KR100218220B1 - 절연 게이트 트랜지스터 구동회로 - Google Patents

절연 게이트 트랜지스터 구동회로 Download PDF

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KR100218220B1
KR100218220B1 KR1019960034848A KR19960034848A KR100218220B1 KR 100218220 B1 KR100218220 B1 KR 100218220B1 KR 1019960034848 A KR1019960034848 A KR 1019960034848A KR 19960034848 A KR19960034848 A KR 19960034848A KR 100218220 B1 KR100218220 B1 KR 100218220B1
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다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시
미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

콜렉터 전류의 차단동작 기간에서의 서지전압을 억제하면서 스위칭 손실을 저감할 수 있는 IGBT 구동회로를 실현한다.
콜렉터 전류의 차단과정을 이미터 콜렉터간 전압회복 기간과 콜렉터 전류차단기간으로 나누어, 이미터 콜렉터간 전압 회복기간에는 게이트 저항을 작게하고, 콜렉터 전류 차단기간에는 게이트 저항을 크케하므로서, 차단시간을 단축하고 스위칭 손실을 저감시키는 동시에 서지전압을 억제한다.

Description

절연 게이트 트랜지스터 구동회로
제1도는 이 발명의 실시의 형태 1에 의한 IGBT의 구동회로의 구성도.
제2도는 이 발명의 실시의 형태 1에 의한 IGBT의 구동회로에서의 각부의 전압전류파형도.
제3도는 이 발명의 실시의 형태 1에 의한 다른 IGBT의 구동회로의 구성도.
제4도는 이 발명의 실시의 형태 2에 의한 IGBT의 구동회로의 구성도.
제5도는 이 발명의 실시의 형태 3에 의한 IGBT의 구동회로의 구성도.
제6도는 이 발명의 실시의 형태 3에 의한 IGBT의 구동회로에서의 각부의 전압전류파형도.
제7도는 이 발명의 실시의 형태 4에 의한 IGBT의 구동회로의 구성도.
제8도는 이 발명의 실시의 형태 4에 의한 IGBT의 구동회로에서의 각부의 전압전류파형도.
제9도는 이 발명의 실시의 형태 4에 의한 다른 IGBT의 구동회로의 구성도.
제10도는 이 발명의 실시의 형태 5에 의한 IGBT의 구동회로의 구성도.
제11도는 이 발명의 실시의 형태 5에 의한 IGBT의 구동회로에서의 각부의 전압전류파형도.
제12도는 이 발명의 실시의 형태 5에 의한 다른 IGBT의 구동회로의 구성도.
제13도는 제12도에서의 동작상태를 표시하는 타임차트.
제14도는 이 발명의 실시의 형태 5에 의한 다른 IGBT의 구동회로의 구성도.
제15도는 이 발명의 실시의 형태 5에 의한 다른 IGBT의 구동회로의 구성도.
제17도는 이 발명의 실시의 형태 5에 의한 다른 IGBT의 구동회로의 구성도.
제18도는 종래의 IGBT 구동회로의 구성도.
제19도는 종래의 IGBT 구동회로에서의 각 부의 전압전류파형도.
제20도는 종래의 IGBT 구동회로의 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : IGBT 2 : 스위칭소자
3 : 스위칭소자 4 : 케이트저항
5 : 게이트저항 전환스위칭소자 6 : 미분회로
7 : 비교기 8 : 케이트 이미터간 정전용량 전환회로
9 : 케이트 전압 전환회로 10 : 콜렉터 이미터간 전압검출회로
