JPS6395728A - Ｉｇｂｔの過電流保護回路 - Google Patents
Ｉｇｂｔの過電流保護回路Info
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- JPS6395728A JPS6395728A JP61241410A JP24141086A JPS6395728A JP S6395728 A JPS6395728 A JP S6395728A JP 61241410 A JP61241410 A JP 61241410A JP 24141086 A JP24141086 A JP 24141086A JP S6395728 A JPS6395728 A JP S6395728A
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- 230000006378 damage Effects 0.000 claims abstract description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
- H03K17/081—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit
- H03K17/0812—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit
- H03K17/08128—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit in composite switches
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- Electronic Switches (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。
め要約のデータは記録されません。
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
ＧＢＴ （Ｉｎ５ｕｌｔｔ＠ｄ Ｇａｔ＠Ｂｉｐｏｌａ
ｒ ｍｏｄｅＴｒａｎｇｌｓｔｏｒ ）の過１流保護回
路に関する。
ＧＢＴ （Ｉｎ５ｕｌｔｔ＠ｄ Ｇａｔ＠Ｂｉｐｏｌａ
ｒ ｍｏｄｅＴｒａｎｇｌｓｔｏｒ ）の過１流保護回
路に関する。
ＩＧＢＴ Ｘ子はバイポーラトランジスタの有スる高耐
圧、大容量化が容易であると云う長所と、パワーＭＯ８
ＦＥＴの有する高速なスイッチングが可能でドライブも
容易であると云う長所とをあわ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 、 Ｃ０ＭＦ
ＥＴ 、 ＧＥＭＦＥＴまたはＢ ｉ ＦＥＴなどの商
品名でそれぞれ製品化されている。
圧、大容量化が容易であると云う長所と、パワーＭＯ８
ＦＥＴの有する高速なスイッチングが可能でドライブも
容易であると云う長所とをあわ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 、 Ｃ０ＭＦ
ＥＴ 、 ＧＥＭＦＥＴまたはＢ ｉ ＦＥＴなどの商
品名でそれぞれ製品化されている。
第２図にその等価回路を示す。すなわち、ＩＧＢＴは同
図の如くＮチャンネルＭＯ８ＦＸＴ ２１ 、 ＮＰＮ
トランジスタ２２、ＰＮＰトランジスタ２３およびトラ
ンジスタ２２のベース・エミッタ間短絡用抵抗２４から
なり、トランジスタ２２．２３からなるサイリスタ回路
を内蔵している点が特徴である。
図の如くＮチャンネルＭＯ８ＦＸＴ ２１ 、 ＮＰＮ
トランジスタ２２、ＰＮＰトランジスタ２３およびトラ
ンジスタ２２のベース・エミッタ間短絡用抵抗２４から
なり、トランジスタ２２．２３からなるサイリスタ回路
を内蔵している点が特徴である。
なお、第２Ａ図にＩ ＧＢＴのシンボルを示す。
か＼るＩＧＢＴの難点は、そのコレクタ電流が所定値以
上になるラッチアップと云う現象（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ている。つまり、第２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＠なくなることである。このラ
ッチアップ現象はＩＧＢＴの素子破壊に直結するので、
