JPS63105521A - Drive control method for electrostatic induction type self-extinction element - Google Patents

Drive control method for electrostatic induction type self-extinction element

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JPS63105521A
JPS63105521A JP24957586A JP24957586A JPS63105521A JP S63105521 A JPS63105521 A JP S63105521A JP 24957586 A JP24957586 A JP 24957586A JP 24957586 A JP24957586 A JP 24957586A JP S63105521 A JPS63105521 A JP S63105521A
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JP
Japan
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igbt
voltage
transistor
resistor
turned
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Application number
JP24957586A
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Japanese (ja)
Inventor
Chihiro Okatsuchi
千尋 岡土
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0828Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in composite switches

Abstract

PURPOSE:To widen the stable operating region by applying high speed switching at the normal operating range and turning off the current of the extinction element in the overcurrent state slowly. CONSTITUTION:With a drive signal VS for the extinction element (IGBT) 3 given as an ON-signal, the circuit is brought into the fast leading mode by a Zener diode 12, a capacitor 13, a resistor 14, an operational amplifier 31, a transistor (TR) 6 and a resistor 8. When the drive signal VS is given as an OFF-signal, the rate of change in the gate voltage of the IGBT is devised to be varied depending whether a TR 15 is turned on or off through the use of the electric charge in the capacitor 13. If the IGBT3 reaches an overcurrent and the collector voltage reaches a voltage decided by a Zener diode 32, a TR 24 is turned on and a TR 15 is turned off. When the drive signal VS is zero in this state, the discharge of the capacitor 31 is advanced rapidly up to the voltage of the diode 12 and then slows down, the trailing of the gate voltage of the IGBT slows down and the safe operation region of the IGBT is expanded. Moreover, in case of the normal operation, the gate voltage of the IGBT having a higher rate of rise in the leading is selected and the IGBT is turned off quickly.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、安全に駆動できるように駆動回路を改良した
静電誘導形自己消弧素子のyJA動制御方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a yJA motion control method for an electrostatic induction type self-extinguishing element whose drive circuit is improved so that it can be driven safely.

(従来の技術) 直流−交流または直流−交流の電力交換装百として静電
誘導形自己消弧素子を用いたものが知られている。この
静電誘導形自己消弧素子としては、IGBT(Insu
laed Bats bj、polar transi
stor)やFIETがある。
(Prior Art) A device using an electrostatic induction type self-extinguishing element is known as a DC-AC or DC-AC power exchange device. As this electrostatic induction type self-extinguishing element, IGBT (Insu
laed bats bj, polar transi
stor) and FIET.

GE社の商品名IGOT(Insulaed gate
 trans、tstor)はよく知られており、例え
ば”Application ofInsulated
 Gate Transis tors”  (Fac
tory Elecrtonics 1983)に詳し
く紹介されている。第6図に該文献ら記載された典型的
なGE社の品番1)!114 FQl(18A、400
V)およびFRI(18A、500V) ニツイて、ゲ
ート電圧VO已、コレクタ電圧VC[!およびコレクタ
電流Icの相関関係を示している。第6図によれば、静
誘導形自己消弧素子はゲート電圧■。I!が低い範囲で
はトランジスタに近い定電流特性を示す一方で、ゲート
電圧VOBが高くなるとサイリスタに近い低い電圧降下
を示す、トランジスタとサイリスタの中間的特性を有し
ていることがわかる。
GE's product name IGOT (Insulated gate)
trans, tstor) are well known, for example “Application of Insulated
Gate Transis tors” (Fac
tory Electronics 1983). Typical GE product number 1) described in the literature in Figure 6! 114 FQl (18A, 400
V) and FRI (18A, 500V), gate voltage VO, collector voltage VC[! and the correlation between the collector current Ic and the collector current Ic. According to FIG. 6, the static induction type self-extinguishing element has a gate voltage of ■. I! It can be seen that in the range where VOB is low, it exhibits constant current characteristics similar to those of a transistor, while as the gate voltage VOB increases, it exhibits a low voltage drop similar to that of a thyristor, indicating that it has characteristics intermediate between a transistor and a thyristor.

また、第7図は第6図に示した静電誘導層自己消弧素子
(以下IGBTと呼ぶ)の安全動作領域(SOA)を示
すもので、例えばゲート、エミッタ間抵抗RQI!が5
にΩの場合には、20A以下のコレクタ電流に制限すれ
ば常に安全に運転できることを示している。しかし、定
格最大電流以上の電流をターンオフしようとすると、い
わゆるラッチアップが生じ、ゲート電圧vanをOにし
てもコレクタ電流Icを0にできなくなる上、素子内の
電流密度が高まって素子の劣化が生じる。したがって、
IGBTの駆動にあたっては安全動作領域を越えた使を
避けることが必要である。
Further, FIG. 7 shows the safe operating area (SOA) of the electrostatic induction layer self-extinguishing device (hereinafter referred to as IGBT) shown in FIG. 6, for example, the gate-to-emitter resistance RQI! is 5
In the case of Ω, it is shown that safe operation can always be achieved by limiting the collector current to 20 A or less. However, if you try to turn off a current higher than the rated maximum current, so-called latch-up occurs, and even if the gate voltage van is set to 0, the collector current Ic cannot be reduced to 0, and the current density inside the device increases, causing device deterioration. arise. therefore,
When driving an IGBT, it is necessary to avoid using it beyond its safe operating range.

