JPS6395723A - Igbt latchup detection circuit - Google Patents

Igbt latchup detection circuit

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Publication number
JPS6395723A
JPS6395723A JP61241402A JP24140286A JPS6395723A JP S6395723 A JPS6395723 A JP S6395723A JP 61241402 A JP61241402 A JP 61241402A JP 24140286 A JP24140286 A JP 24140286A JP S6395723 A JPS6395723 A JP S6395723A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
collector
igbt
current
voltage
emitter voltage
Prior art date
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Pending
Application number
JP61241402A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masami Ichijo
一條 正美
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.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP61241402A priority Critical patent/JPS6395723A/en
Publication of JPS6395723A publication Critical patent/JPS6395723A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To facilitate the protection at overcurrent by providing a current supervisory means supervising a collector current of an IGBT (insulated gate bipolar mode transistor) and a voltage supervisory means supervising the collector-emitter voltage of the IGBT and discriminating it as the latchup state when the collector current is a prescribed value or over and the collector-emitter voltage is a prescribed value or below. CONSTITUTION:Current detectors 22a, 22b detect the collector current of IGBTs 21a, 21b and voltage detectors 23a, 23b detect its collector-emitter voltage. Thus, state discrimination circuits 24a, 24b discriminate it as latchup state when the collector current is higher than a prescribed value and a collector- emitter voltage is lower than a presribed value and output a signal A representing it. The output A is supplied a short-circuit thyristor 5, then the overcurrent flawing to the IGBT is branched into the short-circuit thyristor 5 to relieve the current dury of the IGBT. Moreover, since the current flowing through a fuse 3 keeps increasing, the fuse is blown in a short time, resulting that the destruction of the IGBT is protected.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、スイッチング用半導体素子の一種であるI
 G B T (In5ulated Gate Bi
polar modeTransistor)素子のラ
ッチアップ検出回路に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an I
G B T (In5lated Gate Bi)
The present invention relates to a latch-up detection circuit for a polar mode Transistor (Polar mode Transistor) device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

IGBT素子はバイポーラトランジスタの有する高耐圧
・大容量化が容易であると云う長所と、パワーMO8F
ETの有する高速なスイッチングが可能でドライブが容
易であると云う長所とを併せもつ新しいデバイスとして
最近注目されているもので、IGT、C0MFET、G
EMFETまたはl1hFETなどの商品名でそれぞれ
製品化されている。
IGBT elements have the advantages of bipolar transistors, such as high breakdown voltage and easy increase in capacity, and power MO8F.
It is a new device that has recently attracted attention as a new device that combines the advantages of ET, such as high-speed switching and easy drive.
They are commercialized under trade names such as EMFET or l1hFET.

第3図にその等何回路を示す。すなわち、IGBTはM
OSFET (F)、PNPトランジスタTR1、NP
Nトランジスターr R2およびベース・エミッタ間短
絡抵抗Rからなり、トランジスタTR1,TR2で構成
されるサイリスタ回路を内蔵している点が特徴である。
Figure 3 shows such circuits. In other words, IGBT is M
OSFET (F), PNP transistor TR1, NP
It consists of an N transistor rR2 and a base-emitter shorting resistor R, and is characterized by having a built-in thyristor circuit made up of transistors TR1 and TR2.