これを生じないようにすることが必要となる。特に、Ｉ
ＧＢＴの過’ＫＲ保護を行なう場合は、過電流をこのラ
ッチアップを生じる電流（ラッチアップ電流とも云う。
上になるラッチアップと云う現象（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ている。つまり、第２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＠なくなることである。このラ
ッチアップ現象はＩＧＢＴの素子破壊に直結するので、
これを生じないようにすることが必要となる。特に、Ｉ
ＧＢＴの過’ＫＲ保護を行なう場合は、過電流をこのラ
ッチアップを生じる電流（ラッチアップ電流とも云う。
）以下に抑えなければならないことから、ラッチアップ
現象は極めて重要な指標となることがわかる。
現象は極めて重要な指標となることがわかる。
第３図はＩＧＢＴの出力特性を示す特性図である。
同図からも明らかなように、ＩＧＢＴはコレクタ電流工
。が所定値を越えると、そのコレクタ・エミッタ間電圧
ＶＣＫが急激に大きくなる特性を有している。このため
、ＩＧＢＴの過電流の到達値はその出力特性で制限され
た値となる。したがって、ＩＧＢＴをスイッチング素子
とする例えばインバータ装置で短絡事故が発生すると、
ＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間に直流電源電圧が印加
されることになるが、このときの電流がラッチアップ電
流を越えなければ、ＩＧＢＴをターンオフさせることに
よって過電流保護が可能となる。
。が所定値を越えると、そのコレクタ・エミッタ間電圧
ＶＣＫが急激に大きくなる特性を有している。このため
、ＩＧＢＴの過電流の到達値はその出力特性で制限され
た値となる。したがって、ＩＧＢＴをスイッチング素子
とする例えばインバータ装置で短絡事故が発生すると、
ＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間に直流電源電圧が印加
されることになるが、このときの電流がラッチアップ電
流を越えなければ、ＩＧＢＴをターンオフさせることに
よって過電流保護が可能となる。
さて、第３図にはゲート電圧ＶＧＩＣをパラメータとし
て３本の特性曲線が示されているが、これからも明らか
なように、ゲート電圧が高い程大きなコレクタ電流を流
せることがわかる。一方、現在のＩＧＢＴではこのラッ
チアップ電流は極めて大きいと云う程のレベルではなく
、このためゲート電圧を成る程度以下に抑えないと、高
電圧印加時のコレクタ電流がラッチアップ電流を越えて
しまう程度のレベルにある。そこで、過電流保護を行な
う場合は、ゲート電圧を所定値以下に制限して適用せざ
るを得ないことになる。ところが、ゲート電圧を下げる
ことは、常用するコレクタ電流域でのオン電圧を高める
ことになり、適用上好ましくない。このため、ゲート電
圧は過電流保護が可能な範囲で、できるだけ高く設定し
て用いるようにしているのが現状である。
て３本の特性曲線が示されているが、これからも明らか
なように、ゲート電圧が高い程大きなコレクタ電流を流
せることがわかる。一方、現在のＩＧＢＴではこのラッ
チアップ電流は極めて大きいと云う程のレベルではなく
、このためゲート電圧を成る程度以下に抑えないと、高
電圧印加時のコレクタ電流がラッチアップ電流を越えて
しまう程度のレベルにある。そこで、過電流保護を行な
う場合は、ゲート電圧を所定値以下に制限して適用せざ
るを得ないことになる。ところが、ゲート電圧を下げる
ことは、常用するコレクタ電流域でのオン電圧を高める
ことになり、適用上好ましくない。このため、ゲート電
圧は過電流保護が可能な範囲で、できるだけ高く設定し
て用いるようにしているのが現状である。
しかしながら、実際の装置で過電流状態が発生すると、
このときのゲート電圧がゲートドライブ回路よシ供給し
ている電圧を上回わることがあシ、その結果、想定した
値よりも大きな電流が流れることが判明している。
このときのゲート電圧がゲートドライブ回路よシ供給し
ている電圧を上回わることがあシ、その結果、想定した
値よりも大きな電流が流れることが判明している。
第４図はこのことを説明するための、短絡事故時の等価
回路を示す回路図であシ、第５図はその動作を説明する
ための各部波形図である。なお、第４図において、ｌは
