JPH10337046A - Power conversion device - Google Patents

Power conversion device

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JPH10337046A
JPH10337046A JP9142869A JP14286997A JPH10337046A JP H10337046 A JPH10337046 A JP H10337046A JP 9142869 A JP9142869 A JP 9142869A JP 14286997 A JP14286997 A JP 14286997A JP H10337046 A JPH10337046 A JP H10337046A
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JP
Japan
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current
semiconductor element
gate
dead time
paired
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Application number
JP9142869A
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Japanese (ja)
Inventor
Kosaku Ichikawa
耕作 市川
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Priority to AU58436/98A priority patent/AU712126B2/en
Priority to CN98115111A priority patent/CN1065990C/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To utilize the high-frequency operation of a semiconductor element and to stably drive current ranging from a zero current to a rated load current, by increasing the dead time of the positive and negative arms of a conversion device when an element current is smaller than a specific current and reducing a dead time when the element current is larger than a specific value. SOLUTION: The control circuit of a power conversion device has current transformers 21, 23, and 24 being provided for each arm, a level-discriminating circuit 31 for discriminating the output level or the polarity of the current transformers 21, 23, and 24, and for example a voltage frequency control circuit 32 as a control circuit for supplying on/off signals to elements 11, 12, 13, and 14a. Further, the control circuit of the power conversion device has a dead time control circuit 33, a gate pulse distributor for supplying a gate pulse to each semiconductor element, and a gate drive circuit 35. A dead time being set by the dead time control circuit 33 is switched by the output signal of the level-discriminating circuit 31 for discriminating the output level of the current transformers 21, 23, and 24 being provided for each arm.

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】本発明は、負荷電流に応じた
ゲート制御を行なう電力変換装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power converter for performing gate control according to a load current.

【0002】[0002]

【従来の技術】電力用半導体素子は、そのゲート駆動方
法として電流駆動型と電圧駆動型に分けられる。電流駆
動型半導体素子には、従来からサイリスタやゲートター
ンオフサイリスタ(GTO)やトランジスタがある。こ
れらの電流駆動型半導体素子はいずれもゲート電流とし
て1A〜数A,GTOでは数10〜数100Aの電流が
必要である。
2. Description of the Related Art Power semiconductor devices are classified into a current driving type and a voltage driving type as gate driving methods. Conventionally, current-driven semiconductor devices include thyristors, gate turn-off thyristors (GTOs), and transistors. All of these current-driven semiconductor devices require a gate current of 1 A to several A, and a GTO of several 10 to several 100 A.

【0003】一方、電圧駆動型半導体素子には、MOS
型ゲート構造を有する絶縁ゲート型半導体素子、例えば
MOS−FET,IGBT,IEGT(Injection Enha
ncedGate Transistor)があり、ゲート容量のキャパシ
タンスを充電・放電する電流がオンオフ切替え時に瞬間
流れるが、定常時はゲート電流は流れない。従って、ゲ
ートパワーは非常に小さくできること、またMOS構造
特有の高速動作が可能であることから、近年ではこの種
の電圧駆動型の半導体素子の開発が進められ、高圧大電
流(例えば4.5kV−1000A級)の絶縁ゲート型
半導体素子が開発されている。
On the other hand, voltage-driven semiconductor devices include MOS transistors.
Gate type semiconductor devices having a gate type structure, for example, MOS-FET, IGBT, IEGT (Injection Enha
A current that charges and discharges the capacitance of the gate capacitance flows instantaneously at the time of on / off switching, but the gate current does not flow in a steady state. Therefore, since the gate power can be made very small and the high-speed operation peculiar to the MOS structure can be performed, in recent years, the development of this type of voltage-driven semiconductor device has been promoted, and a high-voltage large current (for example, 4.5 kV- (1000A class) insulated gate semiconductor devices have been developed.

【0004】電流駆動型半導体素子、例えばGTOのタ
ーンオフ特性は、図8に示すように、半導体素子内の蓄
積電荷の影響で、その素子の負荷電流が小さい時は、タ
ーンオフ時間が短く、負荷電流が大きい時はターンオフ
時間が長くなるのが一般的特性である。従って、電流駆
動型半導体素子を使用したインバータなどの電力変換装
置では、素子の最大電流をターンオフする時の最大ター
ンオフ時間を考慮して正負アームの各半導体素子へのオ
ンゲート供給禁止時間(デッドタイムと呼ばれる)を比
較的長く最大夕ーンオフ時間以上とることにより、正負
アームの短絡(直流短絡)を防止するようにしている。
As shown in FIG. 8, the turn-off characteristic of a current-driven semiconductor element, for example, a GTO, is as follows: when the load current of the element is small, the turn-off time is short and the load current is small. It is a general characteristic that the turn-off time becomes longer when is larger. Therefore, in a power converter such as an inverter using a current-driven semiconductor element, the on-gate supply inhibition time (dead time and dead time) to each semiconductor element of the positive and negative arms is considered in consideration of the maximum turn-off time when the maximum current of the element is turned off. ) Is taken longer than the maximum evening off time to prevent short-circuiting of the positive and negative arms (DC short-circuit).