第7図から明らかなようにエミッタ間抵抗R6■をlk
Ωにすると、安全動作領域(SOA)は更に狭く、コレ
クタ電流はIOA以下で使用しなくてはならない、この
ようにエミッタ間抵抗R(’JEを低くすることは、 
IGBTのゲート電圧VORガゲートのコンデンサ分と
エミッタ間抵抗RaEの時定数で決まる割合で低下する
ので、ゲート電圧VOI!の立下り時間を早くするとタ
ーンオフ出来る電流は減少する。逆に云えば、大電流を
しゃ断するにはゲート電圧■oI!の立下り変化率をゆ
るやかにすれば有効であることが推測される。
As is clear from Fig. 7, the emitter resistance R6■ is lk
When set to Ω, the safe operating area (SOA) is even narrower, and the collector current must be used below IOA.In this way, lowering the emitter resistance R ('JE)
Since the gate voltage of the IGBT VOR decreases at a rate determined by the time constant of the gate capacitor and the emitter resistance RaE, the gate voltage VOI! If the fall time of is made faster, the current that can be turned off will decrease. Conversely, to cut off a large current, the gate voltage ■oI! It is presumed that it is effective to make the falling rate of change gradual.

第8図に従来使用されているIGBTのゲート駆動回路
を示す、これによれば、直流電源1の正極に負荷2を介
してIGBT 3のコレクタが、負極にエミッタがそれ
ぞれ接続されるとともに、直流電源1と負極を共通接続
したゲート用電源4の正極は抵抗5を介してNPN ト
ランジスタ6のコレクタに接続されている5増幅用のN
PNトランジスタ6とPNP トランジスタ7とはコン
プリメンタリ接続されており、そのベース共通接続点に
は駆動信号vsが入力され、トランジスタ6および7の
エミッタ共通接続点には並列接続された抵抗8およびダ
イオード9を介してIGBT 3のゲートが接続されて
いる。
FIG. 8 shows a conventionally used IGBT gate drive circuit. According to this, the collector of the IGBT 3 is connected to the positive pole of a DC power supply 1 via a load 2, the emitter is connected to the negative pole of the DC power supply 1, and the DC The positive terminal of the gate power supply 4, whose negative terminal is commonly connected to the power supply 1, is connected to the collector of the NPN transistor 6 via the resistor 5.
The PN transistor 6 and the PNP transistor 7 are complementary connected, and a drive signal vs is inputted to the common connection point of their bases, and a resistor 8 and a diode 9 connected in parallel are connected to the common connection point of the emitters of the transistors 6 and 7. The gate of IGBT 3 is connected through it.

この回路においては、駆動信号V3がオンとなったとき
は、電源4の電圧がトランジスタ6およびダイオード9
を介してIGBT 3のゲートに迅速に印加され、駆動
信号Vsがオフとなったしき、ゲートは抵抗8とトラン
ジスタ7を通じてIGBT 3のエミッタと短絡されて
ゲート電位は低下する。このときの抵抗8は第7図にお
けるRoRに相当するものであり、この抵抗値の大きさ
によって最大コレクタ電流が制限を受ける場合もある。
In this circuit, when the drive signal V3 is turned on, the voltage of the power supply 4 is applied to the transistor 6 and the diode 9.
When the drive signal Vs is turned off, the gate is short-circuited to the emitter of IGBT 3 through resistor 8 and transistor 7, and the gate potential is lowered. The resistor 8 at this time corresponds to RoR in FIG. 7, and the maximum collector current may be limited depending on the magnitude of this resistance value.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような駆動回路ではIGBTのゲー
ト電圧の変化率□は固定されているので、変化率を高く
するとスイッチング速度は早くなるが安全動作領域は第
7図のRaI!=1にΩの場合の如く狭くなる。一方安
全動作領域を広くするーにはRQF=5にΩの如(IG
BTのゲート電圧の変化率をゆるやかにすればよいが、
スイッチング速度が低下してスイッチング損失が増大す
ることになり、IGBTの特徴を有効に発揮できないと
いう問題がある。
(Problem to be solved by the invention) However, in such a drive circuit, the rate of change □ of the gate voltage of the IGBT is fixed, so increasing the rate of change increases the switching speed, but the safe operating area is within the seventh Figure RaI! = 1, it becomes narrower as in the case of Ω. On the other hand, to widen the safe operation area, RQF = 5 and Ω (IG
The rate of change of the gate voltage of the BT can be made gentle, but
There is a problem in that the switching speed decreases and switching loss increases, making it impossible to effectively utilize the characteristics of the IGBT.

IGBTの定常使用電流は、第7図の例ではIOA以下
で使用しているが、負荷の異常や制御回路の異常により
20A8度に増加した時安全動作領域内で事故電流をし
ゃ断することが可能になれば、IGI3Tの電流容量い
っばいに使用することが出来るが、従来の方法では常時
使用電流を5八にし異常時10A以下で使用しなければ
IGBTの高速性を充分利用することが出来ない。
The steady operating current of the IGBT is used below IOA in the example shown in Figure 7, but when it increases to 20A and 8 degrees due to a load abnormality or control circuit abnormality, it is possible to cut off the fault current within the safe operating area. If it becomes, the current capacity of IGI3T can be used at once, but with the conventional method, the high speed of IGBT cannot be fully utilized unless the current used is always 58 and when abnormality is used it is less than 10A. .