ＩＧＢＴ、 ３は抵抗、１１はスイッチ、１２は直流電
源である。
回路を示す回路図であシ、第５図はその動作を説明する
ための各部波形図である。なお、第４図において、ｌは
ＩＧＢＴ、 ３は抵抗、１１はスイッチ、１２は直流電
源である。
こ＼で、短絡直前のＩＧＢＴ １のコレクタ・エミッタ
間電圧は略Ｏｖである。この状態で、スイッチ１１を第
５図（ロ）の如く閉成すると短絡回路が形成され、これ
によ、り ＩＧＢＴ １のコレクタ・エミッタ間には第
５図（）１）の如きステップ状の電圧ＶＣＩが印加され
る。ＩＧＢＴは、実際には第６図の如く各端子間にコン
デンサが存在するので、そのコレクタ・ゲート間の容量
をＣＣ０、ゲート・エミッタ間のそれをＣＧＩ、コレク
タ・エミッタ間に印加される電圧をＥｄとすると、主回
路の直流電源１２の電圧によ５ ＩＧＢＴのゲート電圧
が次式による分だけ、すなわち第５図（イ）にΔｖＧｘ
で示す分だけ上昇することになる。
間電圧は略Ｏｖである。この状態で、スイッチ１１を第
５図（ロ）の如く閉成すると短絡回路が形成され、これ
によ、り ＩＧＢＴ １のコレクタ・エミッタ間には第
５図（）１）の如きステップ状の電圧ＶＣＩが印加され
る。ＩＧＢＴは、実際には第６図の如く各端子間にコン
デンサが存在するので、そのコレクタ・ゲート間の容量
をＣＣ０、ゲート・エミッタ間のそれをＣＧＩ、コレク
タ・エミッタ間に印加される電圧をＥｄとすると、主回
路の直流電源１２の電圧によ５ ＩＧＢＴのゲート電圧
が次式による分だけ、すなわち第５図（イ）にΔｖＧｘ
で示す分だけ上昇することになる。
こ＼で、例えばＣｃｃ／Ｃｃｇ ＝ ０．０１、Ｅｄ
＝ ３００ とすると、 ΔＶＧ、 −３ の電圧上昇が生じ、その結果、ゲート電圧がドライブ回
路の電圧を大きく上回わり、大きなコレクタ電流が流れ
ることになる。このような場合にもラッチアップしない
ようにするＫは、この電圧上昇分を考慮してドライブ回
路の電圧を低くしておけばよいが、このようにすると、
前述の如く常用のコレクタ電流領域でのオン′成圧まで
が高くなってしまう。
＝ ３００ とすると、 ΔＶＧ、 −３ の電圧上昇が生じ、その結果、ゲート電圧がドライブ回
路の電圧を大きく上回わり、大きなコレクタ電流が流れ
ることになる。このような場合にもラッチアップしない
ようにするＫは、この電圧上昇分を考慮してドライブ回
路の電圧を低くしておけばよいが、このようにすると、
前述の如く常用のコレクタ電流領域でのオン′成圧まで
が高くなってしまう。
一万、これまでの説明ではドライブ回路側の出力インピ
ーダンスが高い、すなわち第４図の抵抗３が大きい場合
を想定している。これは、例えば第４図の抵抗３をθ°
とすると、ゲート１圧はドライブ回路の電圧を上回わる
ことはないが、ＩＧＢＴではターンオフ時にもラッチア
ップすると云う現象があムこれを避けるために５０〜１
００ の如く比較的大きな抵抗を介してドライブしな
ければならないと云う理由に依るものである。したがつ
て、この程度の抵抗があれば、ドライブ回路側はともか
く、ゲート電圧の上昇だけを考えれば良いことになる。
ーダンスが高い、すなわち第４図の抵抗３が大きい場合
を想定している。これは、例えば第４図の抵抗３をθ°
とすると、ゲート１圧はドライブ回路の電圧を上回わる
ことはないが、ＩＧＢＴではターンオフ時にもラッチア
ップすると云う現象があムこれを避けるために５０〜１
００ の如く比較的大きな抵抗を介してドライブしな
ければならないと云う理由に依るものである。したがつ
て、この程度の抵抗があれば、ドライブ回路側はともか
く、ゲート電圧の上昇だけを考えれば良いことになる。
なお、短絡後に時間の経過と＼もに、；レクタ電流が第
５図（ニ）の如く減少するのは、上述のコンデンサによ
る蓄積電荷が抵抗を介して放電さヘゲートに圧がドライ
ブ回路の電圧に向かって減少して行くためである。
５図（ニ）の如く減少するのは、上述のコンデンサによ
る蓄積電荷が抵抗を介して放電さヘゲートに圧がドライ
ブ回路の電圧に向かって減少して行くためである。
したがって、この発明は過電流の到達値がドライブ回路
の出力電圧値で決まる値を越えないようにして、ドライ
ブ回路の出力電圧を高目に設定できるようにし、過電流
保護を可能としながら、常用のコレクタ電流域では低い
オン電圧が得られるようにすることを目的とする。
の出力電圧値で決まる値を越えないようにして、ドライ
