JPS6118368A - 電力変換装置の保護装置 - Google Patents

電力変換装置の保護装置

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JPS6118368A
JPS6118368A JP59139338A JP13933884A JPS6118368A JP S6118368 A JPS6118368 A JP S6118368A JP 59139338 A JP59139338 A JP 59139338A JP 13933884 A JP13933884 A JP 13933884A JP S6118368 A JPS6118368 A JP S6118368A
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JP
Japan
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transistor
current
power conversion
collector
overcurrent
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Application number
JP59139338A
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English (en)
Inventor
Chihiro Okatsuchi
千尋 岡土
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
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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Publication of JPS6118368A publication Critical patent/JPS6118368A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は電力変換装置の保護装置、特にIGTを用いた
電力変換装置の保護装置に関する。
〔発明の技術的行貸〕
直流−直流または直流−交流の電力変換装置としてI 
G T (In5ulated Gate Trans
istor )を用いた型のものが従来から使われてい
る。このIGTという半導体素子については、”App
liCa口0nof 1nsulated gate 
transistors ”  (FactoryEl
ectronics 1983 )に詳細に説明されて
いるので、ここでは簡単な説明だけにとどめる。第8図
にIGTの回路図を示す。コレクタCとエミッタEとの
間に電圧V。、を印加するとコレクタ電流Ioが流れる
が、この電流I。はゲー1〜Gの印加電圧によって制御
される。第9図にIGTの安全動作領域を示す。コレク
タ−エミッタ間電圧■。Eとコレクタ電流I。との関係
において、斜線を施した領域Aで動作させている限りは
、ゲート電圧を零にすることにより、電流I。を零にす
ることができる。即ち、領域Aは安全動作領域である。
しかし、電流I が許容値I。HAXを超えた場合、ゲ
ート電圧を零にしても、ラッチング現象により電流■。
を零にすることができなくなる。そ′れだけではなく、
素子内の電流密度が高まり素子自身を劣化させる原因と
もなる。即ち、領域Bは危険動作領域である。従ってI
GTを電力変換装置に用いる場合、常に安全動作領域A
で使用するようにしなければならない。このため、事故
が発生した場合、電流I が許容値I  を超える前に
CCM八へ TGTをオフざじるような保護回路が通常設けられてい
る。
このような保護回路を設けた従来の電力変換装置の一例
を第10図に示す。この装置では、直流電源1と直列に
電流変化を抑制するためのりアクドル2が設けられ、更
にこのリアクトル2と並列にザージ電圧防止用のダイオ
ード3が設けられている。直流電源1のミノ〕はりアク
ドル2とダイオード3とを介してインバータブリッジ4
に与えられる。インバータブリッジ4は、IGT41〜
46とダイオード51〜56とから成り、直流電力を直
流または交流電力に変換する機能を果たす。
直流電源1から供給される電流Iは電流検出器5によっ
て検出され、この検出信号はレベル検出器6に与えられ
る。レベル検出器6は、電流Iが許容値以下であれば論
理” 1 ”を、許容値を超えると論理″゛0″を、そ
れぞれ信号aとして出力し、ANDゲート8に与える。
一方インバータブリッジ4を制御するための制御回路7
からの制御信号すもANDゲート8に与えられ、AND
ゲート8は信号aおよびbの論理和を信号Cとして駆動
回路9に与える。駆動回路9はこの信号Cに応じてIG
T41〜46のゲートに電圧を供給し、10丁を制御す
る。
この電力変換装置に事故が起こり、例えば運転中のイン
バータブリッジ4の負荷側が時刻t1において短絡した
と仮定すると、直流電流Iはリアクトル2の作用により
第11図(a)に示すようにほぼ直線的に増加する。電
流Iが許容値11以下のときは、レベル検出器6の出力
信号aは1″どなるが、許容値11を超えると信号aは
0″となる。従って電流Iが許容値11となった時刻t
2において信号aは“1″から“0″に変化する。この
ためANDゲート8の出力信号Cは制御回路7の出力信
号すの値に関係なく ” o ”となり、駆動回路9は
IGT41〜46をオフにする。直流電流Iは時刻t2
より少し遅れた時刻t3がら減少しはじめ、時刻し。に
おいて完全に零となる。
以上のようにして事故時にIGTに過電流が流れるのが
防止される。
〔背景技術の問題点〕
上述の装置では、レベル検出器6が過電流を検出してか
ら実際に電流Iが減少するまでの間に遅れ時間13−1
2が生じるため、リアクトル2のインダクタンスを大き
くする必要がある。例えば許容値■1を50A、直流電
源1の電圧を360V、遅れ時間t3’−12を、制御
回路やノイズ防止のためのフィルタの時定数を考緻して
15μSと仮定する。また、IGTの定格電流を25A
、ラッチング電流を75Δどする。この場合、時刻t2
〜t3の間(15μs)の電流増加分を25[A/μS
]としなければならない。ここでOT、       
                         