本発明の目的は、定常使用範囲では高速なスイッチング
を行い、過電流状態ではIGBTの電流をゆるやかにオ
フすることにより安全動作領域を広めた、静電誘導層自
己消弧素子の駆動制御方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a drive control method for an electrostatic induction layer self-extinguishing element that widens the safe operating range by performing high-speed switching in the normal operating range and gently turning off the IGBT current in an overcurrent state. It is about providing.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(問題点を解決するための手段) 本発明による静電誘導層自己消弧素子の駆り1制御方法
は、静電誘導形自己消弧宋子の1駆動信号のオン時は立
上りの早いモードを、またオフ時には立下りの早いモー
ドと遅いモードとを設け、そのn電誘導形自己消弧素子
のコレクタ電圧を検出し、そのコレクタ電圧が低い場合
は前記立下りの早いモードを、前記コレクタ電圧が高い
場合は立下りの遅いモードに切換ることを特徴とするも
のである。
(Means for Solving the Problems) The drive 1 control method of the electrostatic induction layer self-extinguishing element according to the present invention is such that when the 1 drive signal of the electrostatic induction self-extinguishing element is turned on, a fast rising mode is set. In addition, when off, a mode with a fast fall and a mode with a slow fall are provided, and the collector voltage of the n-type induction type self-extinguishing element is detected, and when the collector voltage is low, the mode with a fast fall is selected as is characterized by switching to a mode with a slow fall when the value is high.

(作 用) 本発明においては、IGBTのコレクタ電圧を検出し、
この値が設定値より高い場合や、lG13Tに流れる電
流を検出し、この値が設定値以上の場合は。
(Function) In the present invention, the collector voltage of the IGBT is detected,
If this value is higher than the set value, or if the current flowing through lG13T is detected and this value is higher than the set value.

過電流状態であると判断し、IGBTの安全動作領域を
広げる目的で、IGBTのゲート電圧の立下りの変化率
が低い回路を選ぶことによりIGBTを安全に保護する
。しかし定常運転時にはIGBTのゲート電圧は立下り
の変化率の高い方が選ばれているので、IGBTは高速
でオフするのでスイッチング損失の少ない状態で使用す
ることができる。
The IGBT is determined to be in an overcurrent state, and the IGBT is safely protected by selecting a circuit with a low rate of change in the fall of the gate voltage of the IGBT in order to widen the safe operation area of the IGBT. However, during steady operation, the gate voltage of the IGBT is selected to have a higher falling rate of change, so the IGBT is turned off at high speed and can be used with less switching loss.

(実施例) 以下本発明を第1図、第4図および第5図に示す静電誘
導形自己消弧素子のNi動制御回路の各実施例を参照し
て詳細に説明する。なお、各図面とも従来と同上の構成
要素は同一番号を付しその詳細説明を省略するものとす
る。
(Embodiments) The present invention will be described in detail below with reference to embodiments of Ni dynamic control circuits for electrostatic induction self-extinguishing elements shown in FIGS. 1, 4, and 5. In addition, in each drawing, the same components as those in the prior art are given the same numbers, and detailed explanation thereof will be omitted.

第1図は、本発明にかかるIGBTの駆動制御回路の一
実施例を示す回路図で、第8図の場合と同様にゲート用
?Ii源4の電圧は、コンプリメンタリ接続されたトラ
ンジスタ6および7と抵抗8とを介してIGRT 3の
ゲートに印加され、トランジスタ6および7のベース共
通点には、演算増幅器31の出力端を抵抗10を介して
接続している。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of an IGBT drive control circuit according to the present invention, and as in the case of FIG. The voltage of the Ii source 4 is applied to the gate of the IGRT 3 through complementary connected transistors 6 and 7 and a resistor 8, and the output terminal of the operational amplifier 31 is connected to the common point of the bases of the transistors 6 and 7 through a resistor 10. are connected via.

一方ゼナーダイオード23、フォトカプラの発光ダイオ
ード26aを介してトランジスタ24のコレクタに接続
され、エミッタはゲートff1i!、94の負極に、ま
たベースはゼナーダイオード32.抵抗11を介してI
GBT 3のコレクタに接続する。また抵抗25はトラ
ンジスタ24のベースとエミッタ間に接続する。
On the other hand, the Zener diode 23 is connected to the collector of the transistor 24 via the photocoupler light emitting diode 26a, and the emitter is connected to the gate ff1i! , 94, and the base thereof is a Zener diode 32. I through resistor 11
Connect to the GBT 3 collector. Further, a resistor 25 is connected between the base and emitter of the transistor 24.