11 : 정상 전압 취입수단 12 : 연산기능부착 기억회로
이 발명은, 절연 케이트 트랜지스터 구동회로에 관해, 특히 인버터 회로 적용시의 차단시 전압서지의 저감 및 스위칭 손실의 저감을 도모한 절연 게이트 트랜지스터 구동회로에 관한 것이다.
[종래기술]
절연 게이트 트랜지스터를 사용한 많은 파워스위칭회로가 제안되어 있다. 절연 게이트 트랜지스터에는, 절연 게이트가 있고, 바이폴라 모드로 동작하는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor : 이하 IGBT라 칭한다)나, 절연 게이트를 갖고 전계효과 모드로 동작하는 절연 케이트 전계효과 트랜지스터(Insulated gate Field Effect Transistor), 또는 MOS형 전계효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor field Effect Transistor)등이 있다.
게이트 구동회로의 일예로서, 일본국 특공평 5-31323호 공보에 기재된 초퍼회로를 제18도에 표시한다.
도면에서 1은 IGBT이며, IGBT(1)은 케이트 G, 이미터 E, 콜렉터 C, 콜렉터 게이터간 정전용량 CCG, 게이트 이미터간 정전용량 CGE를 갖고 있다.
2 및 3은 스위칭소자이며, 스위칭소자(2)는 IGBT(1)을 도통시킬 때 도통해서 +의 전압을 게이트 G에 인가하고, 스위칭소자(3)는 IGBT(1)을 차단시킬 때 도통해서 게이트(G)에 인가하는 전압을 0으로 한다.
4는 케이트 G의 충방전시정수를 정하는 게이트 저항, 20은 전압이 VD인 직류전원, 21은 다이오드, 22는 부하장치이고 부하회로의 배선 인덕턴스를 L로 표시하고 있다.
23은 제어신호를 발생하는 제어신호발생신호, 24는 구동회로 전원이다.
IGBT(1)에서는 게이트 이미터간에 어떤 +의 전압을 인가하면 콜렉터 이미터가 도통하고 게이트 이미터간의 전압이 임계레벨 VTH이하가 되면 차단된다.
다음 동작에 대해 설명한다.
제어신호발생회로(23)로부터의 제어신호에 의해 스위칭소자(2)를 도통시켜 스위칭소자(3)를 차단하면, 케이트(G)에는 게이트저항(4)을 통해서 +의 전압이 인가되어서, IGBT(1)가 도통하고, 직류전원(20)으로부터 부하(22)에 콜렉터전류 IC가 흐른다.
다음에, 스위칭소자(2) 및 (3)의 도통, 차단을 역전시키면, 게이트 G에 인가하고 있는 전압이 감쇄해서, 곧 임계레벨 VTH이하가 되면 콜렉터전류 IC는 차단되고, 부하(22)에 흐르고 있는 전류는 다이오드(2)를 통해서 환류한다.
IGBT(1)의 차단 동작기간의 각 부의 전압 및 전류파형을 제19도에 표시한다.
도면에서 VS는 스위칭소자(2) 및 (3)의 접속점의 전압, VGE는 게이트 이미터간 전압, VCE는 콜렉터 이미터간 전압, IC는 콜렉터전류를 표시하고, 또 콜렉터전류 IC와 콜렉터 이미터간 전압 VCE의 적을 PCE로 표시한다.
PCE의 면적이 차단 동작기간의 스위칭손실에 상당한다.
시각 T1에서 스위칭소자(2) 및 (3)의 접속점의 전압 VS가 0이 되면, 콜렉터 게이트간 정전용량 CGE에 축적된 전하가 게이트저항(4)을 통해서 방전하고, 게이트 이미터간 전압 VGE이 감쇄된다.
시각 T2에서 게이트 이미터간 전압 VGE가 IGBT(1)고유의 어는 전압 레벨이 되면, 콜렉터 이미터간 전압 VCE이 상승하기 시작한다.
이 전압상승에 따라 전류가 콜렉터 게이트간 정전용량 CCG을 통해서 게이트 G에 흐르기 때문에 콜렉터 이미터간 전압 VCE이 전원 전압 VD와 같아지는 시각 T3까지는 게이트 이미터간 전압 VGE의 감소가 억제된다.