【0005】一方、絶縁ゲート型半導体素子のような電
圧駆動型半導体素子のターンオフ特性は、図9に示すよ
うに、電流駆動型半導体素子の特性とは全く逆の特性、
即ち負荷電流が大きい時はターンオフ時間が短く、負荷
電流が小さい時はターンオフ時間が長くなる特性を有す
ることが実際に観測されている。
On the other hand, the turn-off characteristics of a voltage-driven semiconductor device such as an insulated gate semiconductor device are completely opposite to those of a current-driven semiconductor device, as shown in FIG.
That is, it is actually observed that the turn-off time is short when the load current is large, and the turn-off time is long when the load current is small.

【0006】この理由は、図10に示すように、ゲート
の容量は、コレクタ・エミッタ間電圧が小さい時(素子
がオンしている状態など)は、ゲート容量が大きく、コ
レクタ・エミッタ間電圧が大きい時は逆に小さくなる
(2桁も大きく変化)ために、負荷電流が微少な場合に
はコレクタ側からゲート容量への充電が遅くなるためで
ある。このため絶縁ゲート型半導体素子では、正負アー
ムの短絡(直流短絡)を防止するために、素子の微少電
流をターンオフする時のターンオフ時間を考慮して正負
アームのデッドタイムを長くするようにすれば良いが、
高速スイッチング特性を有する絶縁ゲート型半導体素子
の特徴を活かすことが出来なくなる。
The reason for this is that, as shown in FIG. 10, when the collector-emitter voltage is small (such as when the element is on), the gate capacitance is large, and the collector-emitter voltage is low. On the other hand, when the load current is very small, the charging from the collector side to the gate capacitor becomes slow when the load current is very small. Therefore, in the insulated gate type semiconductor device, in order to prevent a short circuit of the positive and negative arms (DC short circuit), the dead time of the positive and negative arms should be increased in consideration of the turn-off time when turning off a minute current of the device. Good but
The characteristics of the insulated gate semiconductor device having high-speed switching characteristics cannot be utilized.

【0007】PWMインバー夕装置等では、負荷電流を
極力正弦波に近づけるため、そのスイッチング周波数を
高くすることが望まれるが、前記デッドタイムの制約で
上限周波数が制限されてしまうことになる。
In a PWM inverter or the like, it is desirable to increase the switching frequency in order to make the load current as close to a sine wave as possible, but the upper limit frequency is limited by the dead time constraint.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】従来の電流駆動型半導
体素子では、最大負荷電流を遮断する時のターンオフ時
間を基に、変換装置の正負アームのデッドタイムを決定
しておけば軽負荷時にはターンオフ時間は短くなるので
問題なかったが、電圧駆動型半導体素子では最大遮断電
流時の夕一ンオフ時間で上記のデッドタイムを決める
と、微少電流時、特にインバータの回生モード運転時の
ダイオード還流モード(フリーホイールモード)時には
自己消弧型半導体素子には電流が流れていないので、タ
一ンオフ時間は負荷電流が流れている場合より長くな
り、デッドタイムが不足状態になる。
In a conventional current-driven semiconductor device, if the dead time of the positive and negative arms of the converter is determined based on the turn-off time when the maximum load current is cut off, the device turns off at light load. Although the time was short, there was no problem. However, in the voltage-driven semiconductor element, when the above-mentioned dead time was determined by the one-off time at the time of the maximum breaking current, the diode reflux mode at the minute current, especially during the regenerative mode operation of the inverter ( In the freewheel mode), no current flows through the self-extinguishing type semiconductor element, so that the turn-off time is longer than when the load current is flowing, and the dead time is insufficient.