さらに、駆動信号VSはゼナーダイオード12と抵抗9
を並列にして演算増幅器31の非反転側へ接続し、非反
転側端子よりトランジスタ15のエミッタとコンデンサ
13と抵抗14を直列にしてゲート電源4の負極に接続
する。トランジスタ15のコレクタは駆動信号Vsの入
力端に接続し、トランジスタ15のベースから抵抗16
を介してトランジスタ18のコレクタに、トランジスタ
18のエミッタはゲート電源4の負極に接続し、トラン
ジスタ18のベースから抵抗19とダイオード22を介
してトランジスタ24のコレクタに接続し、ダイオード
22と抵抗19の接続点より抵抗21を介してゲート*
を源4の正極へ接続する。また抵抗17はトランジスタ
15のベースとエミッタ間に、抵抗20はトランジスタ
18のベースとエミッタ間に1妾続する。
Furthermore, the drive signal VS is connected to the zener diode 12 and the resistor 9.
are connected in parallel to the non-inverting side of the operational amplifier 31, and the emitter of the transistor 15, the capacitor 13, and the resistor 14 are connected in series to the negative electrode of the gate power supply 4 from the non-inverting side terminal. The collector of the transistor 15 is connected to the input terminal of the drive signal Vs, and the resistor 16 is connected to the base of the transistor 15.
The emitter of the transistor 18 is connected to the negative electrode of the gate power supply 4, and the base of the transistor 18 is connected to the collector of the transistor 24 via a resistor 19 and a diode 22. Gate* from the connection point via resistor 21
Connect to the positive terminal of source 4. Further, a resistor 17 is connected between the base and emitter of the transistor 15, and a resistor 20 is connected between the base and emitter of the transistor 18.

一方、フォトカプラ受光トランジスタ26bのコレクタ
に抵抗27を接続し、プルアップしてフォトカプラ26
bのコレクタ電圧をアンド回路28へ入力し、制御信号
Vgから、立上りロック回路33との論理積出力をラッ
チ回路29を介してアンド回路30により制御信号を駆
動信号■5に変換して出力するよう構成している。
On the other hand, a resistor 27 is connected to the collector of the photocoupler light-receiving transistor 26b, and the photocoupler 26b is pulled up.
The collector voltage of b is input to the AND circuit 28, and the AND circuit output from the control signal Vg and the rising lock circuit 33 is converted to the drive signal 5 by the AND circuit 30 via the latch circuit 29, and the control signal is output. It is configured as follows.

次にこの本発明による静電誘導形自己消弧φ■子の9i
!Is制御方法の動作を第2UAおよび第3図を参照し
て説明する。まず駆動イn号■3がオン信号(正の電圧
)となるとゼナーダイオード12の順方向を通ってコン
デンサ13、抵抗14の回路に電流が流れ、演算増幅器
31の非反転入力は時間遅れなしに立上り、演算増幅器
31の出力は非反転入力に従って動作しトランジスタ6
をオンさせて抵抗8を介してIGBT 3のゲートにオ
ン信号を加えてIG[lTをオンする。
Next, 9i of the electrostatic induction type self-extinguishing φ■ element according to the present invention
! The operation of the Is control method will be explained with reference to the second UA and FIG. First, when the drive input No. 3 becomes an on signal (positive voltage), current flows through the forward direction of the zener diode 12 to the circuit of the capacitor 13 and the resistor 14, and the non-inverting input of the operational amplifier 31 is activated without any time delay. rises, the output of the operational amplifier 31 operates according to the non-inverting input, and the transistor 6
is turned on and an on signal is applied to the gate of IGBT 3 via resistor 8 to turn on IG[IT.

次に駆動信号vsが零、即ち、オフ信号に変化すると、
コンデンサ13の電荷は、トランジスタ15がオンして
いる場合とオフしている場合とでIGBTのグー1〜電
圧の変化率が変る様に工夫されている。
Next, when the drive signal vs changes to zero, that is, an off signal,
The charge on the capacitor 13 is designed so that the rate of change in the voltage of the IGBT changes depending on whether the transistor 15 is on or off.

IGRT 3が過電流状態になると、コレクタ電圧が上
昇し、ゼナーダイオード32により決まる電圧共■−に
なると、抵抗11を介してトランジスタ24のベースに
′は流が流れ、トランジスタ24がオンするので、ダイ
オード22を介して抵抗21と抵抗19の接続点をゲー
ト電源4の負極に接続するのでトランジスタ18のベー
ス電流は流れなくなりトランジスタ18がオフし、トラ
ンジスタ15がオフする。
When the IGRT 3 enters an overcurrent state, the collector voltage rises, and when the voltage determined by the Zener diode 32 becomes -, a current flows to the base of the transistor 24 via the resistor 11, turning on the transistor 24. Since the connection point between the resistor 21 and the resistor 19 is connected to the negative electrode of the gate power source 4 via the diode 22, the base current of the transistor 18 stops flowing, the transistor 18 is turned off, and the transistor 15 is turned off.

この状態で駆動信号Vsが零になると、コンデンサ13
の電荷は抵抗9とゼナーダイオード12を介して放電す
る回路のみしか存在しないので、ゼナーダイオード12
で決まる電圧迄は急速に放電し、それ以後は抵抗9によ
り決まる放電々流で放電するので放電はゆるやかになり
IGBTのゲート電圧の立下りはゆるやかになり、IG
BTの安全動作領域が拡大する。
When the drive signal Vs becomes zero in this state, the capacitor 13
There is only a circuit that discharges the charge through the resistor 9 and the zener diode 12, so the zener diode 12
The discharge is rapid until the voltage determined by the resistor 9 is reached, and after that, the discharge is discharged with a discharge current determined by the resistor 9, so the discharge becomes gradual, and the fall of the gate voltage of the IGBT becomes gradual.
BT's safe operating area expands.

