JPH1032476A - Overcurrent protection circuit - Google Patents

Overcurrent protection circuit

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JPH1032476A
JPH1032476A JP8175029A JP17502996A JPH1032476A JP H1032476 A JPH1032476 A JP H1032476A JP 8175029 A JP8175029 A JP 8175029A JP 17502996 A JP17502996 A JP 17502996A JP H1032476 A JPH1032476 A JP H1032476A
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JP
Japan
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igbt
voltage
gate
circuit
sense
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Application number
JP8175029A
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Japanese (ja)
Inventor
Masateru Igarashi
征輝 五十嵐
Yukihiro Nishikawa
幸廣 西川
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the generation of element destruction without deviating from a safe operation area at the time of the overcurrent at the time of adding a sense IGBT(insulated gate bipolar transistor) to a main IGBT chip and equivalently detecting the collector current of the main IGBT from a sense current. SOLUTION: By connecting an MOSFETT1 between the emitter Es of the sense IGBT and the emitter E of the main IGBT and using it as a variable sense resistor, regardless of the size of the collector emitter voltage of the main IGBT, the collector current of the main IGBT is limitd to an almost fixed value. In such a manner, even for a normal IGBT without a built-in sense IGBT, overcurrent protection is performed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体スイッチ
ング素子の保護回路、特に絶縁ゲート形バイポーラトラ
ンジスタ(以下、単にIGBTとも略記する)などの電
圧駆動形素子が、過電流破壊するのを防ぐための過電流
保護回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a protection circuit for a semiconductor switching element, and more particularly, to a protection circuit for a voltage-driven element such as an insulated gate bipolar transistor (hereinafter simply abbreviated as IGBT) for preventing overcurrent breakdown. The present invention relates to an overcurrent protection circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】図8はこの種の従来例を示す回路図であ
る。この回路は、IGBT1のゲート端子Gには、ゲー
ト抵抗Rgを介してゲート駆動回路2の出力端子1を、
またIGBT1のエミッタ端子Eはゲート駆動回路2の
出力端子2を、IGBT1のエミッタ端子EとEs(セ
ンス端子ともいう)間にはセンス抵抗Rsを、IGBT
1のゲートGとエミッタE間にはダイオードD2とMO
SFETT2との直列回路を、さらにMOSFETT2
のゲート端子とIGBT1のセンス端子Esとがそれぞ
れ接続されて構成される。
2. Description of the Related Art FIG. 8 is a circuit diagram showing a conventional example of this kind. In this circuit, the output terminal 1 of the gate drive circuit 2 is connected to the gate terminal G of the IGBT 1 via a gate resistor Rg.
The emitter terminal E of the IGBT 1 is the output terminal 2 of the gate drive circuit 2, the sense resistor Rs is provided between the emitter terminal E and Es (also referred to as the sense terminal) of the IGBT 1, and the IGBT 1
1 has a diode D2 and an MO between the gate G and the emitter E.
A series circuit with SFET T2 is added to MOSFET T2
And the sense terminal Es of the IGBT 1 are connected to each other.

【0003】図8のIGBT1は図9(イ)の如く、メ
インIGBT11とセンスIGBT12との並列回路と
して表現することができる。なお、Rsはセンス抵抗を
示している。この回路では、メインIGBT11のコレ
クタ電流が増加すると、センス抵抗Rsに流れる電流も
増加し、センス電圧Vsが増加する。このVsがMOS
FETT2のゲートしきい値電圧Vthを越えると、M
OSFETT2がオン状態となり、IGBT1のゲート
・エミッタ間電圧VGE0 を低下させる。IGBTは一般
に、そのゲート電圧が低下するとコレクタ電流の飽和電
流値が低下するという特性があるため、VGE0 の低下に
伴いVs=Vthの関係が成立するコレクタ電流値に制
限される。その結果、IGBT11の電流が過大とな
り、安全動作領域(いわゆる、ASO)を逸脱して素子
破壊することが防止される。
The IGBT 1 in FIG. 8 can be expressed as a parallel circuit of a main IGBT 11 and a sense IGBT 12 as shown in FIG. Note that Rs indicates a sense resistance. In this circuit, when the collector current of the main IGBT 11 increases, the current flowing through the sense resistor Rs also increases, and the sense voltage Vs increases. This Vs is MOS
When the gate threshold voltage Vth of the FET T2 is exceeded, M
OSFETT2 is turned on, lowering the gate-emitter voltage V GE0 the IGBT 1. Since the IGBT generally has a characteristic that the saturation current value of the collector current decreases as the gate voltage decreases, the IGBT is limited to a collector current value that satisfies the relationship of Vs = Vth with a decrease in V GE0 . As a result, the current of the IGBT 11 becomes excessively large, preventing the element from breaking out of the safe operation area (so-called ASO).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、図9
(イ)に示すセンス回路では、メインIGBT11のコ
レクタ・エミッタ間電圧VCEを、センスIGBT12の
コレクタ・エミッタ間電圧VCES と、センス抵抗Rsの
センス電圧Vsとして分担する。すなわち、 VCE=VCES +Vs である。そして、VCE,VCES が大きくVs電圧が無視
できる領域では、メインIGBT11とセンスIGBT
12との電流比はIGBT特性で決定され、同じ特性の
IGBTとすることで、チップの面積比に比例する値と
なる。しかしながら、VCE,VCES が小さい場合はVs
電圧が無視できなくなり、センスIGBT12に流れる
電流が減少し、チップの面積比に比例する電流よりも小
さな電流となる。その結果、センス電圧特性は図9
(ロ)に示すように、メインIGBT11のコレクタ電
流Icを一定にしても、VCEが小さな値ではセンス電圧
Vsも小さな値となる。
As described above, FIG.
In the sense circuit shown in (a), the collector-emitter voltage V CE of the main IGBT 11 is shared as the collector-emitter voltage V CES of the sense IGBT 12 and the sense voltage Vs of the sense resistor Rs. That is, V CE = V CES + Vs. In a region where V CE and V CES are large and the Vs voltage can be ignored, the main IGBT 11 and the sense IGBT
The current ratio to 12 is determined by the IGBT characteristics, and the IGBT having the same characteristics has a value proportional to the area ratio of the chip. However, when V CE and V CES are small, Vs
The voltage cannot be ignored, and the current flowing through the sense IGBT 12 decreases and becomes smaller than the current proportional to the area ratio of the chip. As a result, the sense voltage characteristics are shown in FIG.
As shown in (b), even when the collector current Ic of the main IGBT 11 is kept constant, the sense voltage Vs becomes small when V CE is small.

【0005】電流制限が掛かるのは、MOSFETT2
のゲートしきい値電圧Vthとセンス電圧Vsが等しく
なったときであるから、VCEが小さな電圧のときにはメ
インIGBT11の制限電流が大きく、VCEが大きなと
きには制限電流値は小さくなるといった特性を持つ。し
たがって、従来の回路では、VCEが小さなときには電流
制限値が大きく、IGBTの安全動作領域を逸脱し、素
子破壊に至るおそれがある。さらに、電流制限動作が働
きVCEが小さな状態から大きな状態になると、電流制限
値は減少するが、この電流減少率di/dtとIGBT
とスナバ間の配線インダクタンスとの積で決まる大きな
電圧が、IGBTのコレクタ・エミッタ間に印加される
ことになる。一般に、IGBTの安全動作領域は、電圧
が大きくなると許容電流値は小さくなるため電流制限動
作が働き、VCEが小さな状態から大きな状態になると
き、IGBTの安全動作領域を逸脱し素子破壊が生じる
という問題がある。
The current limitation is caused by the MOSFET T2
Since the gate threshold voltage Vth and the sense voltage Vs is when the equal of a large limiting current of the main IGBT11 when the V CE is small voltage, limit current value when V CE is large with characteristics such as reduced . Therefore, in the conventional circuit, when V CE is small, the current limit value is large, which may deviate from the safe operation area of the IGBT, leading to element destruction. Further, when the current limiting operation is performed and V CE changes from a small state to a large state, the current limit value decreases. However, the current reduction rate di / dt and the IGBT
A large voltage determined by the product of the IGBT and the wiring inductance between the snubbers is applied between the collector and the emitter of the IGBT. Generally, in the safe operation area of the IGBT, the allowable current value decreases as the voltage increases, so that the current limiting operation works. When V CE changes from a small state to a large state, the safe operation area of the IGBT deviates from the safe operation area of the IGBT and element destruction occurs. There is a problem.