【0009】デッドタイムが不足状熊になると、正負ア
ーム短絡(直流短絡)が発生して装置に過電流が流れ、
半導体素子を故障に至らしめることになり問題となる。
また、上記デッドタイムを常時長くしておくと、高周波
動作に制限が生じてしまうことになり、当該半導体素子
の高周波動作特性を活かした応用ができないという問題
が生じる。
If the dead time becomes insufficient, a short circuit between the positive and negative arms (DC short circuit) occurs, and an overcurrent flows through the device.
This causes a failure of the semiconductor element, which is a problem.
In addition, if the dead time is set to be always long, high-frequency operation will be limited, and there will be a problem that the semiconductor device cannot be applied utilizing the high-frequency operation characteristics.

【0010】従って、本発明は上記問題に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは半導体素子の高
周波動作を活かすことができ、零電流から定格負荷電流
まで安定に駆動する信頼性の高いゲート駆動方式を有す
る電力変換装置を提供することにある。
[0010] Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to make use of the high-frequency operation of a semiconductor device and to provide a reliable device capable of driving stably from zero current to a rated load current. An object of the present invention is to provide a power conversion device having a high gate driving method.

【0011】[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、請求項1記載の発明は、半導体素子毎に設けられ、
上記半導体素子に流れる電流を検出する素子電流検出器
と、この素子電流検出器の検出電流が所定値以上の場合
には、当該素子電流検出器が設けられた上記半導体素子
がターンオフ後、上記素子電流検出器の検出対象となっ
た半導体素子と対となる半導体素子ヘオンゲート信号を
供給するまでのデッドタイムを短く、上記素子電流検出
器の検出電流が所定値以下の場合には、当該素子電流検
出器が設けられた上記半導体素子がターンオフ後、上記
対となる半導体素子へオンゲート信号を供給するまでの
デッドタイムを長くするように制御する制御手段とを有
する。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is provided for each semiconductor element,
An element current detector for detecting a current flowing through the semiconductor element; and, when the detection current of the element current detector is equal to or more than a predetermined value, the semiconductor element provided with the element current detector is turned off, and then the element is turned off. The dead time for supplying the on-gate signal to the semiconductor element paired with the semiconductor element to be detected by the current detector is short, and when the detection current of the element current detector is equal to or less than a predetermined value, the element current detection is performed. Control means for controlling so as to lengthen a dead time from when the semiconductor element provided with the device is turned off to when an on-gate signal is supplied to the paired semiconductor elements.

【0012】また、請求項2記載の発明は、素子電流検
出器の出力信号により半導体素子に流れる電流の極性を
判別する極性判別手段を設け、ダイオードに電流が流れ
る場合には、対となる半導体素子へのオンゲート信号を
所定時間遅延させてデッドタイムを長くするように制御
する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a polarity discriminating means for discriminating a polarity of a current flowing through a semiconductor element based on an output signal of an element current detector. Control is performed so that the on-gate signal to the element is delayed for a predetermined time to extend the dead time.

【0013】また、請求項3記載の発明は、直流電源の
電流を検出する電源電流検出器を設け、この電源電流検
出器の検出電流が所定値以上の場合には、所定の半導体
素子がターンオフ後、上記所定の半導体素子と対となる
半導体素子ヘオンゲート信号を供給するまでのデッドタ
イムを短く、上記電源電流検出器の検出電流が所定値以
下の場合には、所定の半導体素子がターンオフ後、上記
所定の半導体素子と対となる半導体素子へオンゲート信
号を供給するまでのデッドタイムを長くするように制御
する。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a power supply current detector for detecting a current of a DC power supply, and when a detected current of the power supply current detector is equal to or more than a predetermined value, a predetermined semiconductor element is turned off. After that, the dead time until the on-gate signal is supplied to the semiconductor element paired with the predetermined semiconductor element is short, and when the detection current of the power supply current detector is equal to or less than a predetermined value, after the predetermined semiconductor element is turned off, Control is performed so as to increase the dead time until an on-gate signal is supplied to a semiconductor element that is paired with the predetermined semiconductor element.

【0014】更に、請求項4記載の発明は、電力変換装
置の交流出力部に交流出力検出器を設け、この交流出力
検出器での検出電流が所定値以上の場合には、所定の半
導体素子がターンオフ後、この所定の半導体素子と対と
なる半導体素子へオンゲート信号を供給するまでのデッ
ドタイムを短く、上記交流出力検出器での検出電流が所
定値以下の場合には、所定の半導体素子がターンオフ
後、この所定の半導体素子と対となる半導体素子へオン
ゲート信号を供給するまでのデッドタイムを長くするよ
うに制御する。
According to a fourth aspect of the present invention, an AC output detector is provided in an AC output section of the power converter, and when a current detected by the AC output detector is equal to or more than a predetermined value, a predetermined semiconductor device is provided. After the turn-off, the dead time until the supply of the on-gate signal to the semiconductor element paired with the predetermined semiconductor element is reduced, and when the detection current of the AC output detector is equal to or less than a predetermined value, the predetermined semiconductor element Is controlled so as to lengthen a dead time until an on-gate signal is supplied to a semiconductor element paired with the predetermined semiconductor element after turning off.