なお、ゼナーダイオード12の目的は、第3図aのIG
BTのゲート電圧とコレクタ電圧の特性がら明にかな如
く、例えばVAFIが20VとYap 14の間はゲイ
ンが低くなっているのでゲート電圧を急変させても安全
動作領域は狭くならないので、IGBTのターンオフ時
間を短縮する目的でゼナーダイオード12の電圧迄はゲ
ート電圧を急減するため挿入しである。
The purpose of the zener diode 12 is the IG in FIG. 3a.
As is clear from the characteristics of the gate voltage and collector voltage of BT, for example, the gain is low between VAFI 20V and Yap 14, so even if the gate voltage suddenly changes, the safe operation area will not narrow, so the IGBT turn-off In order to shorten the time, a Zener diode 12 is inserted to rapidly reduce the gate voltage.

さらにトランジスタ24がオンしている場合に演六− 算増幅器31の出力は、抵抗1oを介してゼがナダイオ
ード23、フォトカプラ26aの回路に電流が流れ、ト
ランジスタ6.7のベース電位は、ゼナーダイオード2
3の電圧とフォトカプラ26aのダイオード電圧の和に
制限されるので、トランジスタ6のベース、エミッタ間
電圧とフォトカプラ26aの電圧降下がほぼ同じため相
殺し、IGI3T 3のゲート電圧はほぼゼナーダイオ
ード23の電圧に低下し、第3図(b)から明らかな様
にIGBTのゲート電圧をコレクタ電圧に従って特性C
の如く制御すれば第3図(a)の特性CとなりIGBT
 3のコレクタ電流を制限する様作用する。
Furthermore, when the transistor 24 is on, the output of the arithmetic amplifier 31 causes a current to flow through the resistor 1o to the circuit consisting of the zero diode 23 and the photocoupler 26a, and the base potential of the transistor 6.7 becomes zener diode 2
Since the voltage between the base and emitter of transistor 6 and the voltage drop of photocoupler 26a are almost the same, they cancel each other out, and the gate voltage of IGI3T 3 is almost equal to that of the Zener diode. As is clear from FIG. 3(b), the gate voltage of the IGBT changes to the characteristic C according to the collector voltage.
If controlled as shown in Fig. 3(a), the IGBT will have the characteristic C.
It acts to limit the collector current of 3.

IGBT 3がオン状態でかつ過電流が流れていない場
合はコレクタ電圧は低く、トランジスタ24はオフし、
IGBT 3のゲート電圧は正規の電圧が印加されてい
る。トランジスタ24がオフするとトランジスタ18の
ベースには、ゲート電源4がら抵抗21゜19を介して
電流が流れ、トランジスタ18がオンしトランジスタ1
5がオン状態であるので駆動信号VSがオフ信号の零に
なった時コンデンサ13は、トランジスタ15を通って
急速に放電し変化率の高いゲート電圧をIGBT 3に
与え高速のスイッチングを行うことになる。
When the IGBT 3 is on and no overcurrent is flowing, the collector voltage is low and the transistor 24 is turned off.
A normal voltage is applied to the gate voltage of the IGBT 3. When the transistor 24 is turned off, a current flows into the base of the transistor 18 from the gate power supply 4 through the resistor 21°19, and the transistor 18 is turned on and the transistor 1 is turned on.
5 is in the on state, when the drive signal VS becomes zero, which is the off signal, the capacitor 13 rapidly discharges through the transistor 15 and provides a gate voltage with a high rate of change to the IGBT 3 for high-speed switching. Become.

第2図に従って更に説明する。第2図(a)は正常な運
転時を、第2図(b)は負荷側異常により過電流が流れ
た場合について示す。
This will be further explained according to FIG. FIG. 2(a) shows the case during normal operation, and FIG. 2(b) shows the case when an overcurrent flows due to an abnormality on the load side.

第2図(a)において、時刻t、で制御信号Vgが入力
し、駆動信号vsが零から立上がる。演算増幅器31の
非反転入力V、は、ゼナーダイオード12の順方向を通
ってコンデンサ13を充電するので遅れないで立上り、
この時点ではIGBT 3は末だオンしていない、この
とき、トランジスタ24はオン状態であるので、トラン
ジスタ6のベース電圧はゼナーダイオード23の電圧に
リミッ1−され、トランジスタ6のエミッタ側電圧V(
1も低下している。
In FIG. 2(a), the control signal Vg is input at time t, and the drive signal vs rises from zero. The non-inverting input V of the operational amplifier 31 passes through the Zener diode 12 in the forward direction and charges the capacitor 13, so it rises without delay.
At this point, the IGBT 3 is not turned on at all. At this time, the transistor 24 is turned on, so the base voltage of the transistor 6 is limited to the voltage of the Zener diode 23, and the emitter side voltage of the transistor 6 is V. (
1 has also decreased.

時刻t1においてIGBTのコレクタ電圧■cEは低下
しトランジスタ24がオフし、VOは高い値になりIG
BTのコレクタ電圧を更に下げる様作用する。
At time t1, the collector voltage ■cE of the IGBT decreases, the transistor 24 turns off, VO becomes a high value, and the IGBT
It acts to further lower the collector voltage of BT.

時刻t2においてVg、 Vsがオフ信号に変化するが
、トランジスタ15は、トランジスタ24がオフの時は
オン状態にあり、コンデンサ13はトランジスタ15の
エミッターコレクタの回路で急速に放電する。
At time t2, Vg and Vs change to off signals, but the transistor 15 remains on when the transistor 24 is off, and the capacitor 13 is rapidly discharged in the emitter-collector circuit of the transistor 15.