ブ回路の出力電圧を高目に設定できるようにし、過電流
保護を可能としながら、常用のコレクタ電流域では低い
オン電圧が得られるようにすることを目的とする。
Ｉ ＧＢＴ素子のゲート端子とゲート駆動用電源の正側
端子との間にダイオードを接続する。
端子との間にダイオードを接続する。
上記ダイオードにより、ＩＧＢＴのゲート・エミッタ開
成圧の最大値がゲート駆動用電源回路の電圧値を越えな
いようにクランプ（制限）シ、過電流の尖頭地（ピーク
値）’ｆｃ抑制してラッチアップの防止を図る。
成圧の最大値がゲート駆動用電源回路の電圧値を越えな
いようにクランプ（制限）シ、過電流の尖頭地（ピーク
値）’ｆｃ抑制してラッチアップの防止を図る。
第１回はこの発明の実施例を示す回路図である。
同図において、１はＩＧＢＴ、 ２はゲート駆動用電源
、３，４．５は抵抗、６，７．８はトランジスタ、９は
フォトカプラ、１０はダイオードである。
、３，４．５は抵抗、６，７．８はトランジスタ、９は
フォトカプラ、１０はダイオードである。
こ＼では、ＩＧＢＴＩをオン、オフ駆動する九めの駆動
信号は、フォトカプラ９により絶縁して与えられる。い
ま、フォトカプラ９の一次側に電流を流すと、フォトカ
プラ９はオンとな９、トランジスタ６がオフとなる。こ
れにより、トランジスを介して加わる。−万、７オトカ
プラ９の一次側の電流をしゃ断すると、フォトカプラは
オフし、トランジスタ６がオンする。従って、トランジ
スタ７はオフとなり、トランジスタ８がオンしてＩＧＢ
Ｔ １のゲート・エミッタ間容量ＣＧＥに蓄積された電
荷を抵抗３を介して放出する。
信号は、フォトカプラ９により絶縁して与えられる。い
ま、フォトカプラ９の一次側に電流を流すと、フォトカ
プラ９はオンとな９、トランジスタ６がオフとなる。こ
れにより、トランジスを介して加わる。−万、７オトカ
プラ９の一次側の電流をしゃ断すると、フォトカプラは
オフし、トランジスタ６がオンする。従って、トランジ
スタ７はオフとなり、トランジスタ８がオンしてＩＧＢ
Ｔ １のゲート・エミッタ間容量ＣＧＥに蓄積された電
荷を抵抗３を介して放出する。
こ＼で短絡事故時を考えると、ＩＧＢＴのコレクタ・エ
ミッタ間にステップ状に印加された電圧によって、コレ
クタ・ゲート間の容量ａｃＧを介して同図の実線のルー
トで底流が流れ、これに伴ないゲート・工ずツタ間電圧
ＶＧＥが上昇する。この電圧ＶＧＩＣが電源電圧を越え
るとダイオード１０が導通し、同図の一点鎖線のルート
で電流がバイパスされる結果、ゲート電圧’／ＧＥはほ
ぼ電源電圧に等しい値にクランプ（制限）される。
ミッタ間にステップ状に印加された電圧によって、コレ
クタ・ゲート間の容量ａｃＧを介して同図の実線のルー
トで底流が流れ、これに伴ないゲート・工ずツタ間電圧
ＶＧＥが上昇する。この電圧ＶＧＩＣが電源電圧を越え
るとダイオード１０が導通し、同図の一点鎖線のルート
で電流がバイパスされる結果、ゲート電圧’／ＧＥはほ
ぼ電源電圧に等しい値にクランプ（制限）される。
〔発明の効果〕
この発明によれば、ＩＧＢＴのゲート端子とゲート駆動
用電源の正側端子との間にダイオードを接続するように
したので、ＩＧＢＴのゲート・エミッタ間電圧の最大値
を上記電源電圧にクランプすることが可能となり、ゲー
ト・エミッタ間の過電圧による破壊を防止できると共に
短絡事故時の過電流の尖頭値（ピーク値）を抑制できる
利点がもたらされる。
用電源の正側端子との間にダイオードを接続するように
したので、ＩＧＢＴのゲート・エミッタ間電圧の最大値
を上記電源電圧にクランプすることが可能となり、ゲー
ト・エミッタ間の過電圧による破壊を防止できると共に
短絡事故時の過電流の尖頭値（ピーク値）を抑制できる
利点がもたらされる。
第１図はこの発明の実施例を示す回路図、第２図はＩＧ
ＢＴを示す等価回路図、第２Ａ図はＩ ＧＢＴのシンボ
ルを示す回路記号図、第３図はＩ ＧＢＴの出力特性を
示す特性図、第４図は短絡事故時を説明するための等価
回路図、第５図はその動作を説明するための説明図、第
６図はＩＧＢＴの端子間容量を含む等価回路図である。 符号説明 １・・・ＩＧＢＴ． ２・・・ゲート駆動用電源、３，
４。 ５、２４・・・抵抗、６，７，８．２２．２３・・・ト
ランジスタ、９・・・フォトカプラ、１０・・・ダイオ
ード、１１・・・スイッチ、１２・・・直流電源（主回