【0015】また更に、請求項5記載の発明は、半導体
素子のゲート負バイアス電圧の絶対値が所定値以上にな
ったことを検出する負バイアス電圧検出手段を設け、こ
の負バイアス電圧検出手段の出力信号と、上記負バイア
ス電圧検出手段の検出対象となった前記半導体素子と対
となる半導体素子のオンゲート指令との論理積により当
該対となる半導体素子にオンゲート信号を供給するよう
に制御する。
Still further, according to a fifth aspect of the present invention, there is provided negative bias voltage detecting means for detecting that the absolute value of the gate negative bias voltage of the semiconductor element has exceeded a predetermined value. A logical product of an output signal and an on-gate command of the semiconductor element paired with the semiconductor element to be detected by the negative bias voltage detection means is controlled to supply an on-gate signal to the paired semiconductor element.

【0016】また、請求項6記載の発明は、半導体素子
の負のゲー卜電流を検出するゲー卜電流検出手段を設
け、このゲー卜電流検出手段の出力信号と、上記ゲー卜
電流検出手段の検出対象となった上記半導体素子と対と
なる半導体素子のオンゲート指令との論理積により当該
対となる半導体素子にゲート信号を供給する。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a gate current detecting means for detecting a negative gate current of the semiconductor element, and an output signal of the gate current detecting means and an output signal of the gate current detecting means are provided. A gate signal is supplied to the paired semiconductor element by a logical product of the semiconductor element to be detected and an on-gate command of the paired semiconductor element.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて説明する。 (第1の実施の形態)本発明の第1の実施の形態を図1
及び図2に示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
And FIG.

【0018】図1に示したように、本実施の形態におけ
る電力変換装置の主回路は、直流電源1と、直列接続さ
れた絶縁ゲート型半導体素子(以下、素子という)11
〜14と、それぞれの素子11〜14に逆並列に接続さ
れたダイオード11a〜14aと、各絶縁ゲート型半導
体素子と逆並列に接続されたダイオードを1組(アーム
と呼ぶ)として、少なくとも2組み以上のアームを用い
て交流出力を得るように構成している。そして、電力変
換装置の制御回路は、各アーム毎に設けられた変流器2
1〜24と、各変流器の出力レベルあるいは極性を判別
するレべル判別回路31と、素子11〜14それぞれに
オンオフ信号を供給する制御回路として例えば電圧周波
数(V/F)制御回路32とデッドタイム制御回路33
と各半導体素子へゲートパルスを供給するゲートパルス
分配器34とゲート駆動回路35とから構成される。
As shown in FIG. 1, the main circuit of the power converter according to the present embodiment includes a DC power supply 1 and an insulated gate semiconductor element (hereinafter referred to as an element) 11 connected in series.
, 14, diodes 11 a to 14 a connected in anti-parallel to the respective elements 11 to 14, and at least two sets of diodes connected in anti-parallel to each insulated gate semiconductor element (referred to as an arm). The above-described arm is used to obtain an AC output. The control circuit of the power converter includes a current transformer 2 provided for each arm.
1 to 24, a level discriminating circuit 31 for discriminating the output level or polarity of each current transformer, and a voltage frequency (V / F) control circuit 32 as a control circuit for supplying an on / off signal to each of the elements 11 to 14 And dead time control circuit 33
And a gate pulse distributor 34 for supplying a gate pulse to each semiconductor element, and a gate drive circuit 35.

【0019】各アーム毎に設けられた変流器21〜24
の出力レベルを判別するレベル判別回路31の出力信号
により、デッドタイム制御回路33で設定するデッドタ
イムを切替えるようにする。即ち、アーム電流が所定値
より小さい場合には、デッドタイムを長くし、アーム電
流が所定値より大きい場合にはデッドタイムを小さくす
る。
Current transformers 21 to 24 provided for each arm
The dead time set by the dead time control circuit 33 is switched according to the output signal of the level judgment circuit 31 for judging the output level. That is, when the arm current is smaller than the predetermined value, the dead time is lengthened, and when the arm current is larger than the predetermined value, the dead time is shortened.