【0006】以上では、センスIGBTをもつものにつ
いて説明したが、通常のIGBTについても過電流保護
が必要である。図10にこの種の従来例を示す。すなわ
ち、IGBT1のゲートには、ゲート抵抗R10を介し
てコンプリメンタリ(相補対称)接続のトランジスタT
8,T9の出力端子が接続され、このコンプリメンタリ
接続のトランジスタT8,T9の入力端子にはゲート駆
動用直流電源20、抵抗R11とトランジスタT10と
の直列回路、抵抗R12とフォトカプラP1の出力用素
子(フォトトランジスタなど)との直列回路が互いに並
列に接続されている。また、トランジスタT8,T9の
ベースには抵抗R11とトランジスタT10との接続点
が、トランジスタT10のベースには抵抗R12とフォ
トカプラP1の出力用素子との接続点が、フォトカプラ
P1の入力用素子(発光ダイオードなど)には制御回路
10が、さらには、ゲート駆動用直流電源20の負極端
子にはIGBT1のエミッタが、それぞれ接続されてい
る。このような回路において、制御回路10によってフ
ォトカプラP1をオフすると、トランジスタT10のベ
ースに抵抗R12を介して流れていた電流がフォトカプ
ラP1に流れ、トランジスタT10がオフする。トラン
ジスタT10がオフすると、トランジスタT8のベース
に抵抗R11を介してベース電流が流れ、トランジスタ
T8がオンする。トランジスタT8がオンすると、IG
BT1のゲートにはゲート抵抗R10を介して電流が流
れ、IGBT1のゲート電圧が上昇しIGBT1がオン
する。
In the above description, a device having a sense IGBT has been described. However, a normal IGBT also needs overcurrent protection. FIG. 10 shows a conventional example of this type. That is, the gate of the IGBT 1 is connected to the complementary (complementary symmetrically) connected transistor T via the gate resistor R10.
The output terminals of the transistors T8 and T9 are connected to each other. The input terminals of the complementary connection transistors T8 and T9 are connected to the gate driving DC power supply 20, a series circuit of the resistor R11 and the transistor T10, the resistor R12 and the output element of the photocoupler P1. (Eg, a phototransistor) are connected in parallel with each other. The base of the transistors T8 and T9 has a connection point between the resistor R11 and the transistor T10, the base of the transistor T10 has a connection point between the resistor R12 and the output element of the photocoupler P1, and the input element of the photocoupler P1. The control circuit 10 is connected to the light emitting diode (light emitting diode or the like), and the emitter of the IGBT 1 is connected to the negative terminal of the DC power supply 20 for gate drive. In such a circuit, when the photocoupler P1 is turned off by the control circuit 10, the current flowing through the resistor R12 to the base of the transistor T10 flows to the photocoupler P1, and the transistor T10 is turned off. When the transistor T10 is turned off, a base current flows through the base of the transistor T8 via the resistor R11, and the transistor T8 is turned on. When the transistor T8 is turned on, IG
A current flows through the gate of BT1 via the gate resistor R10, the gate voltage of IGBT1 rises, and IGBT1 turns on.

【0007】次に、IGBT1がオン状態で、短絡事故
などにより過電流が流れた場合について説明する。一般
に、IGBTのコレクタ電流とコレクタ・エミッタ電圧
との関係は、或る一定以上の電流を流そうとするとコレ
クタ・エミッタ電圧が上昇する。したがって、短絡事故
などによる過電流も或る一定以上の電流に達するとコレ
クタ・エミッタ電圧が急激に上昇し、一定の制限電流で
飽和する特性がある。この制限電流値はゲート電圧に依
存し、ゲート電圧が大きい程大きな制限電流となる。ま
た、IGBTには図示のような寄生容量CCGが存在する
ため、コレクタ・エミッタ間電圧が急激に上昇すると、
この寄生容量CCGを介してゲート・エミッタ容量CGE
充電されてゲート電圧が上昇し、これにより、コレクタ
電流の制限値がさらに上昇する。IGBTの短絡耐量
(短絡状態で素子が破壊するまでの時間)は、制限電流
が大きくなると小さくなるという性質があるため、過電
流保護を行なう場合は過電流状態をより高速に検知し、
短時間にIGBTをオフする必要がある。そのため、従
来は図示のように、IGBT1と直列に直流電流検出器
30を挿入し、IGBTのコレクタ電流が或る設定値以
上になったら制御回路10からオフ信号を出力し、IG
BTを短絡破壊から保護するようにしている。しかし、
上記のような直流電流検出器は高価であり、コストアッ
プになる。また、電流容量が大きな装置ではこの直流電
流検出器も大型化し、装置が大型化するという問題があ
る。
Next, a case where an overcurrent flows due to a short circuit accident or the like while the IGBT 1 is on will be described. Generally, the relationship between the collector current and the collector-emitter voltage of an IGBT is such that if a certain current or more is to flow, the collector-emitter voltage rises. Therefore, when the overcurrent due to a short circuit accident or the like reaches a certain current or more, the collector-emitter voltage sharply rises and has a characteristic of being saturated at a certain limit current. This limit current value depends on the gate voltage, and the larger the gate voltage, the larger the limit current. Also, since the IGBT has a parasitic capacitance C CG as shown, if the collector-emitter voltage rises rapidly,
The gate-emitter capacitance C GE is charged via the parasitic capacitance C CG and the gate voltage rises, thereby further increasing the limit value of the collector current. Since the short-circuit withstand capability of the IGBT (the time until the element is destroyed in the short-circuit state) decreases as the limit current increases, the over-current state is detected at a higher speed when performing over-current protection.
It is necessary to turn off the IGBT in a short time. Therefore, conventionally, as shown in the figure, a DC current detector 30 is inserted in series with the IGBT 1, and when the collector current of the IGBT exceeds a certain set value, an off signal is output from the control circuit 10, and the IGBT 1 is turned off.
The BT is protected from short circuit breakdown. But,
Such a DC current detector is expensive and increases the cost. Further, in a device having a large current capacity, there is a problem that the DC current detector becomes large in size and the device becomes large in size.