かかるI G B Tの最大の欠点は、そのコレクタ電
流が所定値以上になるラツヂアツブと云う現象(寄生サ
イリスタがターンオンしてしまう現象)を生じ、電流を
しゃ断できなくなることにあると云われる。これは、第
3図の如くサイリスタ回路を内蔵しているため、コレク
タ電流が所定値を越えるとこのサイリスタ回路がターン
オンし、IGBTがターンオフできなくなることである
。つまり、このサイリスタ回路はIGBTの本来の動作
のためには不要なものであり、その動作を防止するため
1CNPNトランジスタのベース・エミッタ間を低抵抗
で略短絡するようにしている。このベース・エミッタ間
抵抗をOΩにできればサイリスタ動作を避けられること
になるが、実際には種々の制約によって0Ωにすること
はできない。その結果、I G B Tは内蔵(寄生)
サイリスタが動作する可能性を有しており、これがター
ンオン(ラッチアップ)してしまうと、I G B ’
rはコレクタ電流をしや所できなくなり、このようなI
GBT素子を用いたS置では過大な電流が流れて回路が
焼損するなど、重大な事故へと波及するおそれがある。
It is said that the biggest drawback of such IGBTs is that a phenomenon called radiation (a phenomenon in which a parasitic thyristor is turned on) occurs when the collector current exceeds a predetermined value, and the current cannot be cut off. This is because a thyristor circuit is built in as shown in FIG. 3, so when the collector current exceeds a predetermined value, this thyristor circuit is turned on and the IGBT cannot be turned off. In other words, this thyristor circuit is unnecessary for the original operation of the IGBT, and in order to prevent this operation, the base and emitter of the 1CNPN transistor are short-circuited with a low resistance. If the base-emitter resistance could be reduced to OΩ, thyristor operation could be avoided, but in reality it cannot be reduced to 0Ω due to various constraints. As a result, IGBT is built-in (parasitic)
There is a possibility that the thyristor will operate, and if it turns on (latch up), the IGB'
r is no longer able to carry collector current, and such I
In an S-position using a GBT element, an excessive current flows and the circuit may burn out, which may lead to serious accidents.

このため、ラッチアップ状態を検出することが必要にな
る。そこで、ラッチアップ時に流れる電流、すなわちラ
ッチアップ電流を検出することが考えられるが、これは
素子により、また動作点温度等により大幅に変化するこ
とから、検出が難かしい。そのため、従来はラッチアッ
プを検出するのではなく、これを避ける方向の1夫がな
されているのが普通である。
Therefore, it is necessary to detect the latch-up condition. Therefore, it is possible to detect the current that flows during latch-up, that is, the latch-up current, but this is difficult to detect because it varies greatly depending on the element and the operating point temperature. Therefore, conventionally, rather than detecting latch-up, one method has been to avoid it.

第4図はラッチアップを回避するための従来例を示す概
要図である。これは、IGBTをインバータ装置(1相
分)のスイツヂング素子として用いた例で、直流平滑コ
ンデンサ4とインバータ回路2との間に直流リアクトル
6を挿入してインバータの出力短絡事故時等に発生する
過電流の変化速度を遅くし、コレクタ電流がラッチアッ
プ電流に到達する曲にI G B Tをターンオフさせ
ることにより、ラッチアップを防止するものである。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a conventional example for avoiding latch-up. This is an example in which an IGBT is used as a switching element in an inverter device (for one phase), and a DC reactor 6 is inserted between a DC smoothing capacitor 4 and an inverter circuit 2, which can occur in the event of an inverter output short-circuit accident, etc. Latch-up is prevented by slowing down the rate of change of overcurrent and turning off the IGBT when the collector current reaches the latch-up current.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このh法ではラッチアップを生じる前に
過M流状態を解消することができ、回路の71流を低い
値に抑えることができる利点を有する反面、ラッチアッ
プを避けるために挿入される直流リアクトルが大形とな
り、装置が大きくなってコスト高になるばかりか、直流
リアクトルによる損失が発生して装置の変換効率を低下
させると云う問題がある。また、直流リアクトルに大形
のものを用いるとラッチアップ電流が検出できなくなり
、このためコレクタff1Fを小さくして使用しなけれ
ばならず、素子を有効に利用することができなくなる、
と云う問題もある。
(Problems to be Solved by the Invention) However, while this h method has the advantage of being able to eliminate the excessive M flow state before latch-up occurs and suppressing the 71 current in the circuit to a low value, on the other hand, The DC reactor inserted to avoid latch-up becomes large, which not only increases the size and cost of the device, but also causes loss due to the DC reactor, which reduces the conversion efficiency of the device. Furthermore, if a large DC reactor is used, latch-up current cannot be detected, and therefore the collector ff1F must be made smaller, making it impossible to use the element effectively.
There is also the problem of.