このときV、には遅れは発生しないのでvaは急速に零
電圧となり、IGBTは高速のスイッチングを時刻t、
において行う。
At this time, since there is no delay in V, va quickly becomes zero voltage, and the IGBT performs high-speed switching at time t.
It will be carried out at

この時刻1.−13はIGBT 3の動作遅れ時間で一
般に1μS以下である。なお抵抗14はトランジスタ1
5やゼナーダイオード12の電流制限用であり省略可能
である。
This time 1. -13 is the operation delay time of the IGBT 3, which is generally 1 μS or less. Note that the resistor 14 is the transistor 1
5 and Zener diode 12, and can be omitted.

第2図(b)は負荷側に異常が発生した場合で、フォト
カプラ26は時刻t。−t1間でオンするが正常のとき
は直ちにオフし、立上りロック回路33の出力VaBが
時刻t3迄は′1″となっており、アンド回路28はV
281 VAFIが共に零になった時動作する様に構成
されているのでこの場合は動作しない。
FIG. 2(b) shows a case where an abnormality occurs on the load side, and the photocoupler 26 is activated at time t. -t1, but turns off immediately when normal, the output VaB of the rising lock circuit 33 is '1'' until time t3, and the AND circuit 28 is at V
Since it is configured to operate when both 281 and VAFI become zero, it does not operate in this case.

時刻t4において負荷側に異常が発生しIGBT3のコ
レクタ電流Icが急増するとIGBTのコレクタ電圧V
CHが増加し、トランジスタ24がオンしV。を低下さ
せ■cの値を制限すると同時にトランジスタ15をオフ
させる。
At time t4, when an abnormality occurs on the load side and the collector current Ic of IGBT3 increases rapidly, the collector voltage V of IGBT
CH increases, transistor 24 turns on and V. (2) to limit the value of c, and at the same time turn off the transistor 15.

またフォトカプラ26bがオンするのでVll3は“0
11となりVllもこの時刻ではパ0″″となり、アン
ド回路28が出力され、ラッチ回路29は、ノイズ防止
用のフィルタによる遅れ時間後時刻t5において出力V
29が“1′″からIO′″に変化し、アンド回10の
出ヵVSはオン信号からオフ信号に変化する。
Also, since the photocoupler 26b is turned on, Vll3 is “0”.
11 and Vll also becomes 0'' at this time, the AND circuit 28 outputs, and the latch circuit 29 outputs V at time t5 after a delay time due to the noise prevention filter.
29 changes from "1'" to IO'", and the output VS of the AND circuit 10 changes from an on signal to an off signal.

この時l−ランジスタ15はオフ状態であるので、コン
デンサ13は、ゼナーダイオード12の電圧迄に急速に
低下するが、それ以後は、抵抗9の回路を通ってゆるや
かに放電し、v3に示す様な波形となりVOなる信号を
抵抗8を介してIGBT 3のゲートに供給する。ゲー
ト電圧がゆるやかに変化するのでコレクタ電流Icもゆ
るやかに変化しVCEの変化もゆるやかとなり、サージ
電圧が発生しないので第7図に示すROI!が1にΩか
ら5にΩに変化した如く安全動作領域が拡大する。
At this time, the l-transistor 15 is in the off state, so the capacitor 13 rapidly drops to the voltage of the zener diode 12, but after that, it is slowly discharged through the circuit of the resistor 9, as shown in v3. A signal VO having a similar waveform is supplied to the gate of the IGBT 3 via the resistor 8. Since the gate voltage changes slowly, the collector current Ic also changes slowly, and VCE also changes slowly, and no surge voltage occurs, so the ROI shown in FIG. 7! The safe operation area expands as the value changes from 1Ω to 5Ω.

この様に事故等により過大電流が流れた場合、ゲート電
圧を低下させ、事故電流の増大を制限すると同時に、ゲ
ート電圧の立下りをゆるやかにすることによりIGBT
の安全動作領域を拡大し、IGBTを安全に保護するこ
とが可能となる。
In this way, when excessive current flows due to an accident, etc., the gate voltage is lowered to limit the increase in fault current, and at the same time, by making the fall of the gate voltage gradual, the IGBT
It becomes possible to expand the safe operation area of the IGBT and safely protect the IGBT.

なお、第1図において、ゼナーダイオードI2と23の
ゼナー電圧は、無制御時間を短縮するためにはほぼ同じ
に選定する方が望ましいが、ゼナーダイオード12は一
般のダイオードでも作用はほぼ同じであり、駆動信号V
3のインピーダンスを低くすれば抵抗14は省略しても
基本動作に影響はない。
In Fig. 1, it is preferable to select the zener voltages of zener diodes I2 and 23 to be approximately the same in order to shorten the non-control time, but zener diode 12 may be a general diode with almost the same effect. and the drive signal V
If the impedance of resistor 3 is made low, basic operation will not be affected even if resistor 14 is omitted.

次に第4図に示す他の実施例においては、第1図に比し
て演算増幅器のフィードバック回路にコンデンサ】3を
接続することにより、Voの立下り時間を変化させるも
のである。
Next, in another embodiment shown in FIG. 4, compared to FIG. 1, the fall time of Vo is changed by connecting a capacitor ]3 to the feedback circuit of the operational amplifier.