【0008】したがって、この発明の課題はセンスIG
BT内蔵のIGBTでは、その過電流保護や電流制限動
作を、そのコレクタ・エミッタ間電圧に関係なく一定と
なるようにして確実なIGBT保護を図ること、また、
通常のIGBTでは装置を大型化,コストアップするこ
となくIGBT保護を図ることにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a sense IG
In the IGBT with a built-in BT, the overcurrent protection and the current limiting operation are made to be constant irrespective of the voltage between the collector and the emitter to ensure the IGBT protection.
In a normal IGBT, the IGBT is protected without increasing the size and cost of the device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
べく、請求項1の発明では、センスIGBTのエミッタ
とメインIGBTのエミッタ間にMOSFETを接続す
る、すなわち、抵抗の代わりにMOSFETを使用し、
このMOSFETのゲートに抵抗を介してメインIGB
Tのゲート端子を接続するとともに、ダイオードを介し
てメインIGBTのコレクタ端子に接続することで、メ
インIGBTのコレクタ・エミッタ電圧がゲート電圧よ
り大きくなると、前記ダイオードはオフしMOSFET
のゲート電圧はメインIGBTのゲート電圧と同じ値と
なり、MOSFETのオン抵抗は小さな値となる。ま
た、メインIGBTのコレクタ・エミッタ電圧がゲート
電圧より小さくなると、MOSFETのゲート電圧はダ
イオードを介し放電されて低下し、MOSFETのオン
抵抗は大きな値となる。つまり、コレクタ・エミッタ間
電圧が大きな時には小さなセンス抵抗、コレクタ・エミ
ッタ間電圧が小さな時には大きなセンス抵抗となる可変
抵抗が構成される。したがって、メインIGBTのコレ
クタ・エミッタ電圧が小さなときセンス電流は小さくな
るが、MOSFETのオン抵抗が大きくなるため、その
ドレイン・ソース間電圧は大きく検出され、メインIG
BTのコレクタ・エミッタ電圧が大きなときと同じセン
ス電圧とすることができる。その結果、センス電圧をメ
インIGBTのコレクタ・エミッタ電圧に依存しない特
性にできるわけである。
In order to solve such a problem, according to the first aspect of the present invention, a MOSFET is connected between an emitter of a sense IGBT and an emitter of a main IGBT, that is, a MOSFET is used instead of a resistor. And
The main IGB is connected to the gate of this MOSFET via a resistor.
By connecting the gate terminal of T and the collector terminal of the main IGBT via a diode, when the collector-emitter voltage of the main IGBT becomes larger than the gate voltage, the diode turns off and the MOSFET turns off.
Has the same value as the gate voltage of the main IGBT, and the on-resistance of the MOSFET has a small value. When the collector-emitter voltage of the main IGBT becomes lower than the gate voltage, the gate voltage of the MOSFET is discharged through the diode and decreases, and the on-resistance of the MOSFET becomes a large value. In other words, a variable resistor is formed that has a small sense resistance when the voltage between the collector and the emitter is large, and has a large sense resistance when the voltage between the collector and the emitter is small. Therefore, when the collector-emitter voltage of the main IGBT is small, the sense current is small, but the on-resistance of the MOSFET is large, so that the drain-source voltage is large and the main IGBT is detected.
The sense voltage can be the same as when the collector-emitter voltage of the BT is large. As a result, the characteristics of the sense voltage can be made independent of the collector-emitter voltage of the main IGBT.

【0010】また、請求項2の発明のように、上記MO
SFETの代わりにMOSFETと抵抗RS1との直列
回路に抵抗RS2を並列に接続することで、MOSFE
Tのオン,オフ動作による可変センス抵抗を構成する。
つまり、メインIGBTのコレクタ・エミッタ電圧が小
さいときは、MOSFETがオフしてセンス抵抗はRS
2となり、メインIGBTのコレクタ・エミッタ電圧が
大きいときは、MOSFETがオンしてセンス抵抗はR
S1・RS2/(RS1+RS2)となる。したがっ
て、抵抗RS1,RS2の値を調整することにより、セ
ンス電圧をメインIGBTのコレクタ・エミッタ電圧に
依存しない特性にすることができる。
[0010] Further, according to the invention of claim 2, the MO
By connecting the resistor RS2 in parallel to the series circuit of the MOSFET and the resistor RS1 in place of the SFET, the MOSFE
A variable sense resistor is formed by the ON / OFF operation of T.
That is, when the collector-emitter voltage of the main IGBT is small, the MOSFET is turned off and the sense resistance becomes RS
2, when the collector-emitter voltage of the main IGBT is large, the MOSFET is turned on and the sense resistance becomes R
S1 · RS2 / (RS1 + RS2). Therefore, by adjusting the values of the resistors RS1 and RS2, it is possible to make the sense voltage have characteristics independent of the collector-emitter voltage of the main IGBT.

【0011】さらに、請求項3の発明では、メインIG
BTチップ中にセンスIGBTを形成し、このセンスI
GBTのエミッタと前記メインIGBTのエミッタ間に
センス抵抗を接続し、そのセンス電圧が或る一定の設定
値以上になったときメインIGBTのゲート電圧を低下
させ、そのコレクタ電流を制限して保護を図る過電流保
護回路において、メインIGBTのコレクタ・エミッタ
電圧に応じて電圧設定値を変化させる電圧設定回路と、
この電圧設定値を前記センス電圧と比較する比較回路
と、その結果に応じてメインIGBTのゲート電圧を低
下させる第3のスイッチ回路とを設け、メインIGBT
のコレクタ・エミッタ電圧が小さいときはセンス電流も
小さくなるが、比較すべき電圧設定値も小さくなること
から、メインIGBTのコレクタ電流制限値を、メイン
IGBTのコレクタ・エミッタ電圧が大きいときとほぼ
同じ値にできるようにしている。なお、前記電圧設定回
路の電源として、前記メインIGBTのゲート電圧の代
わりに、別の直流電源からの電圧を利用できるようにし
ている(請求項4の発明)。
Further, according to the third aspect of the present invention, the main IG
A sense IGBT is formed in a BT chip,
A sense resistor is connected between the emitter of the GBT and the emitter of the main IGBT. When the sense voltage exceeds a certain set value, the gate voltage of the main IGBT is reduced, and the collector current is limited to protect the protection. A voltage setting circuit for changing a voltage setting value according to a collector-emitter voltage of the main IGBT;
A comparison circuit for comparing the voltage set value with the sense voltage; and a third switch circuit for reducing the gate voltage of the main IGBT according to the result.
When the collector-emitter voltage of the main IGBT is small, the sense current is also small, but the voltage setting value to be compared is also small. Therefore, the collector current limit value of the main IGBT is almost the same as when the collector-emitter voltage of the main IGBT is large. Value. Note that a voltage from another DC power supply can be used as a power supply for the voltage setting circuit instead of the gate voltage of the main IGBT (the invention of claim 4).

【0012】また、請求項5の発明では、IGBTが過
電流破壊するのを防止する過電流保護回路において、前
記IGBTのゲートとゲート駆動用直流電源の正極端子
間に、そのゲート・エミッタ間電圧が前記直流電源電圧
よりも上昇するとオン状態になるよう、トランジスタの
エミッタとベースをフォトカプラの入力用素子を介して
接続し、そのトランジスタのコレクタを抵抗を介して前
記IGBTのエミッタと接続するようにしている。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an overcurrent protection circuit for preventing an IGBT from being destroyed by an overcurrent, wherein a gate-emitter voltage is provided between a gate of the IGBT and a positive terminal of a DC power supply for driving the gate. Is connected to the transistor via an input element of a photocoupler, and the collector of the transistor is connected to the emitter of the IGBT via a resistor so that the transistor is turned on when the voltage rises above the DC power supply voltage. I have to.

【0013】加えて、請求項6の発明では、IGBTが
過電流破壊するのを防止する過電流保護回路において、
前記IGBTのオン用のゲート抵抗間に、このIGBT
のゲートからゲート駆動用直流電源に向かう電流が流れ
たときに、その出力電圧が高レベルとなる比較器を接続
するとともに、この比較器の出力にはフォトカプラの入
力用素子を介してトランジスタのベースを接続し、前記
IGBTのゲート・エミッタ間には前記トランジスタの
コレクタ・エミッタを抵抗を介して接続するようにして
いる。請求項5または6の発明では、前記抵抗の代わり
に、前記ゲート駆動用直流電源より低電圧の電圧源を接
続することができる(請求項7の発明)。
In addition, according to the invention of claim 6, in the overcurrent protection circuit for preventing the IGBT from being destroyed by overcurrent,
The IGBT is placed between the ON gate resistors of the IGBT.
When a current flows from the gate to the DC power supply for driving the gate, a comparator whose output voltage becomes high is connected, and the output of this comparator is connected to the output of the transistor through the input element of the photocoupler. A base is connected, and a collector and an emitter of the transistor are connected between a gate and an emitter of the IGBT via a resistor. According to the invention of claim 5 or 6, a voltage source lower in voltage than the gate driving DC power supply can be connected instead of the resistor (the invention of claim 7).