したがって、この発明はラッチアップ状態を回避するこ
となく積極的にこれを検出し得るようにし、素子の有効
利用を図ることを目的とする。
Therefore, it is an object of the present invention to make it possible to actively detect a latch-up condition without avoiding it, and to utilize the device effectively.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

IGBTのコレクタ電流を監視する電流監視手段と、I
 G B Tのコレクタ・エミッタ間電圧を監視する電
圧監視手段とを設け、コレクタ電流が所定値以上で、か
つコレクタ・エミッタ間電圧が所定値以下のときラッチ
アップ状態と判断する。
current monitoring means for monitoring the collector current of the IGBT;
A voltage monitoring means for monitoring the collector-emitter voltage of the GBT is provided, and a latch-up state is determined when the collector current is above a predetermined value and the collector-emitter voltage is below a predetermined value.

〔作用〕[Effect]

IGBT素子の出力特性は第2図に実線ので示す如く、
一般的に飽和形と呼ばれるものであり、1Tiiが流れ
ている状態ではコレクタ・エミッタ間には高電圧が印加
されている。そして、ラッチアップが生じると、I G
 B Tの出力特性は本来の特性からはずれて同図に点
線■で示すような、サイリスタに類似した低インピーダ
ンスの状態となる。したがって、IGBTのラッチアッ
プは過電流が流れていることと、低インピーダンスの状
態になったこと(コレクタ・エミッタ間電圧が低いこと
)とが同時に成立することを見つけ出すことによって検
出できることがわかる。
The output characteristics of the IGBT element are shown by the solid line in Figure 2,
This is generally called a saturated type, and when 1Tii is flowing, a high voltage is applied between the collector and emitter. Then, when latch-up occurs, IG
The output characteristics of BT deviate from the original characteristics and enter a low impedance state similar to a thyristor, as shown by the dotted line ■ in the figure. Therefore, it can be seen that IGBT latch-up can be detected by finding that an overcurrent is flowing and a low impedance state (low collector-emitter voltage) is established at the same time.

〔実施例〕〔Example〕

第1図はこの発明の実施例を示す構成図である。 FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.

これはインバータの1相分を構成する各IGBT21a
 、 21bにそれぞれ電流検出器22a 、 22b
 、 電圧検出器23a 、 23bおよび状態判別回
路24a 、 24bを設けて構成される。、電流検出
器22a 、 22bはIGBT21a 、 21bの
コレクタ電流を検出し、電圧検出器23a 、 23b
はそのコレクタ・エミッタ間電圧を検出する。したがっ
て、状態判別回路24a。
This is each IGBT21a that constitutes one phase of the inverter.
, 21b have current detectors 22a and 22b, respectively.
, voltage detectors 23a, 23b, and state determination circuits 24a, 24b. , current detectors 22a, 22b detect collector currents of IGBTs 21a, 21b, and voltage detectors 23a, 23b.
detects its collector-emitter voltage. Therefore, the state determination circuit 24a.