【0020】また、図2に示したように、レべル判別回
路31は、各アーム毎に設けられた変流器(図2中では
21)の二次側にフォトカプラPH1を2個逆極性に並
列に構成し、電流の+方向、一方向によりA,B信号を
得ることで判別できる。
As shown in FIG. 2, the level discriminating circuit 31 includes two photocouplers PH1 on the secondary side of a current transformer (21 in FIG. 2) provided for each arm. It can be determined by obtaining the A and B signals in parallel with the polarity and obtaining the A and B signals according to the + direction and one direction of the current.

【0021】(第2の実施の形態)次に、本発明の第2
の実施の形態を図3に示す。図3に示したように、本実
施の形態における電力変換装置は、直流電源1と、直列
接続された絶縁ゲート型半導体素子(以下、素子とい
う)11〜14と、それぞれの素子11〜14に逆並列
に接続されたダイオード11a〜14aと、各素子と逆
並列に接続されたダイオードを1アームとして、少なく
とも2組以上のアームを用いて交流出力を得るように構
成し、直流電流を検出する変流器25と、この変流器2
5の出力レベルを判別するレベル判別回路31と、上記
素子11〜14ぞれぞれにオンオフ信号を供給するV/
F制御回路32、デッドタイム制御回路33、ゲート分
配回路34、ゲート駆動回路35とから構成される。
Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described.
3 is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the power converter according to the present embodiment includes a DC power supply 1, insulated gate semiconductor elements (hereinafter, referred to as elements) 11 to 14 connected in series, and respective elements 11 to 14. With the diodes 11a to 14a connected in anti-parallel and the diodes connected in anti-parallel to each element as one arm, at least two or more sets of arms are used to obtain an AC output, and a DC current is detected. The current transformer 25 and the current transformer 2
5 and a V / V which supplies an on / off signal to each of the elements 11 to 14 described above.
It comprises an F control circuit 32, a dead time control circuit 33, a gate distribution circuit 34, and a gate drive circuit 35.

【0022】直流電流を検出するために設けられた変流
器25の出力レベルを判別するレベル判別回路31の出
力信号により、ゲート制御回路内で設定するデッドタイ
ムを切替えるようにする。即ち、直流電流が所定値より
小さい場合には、デッドタイムを長く制御し、直流電流
が所定値より大きい場合には、デッドタイムを小さく制
御するようにしたものである。
The dead time set in the gate control circuit is switched according to the output signal of the level determination circuit 31 for determining the output level of the current transformer 25 provided for detecting the DC current. That is, when the DC current is smaller than the predetermined value, the dead time is controlled to be long, and when the DC current is larger than the predetermined value, the dead time is controlled to be small.

【0023】(第3の実施の形態)次に、本発明の第3
の実施の形態を図4に示す。図4において、図1及び図
3と同一符号は、同一要素を示すものであり、相違点は
交流出力ラインに変流器26を設けたことである。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 4 shows an embodiment of the present invention. 4, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 3 indicate the same elements, and the difference is that a current transformer 26 is provided on the AC output line.

【0024】交流出力電流を検出するために設けられた
変流器26の出力レベルを判別するレベル判別回路31
の出力信号により、デッドタイム制御回路33内で設定
するデッドタイムを切替えるようにする。即ち、直流電
流が所定値より小さい場台には、デッドタイムを長く制
御し、直流電流が所定値より大きい場合には、デッドタ
イムを小さく制御するようにしたものである。
A level discriminating circuit 31 for discriminating the output level of the current transformer 26 provided for detecting the AC output current.
, The dead time set in the dead time control circuit 33 is switched. That is, when the DC current is smaller than the predetermined value, the dead time is controlled to be long, and when the DC current is larger than the predetermined value, the dead time is controlled to be small.

【0025】(第4の実施の形態)次に、本発明の第4
の実施の形態を図5に示す。図5において、図1及び図
3と同一符号は、同一要素を示すものであり、変換装置
の2アーム分のみを示している。
(Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
5 is shown in FIG. 5, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 3 indicate the same elements, and indicate only two arms of the conversion device.

【0026】図5では、素子11,12のゲート・エミ
ッタ間の負バイアスを検出する手段として、光発光素子
(例えば、フォトカプラなど)40を設け、素子11,
12が実際にターンオフしたことを光検出信号にて判断
する。その信号X,Yと対アームのゲート信号A,Bと
の論理積を得る論理積回路AND1,AND2及び増幅
器AMP1,AMP2を介して対アームの素子11,1
2へゲート信号GA,GBを供給する。
In FIG. 5, a light emitting element (for example, a photocoupler) 40 is provided as means for detecting a negative bias between the gate and the emitter of the elements 11 and 12.
It is determined from the light detection signal that the LED 12 has actually turned off. The elements 11, 1 of the paired arm via AND circuits AND1, AND2 and amplifiers AMP1, AMP2 for obtaining the logical product of the signals X, Y and the gate signals A, B of the paired arm.
2 are supplied with gate signals GA and GB.