  ン b即ち、L≧216[μH]を満足させる必要
がある。より安全・性を確保するためにはりアクドル2
にはインダクタンスが300μH程度のものを用いる必
要があり、しかも75Aまで飽和しないものが必要とな
る。このような条件を満たずリアクトルは鉄芯を用いた
かなり大きなものとなり、また、かなり重いものとなる
ため、小型の電力変換装置を構成する場合、大ぎな欠点
となる。
〔発明の目的〕
そこで本発明はIGTを用いた電力変換装置のための小
型で軽量な保護装置を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明の特徴は、1.GT半導体素子を有する電力変換
装置のための保護装置において、電力供給線上にトラン
ジスタを設け、事故時の過電流をこのトランジスタのコ
レクタ−エミッタ間電圧の増加として検出し、IGT半
導体素子をオフさせるようにし、リアクトルを用いない
小型軽量な装置で保護機能を果たせるようにした点にあ
る。
〔発明の実施例〕
以下本発明を図示する実施例に基づいて詳述する。第1
図は本発明の−・実施例の回路図で、第10図と同−椙
成娶累については同−符とを(=t L説明を省略す゛
る。、電源1とインバータブリッジ4との間にはトラン
ジスタ1oおよびダイオード11が並列に設(プられて
いる。トランジスタ1゜のベースには電源12がら抵抗
13を介してベース電流IBが供給される。レベル検出
器6′はトランジスタ10のコレクタ−エミッタ間電圧
V。Eを検出し、この検出値に応じて信号aを出力し、
これをANDグー1−8に与える。レベル検出器6′の
出力する信号aは、正常運転時にはIt 11+である
が、事故時、即ち過電流を検出した時には“○″となる
。ANDゲート8J′3よび駆動回路9の動作について
は前述の従来装置と同様であり、説明を省略する。  
: 次にレベル検出器6′の動作原理について説明する。第
2図はトランジスタ1oのコレクタ電流■ とコレクタ
−エミッタ間電圧V。、との関係を示すグラフである。
ベース電圧を■、とした場合、コレクタ電流1 が臨界
値■。を超えるとコレクタ−エミッタ間電圧■。、は急
激に増大し、コレクタ電流■ は飽和電流値I8に達し
一定となる。
に の飽和電流値■8がIGTのラッチング電流以下になる
ように適当にパラメータを設定してやれば、事故時の過
電流、即ちコレクタ電流■。の増大は、コレクタ−エミ
ッタ間電圧V。[の急激な増大として現われるので、こ
れをレベル検出器6′で検出してIGTをオフにすれば
ラップング現象を防ぐことができる。
一般にコレクタ電流I。に対する1−ランジスタの増幅
率hFEは第3図に示すような特性をもら、コレクタ電
流I が最大定格値I)IAXを超えるあたりから増幅
率り、[は急激に減少する。このため第2図に示すよう
にベース電流IBを218゜31 .41  としても
飽和電流I8は2倍、3B 倍、4倍とはならない。従って飽和電流I8の値  1
は主としてトランジスタ固有の特性値によって沙  1
定され、ベース電流IBの影響は支配的ではない。
本実施例の保護機能のタイムダイヤグラムを第4図に示
ず。い:L、]Ll刻t1において事故が発生1、イン
バータブリッジ4の負荷側が短絡したと仮定すると、コ
レクタ電流I。は第4図(a)のように増加する。この
■。の値が時刻t2にJ5いて臨界値I を超えると第
2図で示したように電へ 圧V。1は急激に増加りる(第4図(b))。レベル検
出器6′はこの電圧V。Eの変化を検出し、出力信号a
の値を1”がら0″に変える。このためANDグー1〜
8の出ツノ信号Cは制御回路7の出力信号すの値に関係
なく ” o ”となり、駆動回路9はIGT41〜・
46をオフにする。これによリコレクタ電流I。は時刻
t3がら減少しはじめ、時刻1° にd3いて完全に零
となる。以上のJ:うにして事故時にIGI−に過電流
が流れるのが防止される。
第10図に示した従来の装置では、電流Iを電流検出器
5によって検出しているため、検出電圧は数百7yLV
程度となり、ノイズの影響を受けやすかった。このため
検出信号はフィルタを介してレベル検出器6に与えられ
、この段階でフィルタの時定数による遅れ時間が10μ
s程度発生していた。本実施例では検出電圧となるVC
Eは直流電源1の電圧の /2程度、即ち数百Vのオー
ダどなり、ノイズの影響は全くなく、フィルタが不要と
なる。このため検出時間は約1μsと従来装置に比べ 
/1oPi!度となり、過電流を検出してから実際にコ
レクタ電流が減少するまでの遅れh間t312が従来装
置よりかなり短くなる。また、i〜ランジスタ10に飽
和電流■8を流す場合、一般に5〜30μs以内であれ
ばトランジスタに悪影響を与えないことが知られている
。従って本実施例ではトランジスター0についての安全
性も十分確保されている。
第5図〜第7図に本発明の別な実施例を示す。
第、5図に示す実施例は、トランジスター0のベース電
流を直流電源1から供給したものである。これによりト
ランジスター0のための専用電源は不要となる。第6図
に示す実施例は、トランジスタ10を2個直列に設けた
もので、1つのトランジスタにかかる電圧を少なくでき
、直流電源1の電圧が高い場合に用いられる。この場合
、各トランジスタの分担する電圧比(よ、1−ランジン
タの特性の差によっである程度変化するが、実験によれ
ばR高でもlI:6’F1度の比にどどまる。直流電I
TJii 1の電圧が更に高い場合は、トランジスタの