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】図1はこの発明の第1の実施の形
態を示す回路図である。なお、図8と同じものには同じ
符号を付してその説明を省略する。図1からも明らかな
ように、この回路は図8に示すものに対し、抵抗Rsの
代わりにMOSFETT1を設け、そのゲートとIGB
T1のゲートGとの間には抵抗R1を、また、MOSF
ETT1のゲートとIGBT1のコレクタCとの間には
ダイオードD1をそれぞれ接続して構成した点が特徴で
ある。この回路において、IGBT1のコレクタ電流が
増加すると、MOSFETT2に流れる電流も増加し、
センス電圧Vsが増大する。そして、この電圧VsがT
2のゲートしきい値電圧Vthを越えるとT2がオン状
態となり、IGBT1のゲート・エミッタ間電圧VGE0
を低下させる。IGBTは、ゲート電圧を低下させると
コレクタ電流の飽和電流値が低下するという特性がある
ため、VGE0 の低下に伴ってVs=Vthの関係が成り
立つコレクタ電流に制限される。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention. Note that the same components as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. As is clear from FIG. 1, this circuit is different from that shown in FIG. 8 in that a MOSFET T1 is provided in place of the resistor Rs, and the gate and the IGB are provided.
A resistor R1 is connected between the gate G of T1 and a MOSF.
It is characterized in that diodes D1 are connected between the gate of ETT1 and the collector C of IGBT1. In this circuit, when the collector current of the IGBT 1 increases, the current flowing through the MOSFET T2 also increases,
The sense voltage Vs increases. Then, this voltage Vs becomes T
When the voltage exceeds the gate threshold voltage Vth of T2, T2 is turned on, and the gate-emitter voltage V GE0 of IGBT1 is turned on.
Lower. Since the IGBT has a characteristic that the saturation current value of the collector current decreases as the gate voltage decreases, the IGBT is limited to a collector current that satisfies the relationship of Vs = Vth with a decrease in V GE0 .

【0015】また、IGBTのコレクタ・エミッタ間電
圧VCEが、ゲート電圧VGE0 よりも大きくなるとダイオ
ードD1はオフし、T1のゲートは、IGBTのゲート
電圧VGE0 と同じ値となり、T1のオン抵抗は小さな値
となる。一方、IGBTのコレクタ・エミッタ間電圧V
CEがゲート電圧VGE0 よりも小さくなると、T1のゲー
ト電圧はダイオードD1を介して放電されて低下し、T
1のオン抵抗は大きな値となる。つまり、IGBTのコ
レクタ・エミッタ間電圧VCEが大きなときは小さな抵抗
値、コレクタ・エミッタ間電圧VCEが小さなときは大き
な抵抗値を持つ可変のセンス抵抗が構成されることにな
る。なお、IGBTのコレクタ・エミッタ間電圧VCE
小さなときはセンス電流は小さくなるが、T2のオン抵
抗が大きいため、そのドレイン・ソース間電圧は大きく
検出され、コレクタ・エミッタ間電圧が大きなときとほ
ぼ同じセンス電圧とすることができる。その結果、セン
ス電圧としてIGBTのコレクタ・エミッタ間電圧に対
して依存性のない特性にすることができ、IGBTのコ
レクタ電流制限動作をコレクタ・エミッタ間電圧に依存
しない特性にすることが可能となる。
When the collector-emitter voltage V CE of the IGBT becomes higher than the gate voltage V GE0 , the diode D1 is turned off, and the gate of T1 has the same value as the gate voltage V GE0 of the IGBT. Is a small value. On the other hand, the collector-emitter voltage V of the IGBT
When CE falls below the gate voltage V GE0 , the gate voltage of T1 is discharged through the diode D1 and falls, and T1
1 has a large on-resistance. That is, when the collector-emitter voltage V CE of the IGBT is large, a variable resistance having a small resistance value is formed, and when the collector-emitter voltage V CE is small, a variable sense resistor having a large resistance value is formed. Note that when the collector-emitter voltage V CE of the IGBT is small, the sense current is small. However, since the on-resistance of T2 is large, the drain-source voltage thereof is detected to be large, and when the collector-emitter voltage is large. The sense voltages can be substantially the same. As a result, it is possible to make the characteristic independent of the collector-emitter voltage of the IGBT as the sense voltage, and to make the collector current limiting operation of the IGBT independent of the collector-emitter voltage. .

【0016】図2はこの発明の第2の実施の形態を示す
回路図で、図1の変形例である。なお、図1と同じもの
には同じ符号を付してその説明を省略する。図2からも
明らかなように、この回路は図1に示すT1の代わり
に、T3と抵抗RS1の直列回路とこれに並列に抵抗R
S2を接続し、T3のオン,オフ動作で可変センス抵抗
を構成した点が特徴である。つまり、コレクタ・エミッ
タ間電圧が小さいときは、T3がオフなのでセンス抵抗
の抵抗値はRS2となり、コレクタ・エミッタ間電圧が
大きいときは、T3がオンしてセンス抵抗の抵抗値は、
RS1・RS2/(RS1+RS2)となり、抵抗値R
S1,RS2を調整することで、センス電圧をIGBT
のコレクタ・エミッタ間電圧に依存しない特性にするこ
とができ、IGBTのコレクタ電流制限動作をコレクタ
・エミッタ間電圧に依存しない特性にすることが可能と
なる。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention, which is a modification of FIG. Note that the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. As is clear from FIG. 2, this circuit is different from T1 shown in FIG. 1 in that a series circuit of T3 and a resistor RS1 and a resistor R
It is characterized in that S2 is connected and a variable sense resistor is formed by turning on and off T3. That is, when the collector-emitter voltage is low, T3 is off, and the resistance value of the sense resistor is RS2. When the collector-emitter voltage is high, T3 is on and the resistance value of the sense resistor is:
RS1 · RS2 / (RS1 + RS2), and the resistance value R
By adjusting S1 and RS2, the sense voltage can be set to IGBT
Characteristics that do not depend on the collector-emitter voltage of the IGBT, and the characteristic that the collector current limiting operation of the IGBT does not depend on the collector-emitter voltage can be achieved.