【0027】図6は、素子のターンオフ時のコレクタ電
圧VCEとコレクタ電流IC及びゲート・エミッタ間電
圧VGEを表わしたものである。比較的大きい電流を遮
断する場合は、実線の波形のようにゲート信号を供給す
ると一度ミラー電圧が現れ、その後、直ちに負バイアス
電圧になる。一方、微少電流を遮断する場合は点線のよ
うに緩やかな波形になり2倍以上のターンオフタイムに
なることが判明している。
FIG. 6 shows the collector voltage VCE, the collector current IC and the gate-emitter voltage VGE when the device is turned off. In order to cut off a relatively large current, a mirror voltage appears once when a gate signal is supplied as shown by a solid line waveform, and immediately thereafter becomes a negative bias voltage. On the other hand, it has been found that when a minute current is cut off, the waveform becomes gentle as shown by a dotted line, and the turn-off time is twice or more.

【0028】図5において、素子がターンオフして電流
がゼロになると、図6に示すように、ゲート・エミッタ
間には負バイアス電圧が発生するので、その電圧により
光発光素子40に電流が流れる。これにより、素子がタ
ーンオフしたことを検出し、絶縁された信号を対となる
素子のオンゲート指令との論理積を組みゲート信号を出
力するように構成することにより、正負アームの同時オ
ンを防止できるので、素子のターンオフタイムが変化し
ても直流短絡の発生を防止できる。
In FIG. 5, when the element is turned off and the current becomes zero, a negative bias voltage is generated between the gate and the emitter as shown in FIG. 6, and the voltage causes a current to flow through the light emitting element 40. . Thus, by detecting that the element has been turned off and combining the insulated signal with the on-gate command of the paired element and outputting the gate signal, simultaneous turning on of the positive and negative arms can be prevented. Therefore, even if the turn-off time of the element changes, occurrence of a DC short circuit can be prevented.

【0029】(第5の実施の形態)本発明の第5の実施
の形態を図7に示す。図7において、図5と同一符号は
同一要素を示すもので、素子のターンオフ時の負のゲー
ト電流を検出する電流検出器50を設け、その信号で動
作させるフリップフロップ51を設けたものである。
(Fifth Embodiment) FIG. 7 shows a fifth embodiment of the present invention. In FIG. 7, the same reference numerals as those in FIG. 5 denote the same elements, in which a current detector 50 for detecting a negative gate current when the element is turned off is provided, and a flip-flop 51 operated by the signal is provided. .

【0030】電流検出器50の出力信号をレベル変換し
てオフゲート電流が流れている間は、対となる上記素子
へオンゲート信号を出さないように電流検出器50の正
のゲート電流(ターンオン)でフリップフロップ51を
リセットし、負のゲート電流でフリップフロップ51を
セットさせて、その出力信号aを対アームのゲート信号
と論理積を組みゲート信号を出力するように論理積回路
AND1,増幅器AMP7,抵抗R7により構成されて
いる。電流検出器50の出力信号を使用して、上述した
第4の実施の形態の動作と同様に、作用して正負アーム
の同時オンを防止できるので、素子のターンオフタイム
が変化しても直流短絡の発生を防止できる。
While an output signal of the current detector 50 is level-converted and an off-gate current is flowing, a positive gate current (turn-on) of the current detector 50 is used so as not to output an on-gate signal to the paired elements. The flip-flop 51 is reset, the flip-flop 51 is set with a negative gate current, and its output signal a is ANDed with the gate signal of the other arm to output a gate signal so as to output a gate signal. It is constituted by a resistor R7. By using the output signal of the current detector 50 and acting in the same manner as the operation of the fourth embodiment described above, it is possible to prevent the positive and negative arms from being simultaneously turned on. Can be prevented.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、半
導体素子の特有のターンオフ特性、即ち電流が大きい時
はターンオフ時間が短く、負荷電流が小さい時はターン
オフ時間が長くなる特性を有していても、半導体素子に
流れる電流やその極性を検出する手段を設け、その結果
所定電流値より小さい時は変換装置の正負アームのデッ
ドタイムを長くするように、また、素子電流が所定値よ
り大きい時は上記デッドタイムを小さくするように制御
することにより、半導体素子の高周波動作を活かすこと
ができ、零電流から定格負荷電流まで安定に駆動する信
頼性の高いゲート駆動方式を有する電力変換装置を提供
することができる。
As described above, according to the present invention, the semiconductor device has a characteristic turn-off characteristic, that is, the turn-off time is short when the current is large and the turn-off time is long when the load current is small. Means for detecting the current flowing in the semiconductor element and its polarity, so that when the current value is smaller than the predetermined current value, the dead time of the positive and negative arms of the converter is extended, and the element current is set to the predetermined value. When it is larger, by controlling the dead time to be smaller, the high frequency operation of the semiconductor element can be utilized, and a power conversion system having a highly reliable gate drive system that can drive stably from zero current to the rated load current. An apparatus can be provided.