24bはコレクタ電流が所定値よりも高く、かつコレク
タ・エミッタ間電圧が所定値よりも低いときラッチアッ
プ状態と判断し、その旨を示す信号Aを出力する。この
出力Aは短絡サイリスタ5に与えられるので、IGBT
を流れていた過電流は短絡サイリスタ5に分流し、これ
によってIGB’Tの電流責務が軽減される。また、ヒ
ユーズ3を通して流れる電流は増加し続けるので、短時
間のうちにこれが溶断し、その結果、I G B Tは
破壊を免かれることができ、回路の焼損も防止されるこ
とになる。したがって、ヒユーズ3とサイリスタ5によ
って過電流保護回路が形成されていることになる。なお
、この過電流保護回路は通常の動作状態では回路動作に
全く影響を与えないので、変換効率が低下する等の支障
を来たすこともない。
24b determines that there is a latch-up state when the collector current is higher than a predetermined value and the collector-emitter voltage is lower than a predetermined value, and outputs a signal A indicating this. This output A is given to the short circuit thyristor 5, so the IGBT
The overcurrent flowing through the short-circuit thyristor 5 is shunted to the short-circuit thyristor 5, thereby reducing the current responsibility of the IGB'T. Further, since the current flowing through the fuse 3 continues to increase, it will blow out in a short time, and as a result, the IGBT can be saved from destruction and the circuit can be prevented from burning out. Therefore, the fuse 3 and the thyristor 5 form an overcurrent protection circuit. Note that this overcurrent protection circuit does not affect circuit operation at all under normal operating conditions, so it does not cause problems such as a reduction in conversion efficiency.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

この発明によれば、電流監視手段と電圧監視手段を用い
てラッチアツプ状態を正確に検出できるので、IGBT
素子のコレクタ電流を低く抑える等の手当てが不要とな
り、したがって素子の有効利用を図ることが可能となる
ばかりでなく、過電流時の保護が容易となる利点がもた
らされる。
According to this invention, since the latch-up state can be accurately detected using the current monitoring means and the voltage monitoring means, the IGBT
There is no need to take precautions such as keeping the collector current of the element low, which not only makes it possible to effectively utilize the element, but also provides the advantage of facilitating protection against overcurrent.

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

第1図はこの発明の実施例を示す構成図、第2図はI 
G B ’r素子の出力特性を示す特性図、第3図はI
GBT素子を示す等価回路図、第4図はラッチアップを
回避するための従来例を示す概要図である。 符号説明 1・・・直流電源、2・・・インバータ回路、21a。 21b・・・IGBT素子、22a 、 22b−MR
検出器、23a 、 23b・・・電圧検出器、24a
 、 24b・・・状態判別回路、3・・・ヒユーズ、
4・・・直流平滑コンデンサ、5・・・短絡サイリスタ
、6・・・直流リアクトル、F・・・FET、TR1・
・・PNPトランジスタ、TR2・・・NPNトランジ
スタ、R・・・短絡抵抗。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of this invention, and FIG. 2 is an I
A characteristic diagram showing the output characteristics of the G B 'r element, Figure 3 is I
An equivalent circuit diagram showing a GBT element, and FIG. 4 is a schematic diagram showing a conventional example for avoiding latch-up. Description of symbols 1... DC power supply, 2... Inverter circuit, 21a. 21b... IGBT element, 22a, 22b-MR
Detector, 23a, 23b...Voltage detector, 24a
, 24b...Status determination circuit, 3...Fuse,
4... DC smoothing capacitor, 5... Short circuit thyristor, 6... DC reactor, F... FET, TR1.
...PNP transistor, TR2...NPN transistor, R...short circuit resistance.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 スイッチング素子として用いられるIGBTのコレクタ
電流を監視する電流監視手段と、 該IGBTのコレクタ・エミッタ間電圧を監視する電圧
監視手段と、 を備え、コレクタ電流が所定値以上で、かつコレクタ・
エミッタ間電圧が所定値以下のときラッチアップ状態と
判断することを特徴とするIGBTのラッチアップ検出
回路。
[Scope of Claims] Current monitoring means for monitoring a collector current of an IGBT used as a switching element; and voltage monitoring means for monitoring a collector-emitter voltage of the IGBT, wherein when the collector current is equal to or higher than a predetermined value, And collector/
A latch-up detection circuit for an IGBT, characterized in that a latch-up state is determined when an emitter voltage is below a predetermined value.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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