ゲート電源を48と4bに正と負に分割し、駆動信号V
sは負のオン信号を抵抗9を介して演算増幅器31の反
転入力に接続し、ゼナーダイオード12を出力■+11
1 と反転入力間に接続し、Vaの出力電圧を設定する
。演算増幅器31の出力V31からコンデンサ13、ダ
イオード42を直列に接続し、コンデンサ13は出力V
atに急速に充電される。
The gate power supply is divided into positive and negative into 48 and 4b, and the drive signal V
s connects the negative ON signal to the inverting input of the operational amplifier 31 via the resistor 9, and outputs the Zener diode 12 ■+11
1 and the inverting input to set the output voltage of Va. A capacitor 13 and a diode 42 are connected in series from the output V31 of the operational amplifier 31, and the capacitor 13 is connected to the output V31.
AT is rapidly charged.

コンデンサ13の放電回路は、抵抗40とダイオード4
1を通って演算増幅器31の反転入力に流れる回路があ
るF E T43がオン状態ではF E T43をダイ
オード42の逆方向に導通することにより抵抗aor”
”流れない様にすることが可能である。
The discharge circuit of the capacitor 13 includes a resistor 40 and a diode 4.
When FET43, which has a circuit that flows through 1 to the inverting input of operational amplifier 31, is on, it conducts FET43 in the opposite direction of diode 42, thereby increasing resistance aor''.
``It is possible to prevent it from flowing.

過電流状態では第1図と同様VCFが高くなりトランジ
スタ24がオンし、νB□は抵抗1oと抵抗47、ダイ
オード48の回路で分圧しVaを低下させると同時に抵
抗21、ダイオード22に電流が流れるのでトランジス
タ18のベース電流はダイオード46の電圧降下分とダ
イオード22の電圧降下が相殺して流れないのでトラン
ジスタ18はオフし、抵抗16に電流が流れないのでト
ランジスタ15がオフし、抵抗44゜45に電流が流れ
ずF E T43のゲートは負荷電圧となりFET43
はオフ状態であるのでコンデンサ13は、抵抗40ダイ
オード41と直列に接続されるのでVRIの立下り時は
積分動作となり一定の傾斜を持ってゆるやかに変化する
In an overcurrent state, VCF becomes high and the transistor 24 is turned on, as in Fig. 1, and νB□ is divided by the circuit consisting of the resistor 1o, the resistor 47, and the diode 48 to lower Va, and at the same time, current flows through the resistor 21 and diode 22. Therefore, the base current of the transistor 18 does not flow because the voltage drop of the diode 46 and the voltage drop of the diode 22 cancel each other out, so the transistor 18 is turned off, and since no current flows through the resistor 16, the transistor 15 is turned off, and the voltage drop across the resistor 44゜45 No current flows through FET43 and the gate of FET43 becomes the load voltage.
Since is in the off state, the capacitor 13 is connected in series with the resistor 40 and the diode 41, so that when VRI falls, it performs an integral operation and changes slowly with a constant slope.

一方正常動作中はFET43はオンのままであり、コン
デンサ13の演算増幅器の出力に接続されているのみで
入力側にフィードバックされないので、VOの変化は急
しゅんであり、IGBTは高速スイッチングを行う。
On the other hand, during normal operation, the FET 43 remains on and is only connected to the output of the operational amplifier of the capacitor 13 and is not fed back to the input side, so VO changes quickly and the IGBT performs high-speed switching.

更に又第5図に示す他の実施例は、第1図と第4図の変
形であり、F E T42をトランジスタ50に置換、
抵抗51.52を介してトランジスタ53のコレクタに
変換し、トランジスタ53のベースをオンオフすること
によりVOの立下り変化率を変えるものである。
Furthermore, another embodiment shown in FIG. 5 is a modification of FIGS. 1 and 4, in which FET42 is replaced by a transistor 50,
It is converted to the collector of a transistor 53 via resistors 51 and 52, and by turning on and off the base of the transistor 53, the falling rate of change of VO is changed.

IGBT 3のコレクタ電流ICを電流検出器55で検
出し、レベル検出器56で過流を検出し駆動回路54に
よりトランジスタ53をオフさせるとトランジスタ50
がオフし第4図と同様、ゲート電圧の立下りをゆるやか
にする。
When the collector current IC of the IGBT 3 is detected by the current detector 55 and an overcurrent is detected by the level detector 56 and the transistor 53 is turned off by the drive circuit 54, the transistor 50
is turned off, and as in FIG. 4, the fall of the gate voltage is made gradual.

第4図のゲート電圧をしぼる回路は第5図では省略され
ているがゲート電圧を適当に選ぶことによりほぼ同様に
作用する。
Although the circuit for throttling the gate voltage shown in FIG. 4 is omitted in FIG. 5, it functions in substantially the same way by appropriately selecting the gate voltage.

演算増幅器は特に使用しないで他の回路等で代用出来る
ことは説明する迄もない。
It goes without saying that the operational amplifier is not particularly used and can be replaced with other circuits.