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

【図1】 本発明の第1の実施の形態を示す概要構成
図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】 図1に示した第1の実施の形態のレべル判
別回路を示す回路図。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a level determining circuit according to the first embodiment shown in FIG. 1;

【図3】 本発明の第2の実施の形態を示す構成図。FIG. 3 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の第3の実施の形態を示す構成図。FIG. 4 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の第4の実施の形態を示す構成図。FIG. 5 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図6】 図5に示した半導体素子の動作を示す図。FIG. 6 is a diagram showing an operation of the semiconductor element shown in FIG.

【図7】 本発明の第5の実施の形態を示す構成図。FIG. 7 is a configuration diagram showing a fifth embodiment of the present invention.

【図8】 GTOのターンオフ特性を示す図。FIG. 8 is a diagram showing turn-off characteristics of a GTO.

【図9】 電圧駆動型半導体素子のターンオフ特性を
示す図
FIG. 9 is a diagram showing turn-off characteristics of a voltage-driven semiconductor device.

【図10】 図9に示した電圧駆動型半導体素子のキャ
パシタンスと電圧の説明図。
10 is an explanatory diagram of capacitance and voltage of the voltage-driven semiconductor device shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……直流電源 11〜14…… 半導体素子 11a〜14a……フリーホイールダイオード 21〜26……変流器 31……レベル判別回路 32……電圧/周波数(V/F)制御回路 33……デッドタイム制御回路 34……ゲートパルス分配器 35……ゲート駆動回路 40……フォトカプラ 50……電流検出器 51……フリップフロップ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... DC power supply 11-14 ... Semiconductor element 11a-14a ... Freewheel diode 21-26 ... Current transformer 31 ... Level discrimination circuit 32 ... Voltage / frequency (V / F) control circuit 33 ... Dead time control circuit 34 Gate pulse distributor 35 Gate drive circuit 40 Photocoupler 50 Current detector 51 Flip-flop