【0017】図3はこの発明の第3の実施の形態を示す
回路図である。なお、図8と同じものには同じ符号を付
してその説明を省略する。図3からも明らかなように、
この回路は図8に示すものに対し、ダイオードD1、定
電圧ダイオードZD1、トランジスタT4,T5および
抵抗R1〜R6からなる電圧設定回路、コンパレータ
(比較回路)として動作するトランジスタT6、および
MOSFETT2に代わるトランジスタT7と抵抗R7
とを設けた点が特徴である。この回路では、IGBTの
コレクタ・エミッタ間電圧VCEが、定電圧ダイオードZ
D1の電圧V1よりも小さいときは、コンデンサC1の
電荷はダイオードD1およびIGBTを介して放電され
てトランジスタT4がオフし、トランジスタT5もベー
ス電流が流れないためオフとなる。その結果、トランジ
スタT6のベース電圧V2は、 V2=VGE×(R5+R6)/(R3+R4+R5+R6) … となる。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a third embodiment of the present invention. Note that the same components as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. As is clear from FIG.
This circuit is different from that shown in FIG. 8 in that a diode D1, a constant voltage diode ZD1, a voltage setting circuit including transistors T4 and T5 and resistors R1 to R6, a transistor T6 operating as a comparator (comparing circuit), and a transistor replacing the MOSFET T2 T7 and resistor R7
Is a feature of the present invention. In this circuit, the collector-emitter voltage V CE of the IGBT is
When the voltage is lower than the voltage V1 of D1, the charge of the capacitor C1 is discharged through the diode D1 and the IGBT to turn off the transistor T4, and the transistor T5 is also turned off because no base current flows. As a result, the base voltage V2 of the transistor T6 is as follows: V2 = V GE × (R5 + R6) / (R3 + R4 + R5 + R6)

【0018】上記電圧V2よりもセンス電圧Vsの方が
大きくなるとトランジスタT6がオンし、このセンス電
圧VsにもとづきトランジスタT6,抵抗R7を介して
トランジスタT7にベース電流が供給され、トランジス
タT7がオンする。すると、IGBTのゲート電圧V
GE0 は低減され、Vs=V2が成り立つコレクタ電流に
制限される。なお、このとき、R5>R6とし、トラン
ジスタT6がオンしていない状態でのR6の端子電圧V
2×R6/(R5+R6)ではトランジスタT7はオン
せず、トランジスタT6がオンしてもVs電圧が殆ど変
化しないよう、R6,R7を選定する。
When the sense voltage Vs becomes higher than the voltage V2, the transistor T6 turns on. Based on the sense voltage Vs, a base current is supplied to the transistor T7 via the transistor T6 and the resistor R7, and the transistor T7 turns on. . Then, the gate voltage V of the IGBT
GE0 is reduced and limited to the collector current where Vs = V2. At this time, R5> R6, and the terminal voltage V of R6 when the transistor T6 is not turned on.
In 2 × R6 / (R5 + R6), the transistor T7 does not turn on, and R6 and R7 are selected so that the Vs voltage hardly changes even when the transistor T6 turns on.

【0019】一方、IGBTのコレクタ・エミッタ間電
圧VCEが、定電圧ダイオードZD1の電圧V1よりも大
きいときはダイオードD1がオフし、トランジスタT4
に抵抗R1,定電圧ダイオードZD1を介してベース電
流が流れ、トランジスタT4がオンする。すると、トラ
ンジスタT5にもベース電流が流れてトランジスタT5
もオンし、抵抗R3が短絡される。その結果、トランジ
スタT6のベース電圧V2は、 V2=VGE×(R5+R6)/(R4+R5+R6) … となる。そして、この電圧V2よりもセンス電圧Vsの
方が大きくなるとトランジスタT6がオンし、このセン
ス電圧VsにもとづきトランジスタT6,抵抗R7を介
してトランジスタT7にベース電流が供給され、トラン
ジスタT7がオンする。すると、IGBTのゲート電圧
GE0 は低減され、Vs=V2が成り立つコレクタ電流
に制限される。
On the other hand, when the collector-emitter voltage V CE of the IGBT is higher than the voltage V 1 of the constant voltage diode ZD 1, the diode D 1 turns off and the transistor T 4
A base current flows through the resistor R1 and the constant voltage diode ZD1 to turn on the transistor T4. Then, the base current also flows through the transistor T5 and the transistor T5
Also turns on, and the resistor R3 is short-circuited. As a result, the base voltage V2 of the transistor T6 is as follows: V2 = V GE × (R5 + R6) / (R4 + R5 + R6) When the sense voltage Vs becomes higher than the voltage V2, the transistor T6 is turned on. Based on the sense voltage Vs, a base current is supplied to the transistor T7 via the transistor T6 and the resistor R7, and the transistor T7 is turned on. Then, the gate voltage V GE0 of the IGBT is reduced, and is limited to the collector current that satisfies Vs = V2.

【0020】以上のように、図3の回路ではIGBTの
コレクタ・エミッタ間電圧VCEが定電圧ダイオードZD
1の電圧V1よりも小さいときは、上記式で示すセン
ス電圧V2により、また、コレクタ・エミッタ間電圧V
CEが定電圧ダイオードZD1の電圧V1よりも大きいと
きは、上記式で示すセンス電圧V2により電流制限が
掛かる。式で示すセンス電圧V2と式で示すセンス
電圧V2とでは後者の方が大きくなり(>)、セン
ス電圧をIGBTのコレクタ・エミッタ電圧特性と合わ
せることにより、IGBTのコレクタ電流制限動作をコ
レクタ・エミッタ間電圧に依存しない特性にすることが
可能となる。
As described above, in the circuit of FIG. 3, the collector-emitter voltage V CE of the IGBT is
When the voltage V1 is smaller than the voltage V1 of the first voltage V1, the sense voltage V2 represented by the above equation and the voltage V1
When CE is higher than the voltage V1 of the constant voltage diode ZD1, the current is limited by the sense voltage V2 shown in the above equation. The latter is larger (>) between the sense voltage V2 shown by the equation and the sense voltage V2 shown by the equation (>), and the collector current limiting operation of the IGBT is controlled by matching the sense voltage with the collector-emitter voltage characteristics of the IGBT. It is possible to obtain characteristics that do not depend on the inter-voltage.

【0021】図4はこの発明の第4の実施の形態を示す
回路図で、図3の変形例である。なお、図3と同じもの
には同じ符号を付してその説明を省略する。図4からも
明らかなように、この回路は図3に示すものに対し、電
圧設定回路の電源としてゲート駆動回路2の端子3の出
力(V0 )を用い、トランジスタT6の代わりにコンパ
レータCOM1を用い、抵抗6を省略するようにした点
が特徴である。その動作も図3とほぼ同じで、IGBT
のコレクタ・エミッタ間電圧VCEが定電圧ダイオードZ
D1の電圧V1よりも小さいときは、電流制限が掛かる
センス電圧V2は、次の式となる。 V2=V0 ×R5/(R3+R4+R5) … また、IGBTのコレクタ・エミッタ間電圧VCEが定電
圧ダイオードZD1の電圧V1よりも大きいときは、電
流制限が掛かるセンス電圧V2は、次の式となる。 V2=V0 ×R5/(R4+R5) …
FIG. 4 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the present invention, which is a modification of FIG. Note that the same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. As is clear from FIG. 4, this circuit uses the output (V 0 ) of the terminal 3 of the gate drive circuit 2 as the power supply of the voltage setting circuit and uses the comparator COM1 instead of the transistor T6 in comparison with the circuit shown in FIG. The feature is that the resistor 6 is omitted. Its operation is almost the same as that of FIG.
The collector-emitter voltage V CE of the constant-voltage diode Z
When the voltage is lower than the voltage V1 of D1, the sense voltage V2 with current limitation is given by the following equation. V2 = V 0 × R5 / ( R3 + R4 + R5) ... Moreover, when the collector-emitter voltage V CE of the IGBT is higher than the voltage V1 of the zener diode ZD1, the sense voltage V2 the current limit is applied, the following equation . V2 = V 0 × R5 / (R4 + R5)

【0022】以上のように、図4の回路ではIGBTの
コレクタ・エミッタ間電圧VCEが定電圧ダイオードZD
1の電圧V1よりも小さいときは、上記式で示すセン
ス電圧V2により、また、コレクタ・エミッタ間電圧V
CEが定電圧ダイオードZD1の電圧V1よりも大きいと
きは、上記式で示すセンス電圧V2により電流制限が
掛かる。式で示すセンス電圧V2と式で示すセンス
電圧V2とでは後者の方が大きくなり(>)、セン
ス電圧をIGBTのコレクタ・エミッタ電圧特性と合わ
せることにより、IGBTのコレクタ電流制限動作をコ
レクタ・エミッタ間電圧に依存しない特性にすることが
可能となる。なお、以上では電流制限動作について説明
したが、センス電圧を用いて過電流停止する場合にも、
ゲート電圧を低減するT2,トランジスタT7の代わり
にゲート停止信号として動作させる回路を用いて同様に
実現することができる。
As described above, in the circuit of FIG. 4, the collector-emitter voltage V CE of the IGBT is
When the voltage V1 is smaller than the voltage V1 of the first voltage V1, the sense voltage V2 represented by the above equation and the voltage V1
When CE is higher than the voltage V1 of the constant voltage diode ZD1, the current is limited by the sense voltage V2 shown in the above equation. The latter is larger (>) between the sense voltage V2 shown by the equation and the sense voltage V2 shown by the equation (>), and the collector current limiting operation of the IGBT is controlled by matching the sense voltage with the collector-emitter voltage characteristics of the IGBT. It is possible to obtain characteristics that do not depend on the inter-voltage. Although the current limiting operation has been described above, even when the overcurrent is stopped using the sense voltage,
The same can be realized by using a circuit that operates as a gate stop signal instead of T2 and transistor T7 that reduce the gate voltage.