数を更に増やせばよい。第7図に示す実施例は直流電源
1の正負両側にそれぞれトランジスタ10を設りたもの
で、各トランジスタ10およびダイオード11はそれぞ
れ逆方向に接続される。また、直流電源1の中間地点が
設置されている。この実施例ではインバータブリッジ4
の負荷側に短絡事故が生じた場合、事故電流は正側か負
側かのどららかのトランジスタを必ず通るので、より安
全性の高い保護を行なうことができる。
〔発明の効果〕
以上のとおり本発明によれば、電力変換装置の過電流を
トランジスタにより検出するようにしたため、リアク1
〜ルを用いる必要がなくなり、保護装置を小型軽量化す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の回路構成図、第2図および
第3図は該実施例に用いたトランジスタの特性曲線、第
4図は該実施例の機能を説明するためのタイムダイヤグ
ラム、第5図乃至第7図は本発明の別な実施例の回路構
成図、第8図はIGT素子の回路図、第9図はIGT素
子の動作説明図、第10図は従来の電力変換装置の保護
回路を示す回路構成図、第11図は該回路の機能を説明
づるためのタイムダイヤグラムである。 1・・・直流電源、2・・・リアクトル、3・・・ダイ
オード、4・・・インバータブリッジ、5・・・電流検
出器、6・・・レベル検出器、8・・・ANDゲート、
9・・・駆動回路、10・・・トランジスタ、11・・
・ダイオード、12・・・直流電源、13・・・抵抗。 鳥1図 7ノ′ 第2図 1・I5  コυクタ電;屁IC 第3図 コレゲタ電;1trc 第4図 1・1・1山  分つ 第8図 CE 第10図 第11図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、IGT半導体素子を有するインバータブリッジと、
    このインバータブリッジを駆動するための直流電源と、
    をそなえた電力変換装置、のための保護装置であって、 前記直流電源と前記インバータブリッジとの間にコレク
    タ−エミッタが直列に挿入されたトランジスタと、この
    トランジスタに並列接続されたダイオードと、前記トラ
    ンジスタのコレクタ−エミッタ間電圧を検出し、この検
    出電圧が所定値以上であった場合に停止信号を出力する
    レベル検出器と、このレベル検出器に接続され、前記停
    止信号が与えられたときに前記IGT半導体素子をオフ
    にする制御を行なう制御装置と、をそなえることを特徴
    とする電力変換装置の保護装置。 2、トランジスタが複数個直列接続されていることを特
    徴する特許請求の範囲第1項記載の電力変換装置の保護
    装置。 3、トランジスタが、直流電源の正側と負側にそれぞれ
    設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の電力変換装置の保護装置。 4、トランジスタのベースに電流を供給するためのトラ
    ンジスタ用電源をそなえることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項乃至第3項記載の電力変換装置の保護装置。 5、インバータブリッジを駆動するための直流電源によ
    って、トランジスタのベースに電流を供給することを特
    徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3項記載の電力変
    換装置の保護装置。
JP59139338A 1984-07-05 1984-07-05 電力変換装置の保護装置 Pending JPS6118368A (ja)

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JPS6118368A true JPS6118368A (ja) 1986-01-27

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JP (1) JPS6118368A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0354435A2 (en) * 1988-08-12 1990-02-14 Hitachi, Ltd. A drive circuit for an insulated gate transistor; and its use in a switching circuit, a current switching apparatus and an induction motor system
JPH02119395U (ja) * 1989-03-13 1990-09-26

Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0354435A2 (en) * 1988-08-12 1990-02-14 Hitachi, Ltd. A drive circuit for an insulated gate transistor; and its use in a switching circuit, a current switching apparatus and an induction motor system
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