路電源）、２１・・・ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ。 代理人 弁理士 並 本 昭 夫 代理人 弁理士 松 崎 清 第１図 第３図 第４図 第５図 第６図
ＢＴを示す等価回路図、第２Ａ図はＩ ＧＢＴのシンボ
ルを示す回路記号図、第３図はＩ ＧＢＴの出力特性を
示す特性図、第４図は短絡事故時を説明するための等価
回路図、第５図はその動作を説明するための説明図、第
６図はＩＧＢＴの端子間容量を含む等価回路図である。 符号説明 １・・・ＩＧＢＴ． ２・・・ゲート駆動用電源、３，
４。 ５、２４・・・抵抗、６，７，８．２２．２３・・・ト
ランジスタ、９・・・フォトカプラ、１０・・・ダイオ
ード、１１・・・スイッチ、１２・・・直流電源（主回
路電源）、２１・・・ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ。 代理人 弁理士 並 本 昭 夫 代理人 弁理士 松 崎 清 第１図 第３図 第４図 第５図 第６図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ＩＧＢＴに過電流が流れたときはこれをターンオフし、
過電流をしや断して素子破壊を防止するＩＧＢＴの過電
流保護回路において、 該ＩＧＢＴのゲート端子とゲート駆動用電源の正側端子
との間にダイオードを接続し、ＩＧＢＴのゲート・エミ
ッタ間電圧の最大値を駆動用電源電圧値に制限すること
を特徴とするＩＧＢＴの過電流保護回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61241410A JPS6395728A (ja) | 1986-10-13 | 1986-10-13 | Ｉｇｂｔの過電流保護回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61241410A JPS6395728A (ja) | 1986-10-13 | 1986-10-13 | Ｉｇｂｔの過電流保護回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6395728A true JPS6395728A (ja) | 1988-04-26 |
| JPH0531323B2 JPH0531323B2 (ja) | 1993-05-12 |
Family
ID=17073874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61241410A Granted JPS6395728A (ja) | 1986-10-13 | 1986-10-13 | Ｉｇｂｔの過電流保護回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6395728A (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| EP0388616A2 (en) * | 1989-03-08 | 1990-09-26 | Hitachi, Ltd. | Overcurrent protective circuit for electrostatic self-turn-off devices |
| JPH0431830U (ja) * | 1990-07-05 | 1992-03-16 | ||
| JPH04337919A (ja) * | 1991-05-15 | 1992-11-25 | Mitsubishi Electric Corp | パワー素子の過電流保護装置 |
| EP0810731A2 (en) | 1996-05-28 | 1997-12-03 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Voltage-controlled transistor drive circuit |
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-
1986
- 1986-10-13 JP JP61241410A patent/JPS6395728A/ja active Granted
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