【0023】次に、センスIGBTを内蔵しない通常の
IGBTの過電流保護回路例について、以下に説明す
る。図5はこのような場合の第1の実施の形態を示す回
路図である。なお、図10と同一の部分には同一の符号
を付してその説明を省略する。図10との相違点は、I
GBT1のゲートとゲート駆動用直流電源20の正極端
子間に、トランジスタT11のエミッタとベースをフォ
トカプラP2の入力用素子(発光ダイオードなど)と抵
抗R13との直列回路を介して接続するとともに、トラ
ンジスタT11のコレクタを抵抗R14を介してIGB
T1のエミッタに接続し、図10に示すような直流電流
検出器30を省略した点にある。
Next, an example of a normal IGBT overcurrent protection circuit without a built-in sense IGBT will be described below. FIG. 5 is a circuit diagram showing the first embodiment in such a case. The same parts as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The difference from FIG.
An emitter and a base of the transistor T11 are connected between a gate of the GBT1 and a positive terminal of the gate driving DC power supply 20 via a series circuit of an input element (such as a light emitting diode) of the photocoupler P2 and a resistor R13. The collector of T11 is connected to IGB via a resistor R14.
It is connected to the emitter of T1 and the DC current detector 30 as shown in FIG. 10 is omitted.

【0024】このような回路において、制御回路10に
よりフォトカプラP1をオン,オフすることで、図10
の従来例と同様にIGBT1をオン,オフさせることが
できる。なお、このときのIGBT1のゲート電圧はゲ
ート駆動用直流電源20の電圧以下であるため、トラン
ジスタT11のエミッタ・ベースにはベース電流は流れ
ず、トランジスタT11はオフのままである。ところ
で、IGBT1がオン状態のときに短絡事故などにより
過電流が流れると、IGBT1のコレクタ・エミッタ電
圧が急激に上昇し、寄生容量CCGを介してゲート・エミ
ッタ容量CGEが充電され、ゲート電圧が上昇する。そし
て、このゲート電圧がゲート駆動用直流電源20の電圧
より大きくなると、トランジスタT11のエミッタ→同
ベース→フォトカプラP2の入力用素子→抵抗R13を
介して電流が流れ、トランジスタT11がオンする。ま
た、この電流が流れることで過電流信号がフォトカプラ
P2の入力用素子から出力用素子(フォトトランジスタ
など)を経て制御回路10に伝達され、この過電流信号
によりIGBT1をオフさせることができる。さらに、
トランジスタT11がオンすることで、IGBT1のゲ
ートに蓄えられた電荷がトランジスタT11→抵抗R1
4を介して放電されるためゲート電圧が低下し、制限電
流が低下することになるためIGBT1の短絡耐量も上
げることができる。したがって、従来回路よりもゆっく
りオフしても、IGBTを破壊させることなく過電流保
護を図ることが可能となる。
In such a circuit, the photocoupler P1 is turned on and off by the control circuit 10 so that the circuit shown in FIG.
The IGBT 1 can be turned on and off in the same manner as in the conventional example. Since the gate voltage of the IGBT 1 at this time is lower than the voltage of the DC power supply 20 for driving the gate, no base current flows through the emitter / base of the transistor T11, and the transistor T11 remains off. By the way, if an overcurrent flows due to a short circuit accident or the like when the IGBT 1 is on, the collector-emitter voltage of the IGBT 1 sharply rises, and the gate-emitter capacitance C GE is charged via the parasitic capacitance C CG , and the gate voltage Rises. When this gate voltage becomes higher than the voltage of the gate driving DC power supply 20, current flows through the emitter of the transistor T11, the same base, the input element of the photocoupler P2, and the resistor R13, and the transistor T11 is turned on. Further, when this current flows, an overcurrent signal is transmitted from the input element of the photocoupler P2 to the control circuit 10 via the output element (such as a phototransistor), and the IGBT 1 can be turned off by the overcurrent signal. further,
When the transistor T11 is turned on, the charge stored in the gate of the IGBT1 is changed from the transistor T11 to the resistor R1.
As a result, the gate voltage decreases and the limiting current decreases, so that the short-circuit withstand capability of the IGBT 1 can be increased. Therefore, even if the circuit is turned off more slowly than the conventional circuit, it is possible to protect the overcurrent without breaking the IGBT.

【0025】図6は通常のIGBTに対する第2の実施
の形態を示す回路図である。これは図5の変形例を示す
もので、図5に示すものから抵抗R14を省略する代わ
りに、定電圧ダイオードZD2とコンデンサC2との直
列回路をゲート駆動用直流電源20と並列に接続すると
ともに、この定電圧ダイオードZD2とコンデンサC2
との接続点にトランジスタT11のコレクタを接続して
構成される。その動作も図5と殆ど同じであるが、過電
流状態でトランジスタT11がオンすると、ゲート電圧
が瞬時にコンデンサC2の電圧にクランプされ、制限電
流の低減が速いため、短絡耐量がより大きくなるという
利点が得られる。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a second embodiment for a normal IGBT. This is a modification of FIG. 5, and instead of omitting the resistor R14 from the one shown in FIG. 5, a series circuit of a constant voltage diode ZD2 and a capacitor C2 is connected in parallel with the gate driving DC power supply 20. , The constant voltage diode ZD2 and the capacitor C2.
Is connected to the collector of the transistor T11 at the connection point with. The operation is almost the same as that of FIG. 5, but when the transistor T11 is turned on in an overcurrent state, the gate voltage is instantly clamped to the voltage of the capacitor C2, and the reduction of the limiting current is fast, so that the short-circuit withstand capability is further increased. Benefits are obtained.

【0026】図7は通常のIGBTに対する第3の実施
の形態を示す回路図である。図5との相違点は、抵抗R
10,R13,R14およびトランジスタT11を省略
し、トランジスタT8と直列に抵抗R15を、トランジ
スタT9と直列に抵抗R16を、トランジスタT8と並
列にダイオードD3を、抵抗R15の両端にはコンパレ
ータCOM2の入力端をそれぞれ接続するとともに、コ
ンパレータCOM2の出力はフォトカプラP2の入力用
素子と抵抗R18を介してトランジスタT12のベース
と接続し、IGBT1のゲート・エミッタ間にトランジ
スタT12と抵抗R17との直列回路を接続して構成さ
れる。このような回路において、制御回路10によりフ
ォトカプラP1をオン,オフすることで、従来と同様に
IGBT1をオン,オフさせることができる。図5では
抵抗R10を介してゲートを充放電していたが、ここで
は充電は抵抗R15を介して、また、放電は抵抗R16
を介して行ない、オン用の抵抗とオフ用の抵抗とに分け
た点が特徴である。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a third embodiment for a normal IGBT. The difference from FIG.
10, R13, R14 and the transistor T11 are omitted, a resistor R15 is connected in series with the transistor T8, a resistor R16 is connected in series with the transistor T9, a diode D3 is connected in parallel with the transistor T8, and an input terminal of the comparator COM2 is provided at both ends of the resistor R15. And the output of the comparator COM2 is connected to the input element of the photocoupler P2 and the base of the transistor T12 via the resistor R18, and a series circuit of the transistor T12 and the resistor R17 is connected between the gate and the emitter of the IGBT1. It is composed. In such a circuit, by turning on and off the photocoupler P1 by the control circuit 10, the IGBT1 can be turned on and off as in the conventional case. In FIG. 5, the gate is charged / discharged via the resistor R10. Here, charging is performed via the resistor R15 and discharging is performed via the resistor R16.
And is divided into a resistance for ON and a resistance for OFF.

