＲ２
の電流も、抵抗６がジュール熱で溶断した時点で流れな
くなる。かようにして、図１に示した駆動回路ＤＲ２に
おいては、ＩＧＢＴ１のＧ端子に発生する過電圧で流れ
る電流により、駆動回路内で破壊する部分が抵抗および
トランジスタに限定されるものとなる。また、適当なバ
イパス経路が形成されるために、異常な過電圧が発生せ
ず、その他の回路部分を破壊することなくすむことがで
きる。
ｂのオン状態にエミッタ配線が切断した場合の電流の経
路を示し、ＩＲ２は通流経路である。すなわち、ＩＧＢ
Ｔ１のＧ端子にかかる過電圧による駆動回路ＤＲ２内の
電流は、通流経路ＩＲ２の如くに流れる。トランジスタ
４ｂは前述した通り小容量のものとなっているためこの
電流により破壊するが、短絡状態となるのが一般的で電
流は流れ続ける。ダイオード７ｃは、この電流に耐え得
る容量のものを選択する必要があるが、コンデンサ３ｂ
は、ダイオード７ｃの導通電圧で決まる電圧まで放電さ
れ、過大な電圧になることはない。この通流経路ＩＲ２
の電流も、抵抗６がジュール熱で溶断した時点で流れな
くなる。かようにして、図１に示した駆動回路ＤＲ２に
おいては、ＩＧＢＴ１のＧ端子に発生する過電圧で流れ
る電流により、駆動回路内で破壊する部分が抵抗および
トランジスタに限定されるものとなる。また、適当なバ
イパス経路が形成されるために、異常な過電圧が発生せ
ず、その他の回路部分を破壊することなくすむことがで
きる。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、モ
ジュール形電力用半導体素子のエミッタ配線切断という
極めて厳しい事態においても、故障部分を最小に抑えか
つ迅速に回路復旧を行えるものとなって、低コスト化に
寄与し得る簡便な構成の装置を提供できる。
ジュール形電力用半導体素子のエミッタ配線切断という
極めて厳しい事態においても、故障部分を最小に抑えか
つ迅速に回路復旧を行えるものとなって、低コスト化に
寄与し得る簡便な構成の装置を提供できる。
【図１】図１は本発明の一実施例を示す回路図である。
【図２】図２は図１の一方のトランジスタオン出力時に
エミッタ配線が切断した場合の電流経路を示す図であ
る。
エミッタ配線が切断した場合の電流経路を示す図であ
る。
【図３】図３は図１の他方のトランジスタオン出力時に
エミッタ配線が切断した場合の電流経路を示す図であ
る。
エミッタ配線が切断した場合の電流経路を示す図であ
る。
【図４】図４は従来例を示す回路図である。
【図５】図５はモジュール形電力用半導体素子の配線を
説明するため示した図である。
説明するため示した図である。
１ ＩＧＢＴ ＤＲ１ 駆動回路 ＤＲ２ 駆動回路 ２ａ 直流電源 ２ｂ 直流電源 ３ａ コンデンサ ３ｂ コンデンサ ４ａ トランジスタ ４ｂ トランジスタ ５ ベース駆動器 ６ 抵抗 ７ａ ダイオード ７ｂ ダイオード ７ｃ ダイオード ７ｄ ダイオード ８ 電圧制限素子 Ｋｍ モジュールケース Ｃ１ コレクタ外部端子 Ｅ１ エミッタ主外部端子 Ｅ２ エミッタ補助外部端子 Ｇ１ ゲート補助外部端子 ＢＷ ボンディングワイヤー Ｐ 切断点 ＩＲ１ 通流経路 ＩＲ２ 通流経路
Claims (1)
- 【請求項１】 第１の直流電源の負極と第２の直流電源
の正極が接続された直流電源直列体、該直流電源直列体
の中点と中点との接続がなされた第１のコンデンサおよ
び第２のコンデンサよりなるコンデンサ直列体、該コン
デンサ直列体の両端にコンプリメント接続されたトラン
ジスタ直列体、該トランジスタ直列体のベース端子に接
続されたベース駆動器を有するとともに、前記コンデン
サ直列体の中点より第１の出力端子とトランジスタ直列
体の中点より抵抗を介して第２の出力端子を引き出して
構成された電力用半導体素子の駆動回路において、前記
直流電源直列体の正極側がアノードでコンデンサ直列体
の正極側がカソードとなるように第１のダイオードを接
続し、直流電源直列体の負極側がカソードでコンデンサ
直列体の負極側がアノードとなるように第２のダイオー
ドを接続するとともに、前記第１のコンデンサと並列に
電圧制限素子を設けるとともに、第２のコンデンサに正
極側がカソードで負極側がアノードとなるよう第３のダ
イオードを接続し、かつ前記トランジスタ直列体の正極
側がカソードで中点がアノードとなるように第４のダイ
オードを接続したことを特徴とする電力用半導体素子の
駆動回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7096225A JPH08275505A (ja) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | 電力用半導体素子の駆動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7096225A JPH08275505A (ja) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | 電力用半導体素子の駆動回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08275505A true JPH08275505A (ja) | 1996-10-18 |
Family
ID=14159298
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7096225A Pending JPH08275505A (ja) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | 電力用半導体素子の駆動回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08275505A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102801289A (zh) * | 2011-05-26 | 2012-11-28 | 三菱电机株式会社 | 半导体器件驱动电路以及半导体装置 |
-
1995
- 1995-03-29 JP JP7096225A patent/JPH08275505A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102801289A (zh) * | 2011-05-26 | 2012-11-28 | 三菱电机株式会社 | 半导体器件驱动电路以及半导体装置 |
| CN102801289B (zh) * | 2011-05-26 | 2015-03-25 | 三菱电机株式会社 | 半导体器件驱动电路以及半导体装置 |
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