以上はIGBTについて説明したがFETなど他の静f
fi誘導形自己消弧素子に応用出来ることは云うまでも
ない。
The above explained IGBT, but other static devices such as FET
Needless to say, it can be applied to fi-induced self-extinguishing elements.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように本発明による静電誘導形自己消弧素子の駆
動制御方法によれば、静電誘導形自己消gA素子のコレ
クタ電圧や電流を検出し、過電流状態ではゲート立下り
の変化をゆるやからする回路を設けることにより、静?
aM導形自己消弧索子の安全動作領域を拡大して使用す
ることにより、定常時は高速スイッチを行い、事故時は
大きな電流をしゃ断することが出来る。さらに過電流時
にゲート電圧をしぼる回路を追加すれば、事故電流値を
抑制することによりさらにその効果を強化することが可
能である。
As described above, according to the drive control method for an electrostatic induction type self-extinguishing element according to the present invention, the collector voltage and current of the electrostatic induction type self-extinguishing element are detected, and changes in the gate fall are detected in an overcurrent state. Is it quiet by providing a loose circuit?
By expanding the safe operating range of the aM conductive self-extinguishing cord, it is possible to perform high-speed switching during normal conditions and cut off large currents in the event of an accident. Furthermore, by adding a circuit that throttles the gate voltage in the event of an overcurrent, it is possible to further strengthen the effect by suppressing the fault current value.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の制御方法が施行される静電誘導形自己
消弧素子の駆動制御装置の構成を示す回路図、第2図は
第1図の動作を示す特性図、第コ31′3 図(a)および(b)は本発明の効果の一部を示す特性
Jtf、第4図および第5図は本発明の制御方法が適用
される他の実施例を示す回路図、第6図および第7図は
IGBTの特性を示す特性図、第8図は従来の静f11
m導形自己消弧素子の駆動回路を示す回路図である。 1・・・直流電源      2・・・負荷3・・・I
GBT         4・・・ゲート用電源31・
・・演算増幅器     28・・・アンド回路29・
・・ラッチ回路     30・・・アンド曲路33・
・・立上りロック回路 代理人 弁理士 則 近 憲 佑(ほか1名)第 1 
図 第 2 図 コレアy主/E(VCE) Jレジタ電圧(VCE) 〒 3 図 茅 4 図 茅 8 図 ? 2つ 第 5 図 コレ7りfZ71E(VcEl 第 b 図 ヒ″−7ゴレ7り電7E(VCEI 第7図
Fig. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a drive control device for an electrostatic induction type self-extinguishing element in which the control method of the present invention is implemented, Fig. 2 is a characteristic diagram showing the operation of Fig. 1, and Fig. 31' 3. FIGS. 3(a) and 5(b) show characteristics Jtf showing some of the effects of the present invention, FIGS. 4 and 5 are circuit diagrams showing other embodiments to which the control method of the present invention is applied, and FIG. 7 and 7 are characteristic diagrams showing the characteristics of IGBT, and FIG. 8 is a conventional static f11
FIG. 2 is a circuit diagram showing a drive circuit for an m-conductor self-extinguishing element. 1...DC power supply 2...Load 3...I
GBT 4... Gate power supply 31.
...Operation amplifier 28...AND circuit 29.
...Latch circuit 30...AND curve 33.
・・Start-up lock circuit agent Patent attorney Kensuke Chika (and 1 other person) No. 1
Figure 2 Figure Correa y main/E (VCE) J register voltage (VCE) 〒 3 Figure 4 Figure 8 Figure? 2 Figure 5 This 7 fZ71E (VcEl Figure b) -7 Gore 7 Electric 7E (VCEI Figure 7

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)静電誘導形自己消弧素子の駆動信号のオン時は立
上りの早いモードを、またオフ時には立下りの早いモー
ドと遅いモードとを設け、その静電誘導形自己消弧素子
のコレクタ電圧を検出し、そのコレクタ電圧が低い場合
は前記立下りの早いモードを、前記コレクタ電圧が高い
場合は立下りの遅いモードに切換ることを特徴とする静
電誘導形自己消弧素子の駆動制御方法。
(1) When the drive signal of the electrostatic induction type self-extinguishing element is on, there is a fast rising mode, and when it is off, there is a fast falling mode and a slow falling mode, and the collector of the electrostatic induction type self-extinguishing element is Driving an electrostatic induction type self-extinguishing element, characterized in that voltage is detected, and when the collector voltage is low, the fast falling mode is switched to the slow falling mode when the collector voltage is high, the falling mode is switched to the slow falling mode. Control method.
(2)静電誘導形自己消弧素子の駆動信号のオン時は、
立上りを早く、オフ時は、立下りの早いモードと立下り
の遅いモードを設け、静電誘導形自己消弧素子に流れる
電流を直接的又は間接的に検出し、前記電流が設定値以
上になった時は立下りの遅いモードに切換えることを特
徴とする特許請の範囲第1項記載の静電誘導形自己消弧
素子の駆動制御方法。
(2) When the drive signal of the electrostatic induction type self-extinguishing element is on,
It has a fast rise mode and a slow fall mode when off, and directly or indirectly detects the current flowing through the electrostatic induction self-extinguishing element, and detects when the current exceeds a set value. 2. A method for controlling the drive of an electrostatic induction type self-extinguishing element according to claim 1, characterized in that when this occurs, the mode is switched to a slow falling mode.
JP24957586A 1986-10-22 1986-10-22 Drive control method for electrostatic induction type self-extinction element Pending JPS63105521A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5091664A (en) * 1989-04-07 1992-02-25 Fuji Electric Co., Ltd. Insulated gate bipolar transistor circuit with overcurrent protection

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