【0027】ここで、IGBT1がオン状態で短絡事故
等により過電流が流れると、コレクタ・エミッタ電圧が
急激に上昇し、寄生容量CCGを介してゲート・エミッタ
容量CGEが充電され、ゲート電圧が上昇する。そして、
このゲート電圧がゲート駆動用直流電源20の電圧より
大きくなると、ダイオードD3→抵抗R15を介して電
流が流れる。また、この電流が流れることで、抵抗R1
5の電位はゲート側が高くなり、コンパレータCOM2
の出力電圧を高レベルとする。コンパレータCOM2の
出力電圧が高レベルになると、フォトカプラP2→抵抗
R18→トランジスタT12のベースに電流が流れ、ト
ランジスタT12がオンする。また、この電流が流れる
ことにより、過電流状態であることがフォトカプラP2
を介して制御回路10に伝達され、この過電流信号によ
りIGBT1をオフさせることができる。さらに、トラ
ンジスタT12がオンすることで、IGBT1のゲート
に蓄えられた電荷が、抵抗R17→トランジスタT12
を介して放電されるためゲート電圧が低下し、制限電流
も低下するためIGBT1の短絡耐量も上げることがで
きる。したがって、この回路の場合も、従来回路よりゆ
っくりオフしてもIGBTを破壊させることなく過電流
保護を図ることが可能となる。なお、トランジスタT1
2のエミッタとIGBT1のエミッタ間にコンデンサ
(電圧源)を接続することにより、図6の場合と同じ
く、ゲート電圧を瞬時にコンデンサ電圧にクランプして
制限電流の低減を速くすることができ、短絡耐量をより
大きくすることが可能となる。
Here, when an overcurrent flows due to a short circuit accident or the like while the IGBT 1 is on, the collector-emitter voltage rises sharply, the gate-emitter capacitance CGE is charged via the parasitic capacitance CCG , and the gate voltage rises. Rises. And
When this gate voltage becomes larger than the voltage of the gate driving DC power supply 20, a current flows through the diode D3 → the resistor R15. In addition, when this current flows, the resistance R1
The potential of the gate 5 becomes higher on the gate side, and the comparator COM2
Is set to a high level. When the output voltage of the comparator COM2 becomes high, a current flows from the photocoupler P2 to the resistor R18 to the base of the transistor T12, and the transistor T12 is turned on. In addition, when this current flows, an overcurrent state is detected by the photocoupler P2.
The IGBT 1 can be turned off by the overcurrent signal. Further, when the transistor T12 is turned on, the charge stored in the gate of the IGBT1 is changed from the resistance R17 to the transistor T12.
As a result, the gate voltage decreases and the limiting current also decreases, so that the short-circuit withstand capability of the IGBT 1 can be increased. Therefore, also in this circuit, overcurrent protection can be achieved without breaking the IGBT even if the circuit is turned off more slowly than the conventional circuit. The transistor T1
By connecting a capacitor (voltage source) between the emitter of the IGBT 1 and the emitter of the IGBT 1, the gate voltage can be instantaneously clamped to the capacitor voltage as in the case of FIG. It is possible to further increase the withstand amount.

【0028】[0028]

【発明の効果】【The invention's effect】

1)メインIGBTチップ内にセンスIGBTを形成し
た従来回路では、メインIGBTのコレクタ・エミッタ
間電圧VCEによって制限電流が変わるため、V CEが小さ
いときには電流制限値が大きく、IGBTの安全動作領
域を逸脱して素子破壊に至るおそれがあるという問題が
あったが、この発明によれば、センス電圧特性のコレク
タ・エミッタ電圧依存をなくすことができるため、下記
のような効果を期待することができる。 (イ)VCEが小さいときも電流制限値が大きくならない
ため、常にIGBTの安全動作領域内で動作させること
ができ、変換装置の信頼性が向上する。 (ロ)電流制限が掛かりVCEが小さな状態から大きな状
態になっても制限電流は変わらないため電流減少が発生
せず、従来回路のように、IGBTとスナバ間の配線イ
ンダクタンスで大きな電圧が印加するという現象がなく
なる。一般に、IGBTの安全動作領域は、電圧が大き
くなると許容電流値は小さくなるが、大きな電圧が印加
されないため、IGBTの動作を安全動作領域に確実に
入れることができる。したがって、変換装置の信頼性が
向上する。
 1) Forming a sense IGBT in the main IGBT chip
In the conventional circuit, the collector / emitter of the main IGBT is used.
Voltage VCEThe current limit varies with the CEIs small
The IGBT has a large current limit,
The problem is that there is a risk of deviating
However, according to the present invention, the collector of the sense voltage
To eliminate the dependence on the emitter voltage
The following effects can be expected. (B) VCECurrent limit does not increase even when
Therefore, always operate within the safe operation area of IGBT
And the reliability of the conversion device is improved. (B) Current limit is applied VCEFrom small to large
The current limit does not change even when the power supply enters
No wiring is required between the IGBT and snubber as in the conventional circuit.
There is no phenomenon that large voltage is applied by the conductance
Become. In general, the safe operation area of an IGBT has a large voltage.
The allowable current value decreases when the voltage increases, but a large voltage is applied.
IGBT operation in the safe operating area
You can enter. Therefore, the reliability of the converter
improves.

【0029】2)センスIGBTを持たない通常のIG
BTを過電流保護する場合、従来は高価かつ大形の直流
電流検出器を必要としたが、この発明によれば下記のよ
うな効果を期待することができる。 (イ)IGBTのゲート電流を流せる程度の小形のトラ
ンジスタ,抵抗,フォトカプラ等で構成できるため、装
置の小形,低価格化が達成できる。 (ロ)過電流時には自動的にゲート電圧を低減し、制限
電流を小さく抑えることで短絡耐量が大きくなるため、
素子の破壊が生じにくくなり、装置の信頼性が向上す
る。
2) Normal IG without sense IGBT
In the case of overcurrent protection of a BT, an expensive and large-sized DC current detector was conventionally required, but according to the present invention, the following effects can be expected. (A) Since it can be composed of a transistor, a resistor, a photocoupler, and the like, which are small enough to allow the gate current of the IGBT to flow, the device can be reduced in size and cost. (B) In the event of an overcurrent, the gate voltage is automatically reduced and the current limit is kept small, thereby increasing the short-circuit withstand capability.
The element is less likely to be broken, and the reliability of the device is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の第1の実施の形態を示す回路図であ
る。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の第2の実施の形態を示す回路図であ
る。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図3】この発明の第3の実施の形態を示す回路図であ
る。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図4】この発明の第4の実施の形態を示す回路図であ
る。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図5】通常のIGBTによる過電流保護の第1の実施
の形態を示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a first embodiment of overcurrent protection using a normal IGBT.