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体素子とこの半導体素子に逆並列
接続されたダイオードとを複数直列接続された直列体
と、この直列体を複数組接続された直流電源と、前記半
導体素子を直列に接続した接続点から交流電力を得るよ
うに構成された電力変換装置において、 前記半導体素子毎に設けられ、前記半導体素子に流れる
電流を検出する素子電流検出器と、 この素子電流検出器の検出電流が所定値以上の場合に
は、当該素子電流検出器が設けられた前記半導体素子が
ターンオフ後、この素子電流検出器が設けられた半導体
素子と対となる半導体素子ヘオンゲート信号を供給する
までのデッドタイムを短く、前記素子電流検出器の検出
電流が所定値以下の場合には、前記素子電流検出器が設
けられた半導体素子がターンオフ後、前記対となる半導
体素子へオンゲート信号を供給するまでのデッドタイム
を長くするように制御する制御手段とを具備したことを
特徴とする電力変換装置。
1. A series body in which a plurality of semiconductor elements and a diode connected in anti-parallel to the semiconductor element are connected in series, a DC power supply in which a plurality of sets of the series bodies are connected, and the semiconductor element are connected in series. In a power converter configured to obtain AC power from a connection point, an element current detector provided for each of the semiconductor elements and configured to detect a current flowing through the semiconductor element, wherein a detection current of the element current detector is a predetermined value If the value is equal to or greater than the value, the dead time from when the semiconductor element provided with the element current detector is turned off to when the semiconductor element provided with the element current detector is supplied to the semiconductor element paired with the semiconductor element provided with the element current detector is supplied with a dead time. Short, when the detection current of the element current detector is equal to or smaller than a predetermined value, the semiconductor element provided with the element current detector is turned off, and then the semiconductor element forming the pair is turned off. Power conversion device is characterized in that and a control means for controlling so as to increase the dead time until the supply ON gate signal to.
【請求項2】 前記素子電流検出器の出力信号により
前記半導体素子に流れる電流の極性を判別する極性判別
手段と、 この極性判別手段の判別結果に基づき、前記対となる半
導体素子へのオンゲート信号を所定時間遅延させてデッ
ドタイムを長くするように制御する制御手段とを具備し
たことを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。
2. A polarity discriminating means for discriminating a polarity of a current flowing through the semiconductor element based on an output signal of the element current detector, and an on-gate signal to the paired semiconductor element based on a discrimination result of the polarity discriminating means. 2. A power conversion apparatus according to claim 1, further comprising control means for delaying a predetermined time to extend the dead time.
【請求項3】 前記直流電源の電流を検出する電源電
流検出器と、 この電源電流検出器の検出電流が所定値以上の場合に
は、所定の半導体素子がターンオフ後、この所定の半導
体素子と対となる半導体素子ヘオンゲート信号を供給す
るまでのデッドタイムを短く、前記電源電流検出器の検
出電流が所定値以下の場合には、前記所定の半導体素子
がターンオフ後、前記対となる半導体素子へオンゲート
信号を供給するまでのデッドタイムを長くするように制
御する制御手段とを具備したことを特徴とする請求項1
記載の電力変換装置。
3. A power supply current detector for detecting a current of the DC power supply, and when the detected current of the power supply current detector is equal to or more than a predetermined value, the predetermined semiconductor element is turned off and then turned on. The dead time until the on-gate signal is supplied to the paired semiconductor element is short, and when the detection current of the power supply current detector is equal to or less than a predetermined value, the predetermined semiconductor element is turned off, and then the paired semiconductor element is turned off. 2. A control means for controlling so as to extend a dead time until an on-gate signal is supplied.
The power converter according to any one of the preceding claims.
【請求項4】 前記電力変換装置の交流出力部に交流
出力検出器と、 この交流出力検出器での検出電流が所定値以上の場合に
は、所定の半導体素子がターンオフ後、この所定の半導
体素子と対となる半導体素子へオンゲート信号を供給す
るまでのデッドタイムを短く、前記交流出力検出器での
検出電流が所定値以下の場合には、所定の半導体素子が
ターンオフ後、この所定の半導体素子と対となる半導体
素子へオンゲート信号を供給するまでのデッドタイムを
長くするように制御する制御手段とを具備したことを特
徴とする請求項1記載の電力変換装置。
4. An AC output detector in an AC output section of the power converter, and, when a current detected by the AC output detector is equal to or more than a predetermined value, after the predetermined semiconductor element is turned off, the predetermined semiconductor is turned off. The dead time until the on-gate signal is supplied to the semiconductor element to be paired with the element is short, and when the current detected by the AC output detector is equal to or less than a predetermined value, after the predetermined semiconductor element is turned off, the predetermined semiconductor 2. The power conversion device according to claim 1, further comprising control means for controlling so as to increase a dead time until an on-gate signal is supplied to a semiconductor device to be paired with the device.
【請求項5】 前記半導体素子のゲート負バイアス電
圧の絶対値が所定値以上になったことを検出する負バイ
アス電圧検出手段と、 この負バイアス電圧検出手段の出力信号と、前記負バイ
アス電圧検出手段の検出対象となった前記半導体素子と
対となる半導体素子のオンゲート指令との論理積により
前記対となる半導体素子にオンゲート信号を供給するよ
うに制御する制御手段とを具備したことを特徴とする請
求項1記載の電力変換装置。
5. A negative bias voltage detecting means for detecting that an absolute value of a gate negative bias voltage of the semiconductor element has become equal to or more than a predetermined value; an output signal of the negative bias voltage detecting means; Control means for controlling the semiconductor element to be detected by the means to supply an on-gate signal to the paired semiconductor element by a logical product of an on-gate command of the semiconductor element to be paired with the semiconductor element. The power converter according to claim 1.
【請求項6】 前記半導体素子の負のゲー卜電流を検
出するゲー卜電流検出手段と、 このゲー卜電流検出手段の出力信号と、前記ゲー卜電流
検出手段の検出対象となった前記半導体素子と対となる
半導体素子のオンゲート指令との論理積により前記対と
なる半導体素子にゲート信号を供給する制御手段とを具
備したことを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。
6. A gate current detecting means for detecting a negative gate current of the semiconductor element, an output signal of the gate current detecting means, and the semiconductor element detected by the gate current detecting means. 2. The power conversion device according to claim 1, further comprising control means for supplying a gate signal to the paired semiconductor device by a logical product of the on-gate command of the paired semiconductor device and an on-gate command of the paired semiconductor device.
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