【図6】図5の第1の変形例を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing a first modification of FIG.

【図7】図5の第2の変形例を示す回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram showing a second modification of FIG. 5;

【図8】従来例を示す回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram showing a conventional example.

【図9】図5のセンス回路とセンス電圧特性の説明図で
ある。
9 is an explanatory diagram of the sense circuit and the sense voltage characteristics of FIG.

【図10】通常のIGBTにおける過電流保護の従来例
を示す回路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a conventional example of overcurrent protection in a normal IGBT.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…IGBT、2…ゲート駆動回路、10…制御回路、
11…メインIGBT、12…センスIGBT、20…
直流電源、30…直流電流検出器、T1〜T3…MOS
FET、T4〜T12…トランジスタ、D1〜D3…ダ
イオード、R1〜R18,Rg,Rs,Rs1,Rs2
…抵抗、C1,2…コンデンサ、ZD1,2…定電圧ダ
イオード、COM1,2…コンパレータ、P1,2…フ
ォトカプラ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... IGBT, 2 ... Gate drive circuit, 10 ... Control circuit,
11: Main IGBT, 12: Sense IGBT, 20 ...
DC power supply, 30 DC current detector, T1 to T3 MOS
FET, T4 to T12: transistor, D1 to D3: diode, R1 to R18, Rg, Rs, Rs1, Rs2
... Resistors, C1, C2, capacitors, ZD1, 2, constant voltage diodes, COM1, 2, comparators, P1, 2, photocouplers.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 メインIGBTチップ中にセンスIGB
Tを形成し、このセンスIGBTを流れる電流から前記
メインIGBTの電流を等価検出し、メインIGBTの
コレクタ電流を制限してその保護を図る過電流保護回路
において、 前記センスIGBTのエミッタとメインIGBTのエミ
ッタとの間にMOSFETを、このMOSFETのゲー
トには抵抗を介してメインIGBTのゲートを、また、
前記MOSFETのゲートにはダイオードを介して前記
メインIGBTのコレクタ端子をそれぞれ接続し、前記
MOSFETのドレン・ソース間電圧をメインIGBT
の等価電流として検出することを特徴とする過電流保護
回路。
1. A sense IGB in a main IGBT chip.
T, an overcurrent protection circuit for equivalently detecting the current of the main IGBT from the current flowing through the sense IGBT and limiting and protecting the collector current of the main IGBT. A MOSFET between the emitter, a gate of the main IGBT via a resistor at a gate of the MOSFET, and
A collector terminal of the main IGBT is connected to a gate of the MOSFET via a diode, and a drain-source voltage of the MOSFET is connected to the main IGBT.
An overcurrent protection circuit characterized by detecting as an equivalent current of
【請求項2】 前記MOSFETの代わりに、MOSF
ETと抵抗の直列回路とこれに抵抗を並列に接続した回
路を接続したことを特徴とする請求項1に記載の過電流
保護回路。
2. A MOSF in place of said MOSFET.
2. The overcurrent protection circuit according to claim 1, wherein a series circuit including an ET and a resistor and a circuit in which the resistor is connected in parallel to the series circuit are connected.
【請求項3】 メインIGBTチップ中にセンスIGB
Tを形成し、このセンスIGBTのエミッタと前記メイ
ンIGBTのエミッタ間にセンス抵抗を接続し、そのセ
ンス電圧が或る一定の設定値以上になったときメインI
GBTのゲート電圧を低下させ、そのコレクタ電流を制
限して保護を図る過電流保護回路において、 複数の抵抗を直列接続した直列回路と、動作したとき前
記抵抗の1つを短絡する第1のスイッチ回路と、入力側
は抵抗を介して前記メインIGBTのゲート端子に接続
されるとともに、ダイオードを介してメインIGBTの
コレクタ端子に接続され、入力に或る一定値以上の電圧
が印加されたとき前記第1のスイッチ回路を動作させる
第2のスイッチ回路とからなる電圧設定回路と、その電
圧設定値を前記センス電圧と比較する比較回路と、その
結果に応じてメインIGBTのゲート電圧を低下させる
第3のスイッチ回路とを設けたことを特徴とする過電流
保護回路。
3. A sense IGBT in a main IGBT chip.
T, a sense resistor is connected between the emitter of the sense IGBT and the emitter of the main IGBT, and when the sense voltage exceeds a certain set value, the main I
An overcurrent protection circuit for lowering a gate voltage of a GBT and limiting a collector current thereof for protection, comprising: a series circuit in which a plurality of resistors are connected in series; and a first switch for short-circuiting one of the resistors when operated. The circuit and the input side are connected to the gate terminal of the main IGBT via a resistor and connected to the collector terminal of the main IGBT via a diode, and when a voltage of a certain fixed value or more is applied to the input, A voltage setting circuit including a second switch circuit that operates the first switch circuit, a comparison circuit that compares the voltage setting value with the sense voltage, and a second circuit that reduces the gate voltage of the main IGBT according to the result. An overcurrent protection circuit, comprising: a switching circuit according to claim 3.
【請求項4】 前記電圧設定回路の電源として、前記メ
インIGBTのゲート電圧の代わりに、別の直流電源か
らの電圧を利用することを特徴とする請求項3に記載の
過電流保護回路。
4. The overcurrent protection circuit according to claim 3, wherein a voltage from another DC power supply is used as a power supply of the voltage setting circuit instead of a gate voltage of the main IGBT.
【請求項5】 IGBTが過電流破壊するのを防止する
過電流保護回路において、 前記IGBTのゲートとゲート駆動用直流電源の正極端
子間に、そのゲート・エミッタ間電圧が前記直流電源電
圧よりも上昇するとオン状態になるよう、トランジスタ
のエミッタとベースをフォトカプラの入力用素子を介し
て接続し、そのトランジスタのコレクタを抵抗を介して
前記IGBTのエミッタと接続したことを特徴とする過
電流保護回路。
5. An overcurrent protection circuit for preventing an IGBT from being destroyed by overcurrent, wherein a voltage between a gate and an emitter of the IGBT is lower than the DC power supply voltage between a gate of the IGBT and a positive terminal of a DC power supply for gate drive. An overcurrent protection, wherein an emitter and a base of a transistor are connected via an input element of a photocoupler and a collector of the transistor is connected to an emitter of the IGBT via a resistor so that the transistor is turned on when it rises. circuit.
【請求項6】 IGBTが過電流破壊するのを防止する
過電流保護回路において、 前記IGBTのオン用のゲート抵抗間に、このIGBT
のゲートからゲート駆動用直流電源に向かう電流が流れ
たときに、その出力電圧が高レベルとなる比較器を接続
するとともに、この比較器の出力にはフォトカプラの入
力用素子を介してトランジスタのベースを接続し、前記
IGBTのゲート・エミッタ間には前記トランジスタの
コレクタ・エミッタを抵抗を介して接続したことを特徴
とする過電流保護回路。
6. An overcurrent protection circuit for preventing an IGBT from being destroyed by an overcurrent, wherein the IGBT is connected between an ON gate resistor of the IGBT.
When a current flows from the gate to the DC power supply for driving the gate, a comparator whose output voltage becomes high is connected, and the output of this comparator is connected to the output of the transistor through the input element of the photocoupler. An overcurrent protection circuit, wherein a base is connected, and a collector and an emitter of the transistor are connected between a gate and an emitter of the IGBT via a resistor.
【請求項7】 前記抵抗の代わりに、前記ゲート駆動用
直流電源より低電圧の電圧源を接続したことを特徴とす
る請求項5または6のいずれかに記載の過電流保護回
路。
7. The overcurrent protection circuit according to claim 5, wherein a voltage source lower in voltage than the gate drive DC power supply is connected instead of the resistor.
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