콜렉터 이미터간 전압 VGE가 전원전압 VD보다도 커지면, 게이트 이미터간 전압 VGE이 다시 감소하기 시작해 동시에 콜렉터 전류 IC도 감소하기 시작한다.
그리고, 콜렉터 이미터간 전압 VGE는 배선인덕턴스(L)와 콜렉터전류 IC의 변화율의 적에 상당하는 LㆍdIC/dt 만큼 전원전압으로부터 상승한다.
시각 T4에서 게이트 이미터간 전압 VGE가 임계레벨 VTH전압까지 감쇄하면, 콜렉터 전류 IC는 차단된다.
IGBT(1)의 능력을 유효하게 활용하기 위해서는 보다 높은 전원전압에서 사용하는 동시에 스위칭손실을 포함하는 소자의 손실을 작게 할 필요가 있다.
높은 전원전압에서 사용하는 데는 IGBT소자에 인가되는 전압이 그 소자의 내전압치를 초과하는 일이 없도록 스위칭시에 발생하는 서지전압 △VCE를 낮게 억제하여야 한다.
IGBT에서는 게이트저항(4)의 저항치 rG를 크게하므로서, 차단시의 콜렉터의 전류번화율을 작게할 수 있다.
그러나, 게이트저항(4)의 저항치 rG를 크게 해서 콜렉터 전류의 변화율을 작게하면, 콜렉터 전류 IC를 차단동작하는 데 필요한 시간이 길어지므로, 스위칭손실이 증대한다는 문제가 생긴다.
이런 문제점을 해소하는 방법으로서 일본국 실개평 6-24393호 공보에 제20도에 표시하는 구성이 기재되어 있다.
이 구성에서는 저항(4a),(4b),(4c)의 직렬저항군으로 되어 있는 게이트 저항(4), 각 저항(4a),(4b),(4c)의 양단을 단락하도록 접속한 스위치(5a),(5b),(5c)로 되는 스위치군(5)과 IGBT(1)에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출기(25), IGBT(1)로 흐르는 전류에 따라 스위치군(5)을 조작하는 수단(26)을 갖고 있다.
또, 23' 제18도에서의 제어신호발생회로(23), 스위칭소자(2) 및 (3), 구동회로전원(24)의 기능을 포함하고 있다.
통상은 스위치 (5a),(5b),(5c)의 어느 것인가를 닫고, 게이트저항(4)의 저항치를 작게하므로서, 차단 동작기간의 스위칭손실을 억제하고 있으나, 콜렉터 전류 IC가 어느 값이상이 되면 게이트 저항(4)의 저항치를 크게하므로서, 차단 동작기간의 콜렉터 전류 IC의 변화율을 작게하고, 서지전압 △VCE를 억제하고 있다.
종래의 IGBT 구동회로는 이상과 같이 구성되어 있으므로, 서지전압을 억제하려고 하면 콜렉터 전류가 클때는 게이트 저항의 저항치를 크게할 필요가 있고 필연적으로 스위칭 손실이 증대한다는 문제가 있었다.
이 발명은 이런 문제점을 없이하고, 종래의 IGBT 구동회로에 비해 콜렉터 전류의 차단 동작기간에서의 서지전압을 억제하면서 스위칭손실을 저감시킬 수가 있는 IGBT 구동회로를 실현시키는 것을 목적으로 한다.
[문제 해결을 위한 수단]
이 발명의 절연 케이트 트랜지스터 구동회로에서는 절연 게이트 트랜지스터의 도통 및 차단을 제어하는 게이트 신호를 게이트 저항회로를 통해서 절연 게이트 트랜지스터의 게이트에 인가하는 동시에 절연 게이트 트랜지스터의 동작 상태를 검출하는 동작상태 검출수단에 의해 콜렉터 전류의 차단과정에서의 동작상태 검출수단의 검출출력에 따라 절연 게이트 트랜지스터의 동작 파라미터를 조정해서 절연 게이트 트랜지스터의 차단시간을 단축하고 스위칭손실과 서지전압을 억제하고 있다.
동작 상태 검출수단에서는 절연 게이트 트랜지스터의 콜렉터 전류를 검출하고, 또는 절연 게이트 트렌지스터의 콜렉터 이미터간 전압을 검출한다.
조정하는 동작 파라미터로서는 게이트 저항회로의 저항치, 절연 게이트 트랜지스터의 게이트 이미터간 정전용량 또는 절연 게이트 트랜지스터의 게이트 전압을 사용하고 있다.
또 보다 구체적인 절연 게이트 트랜지스터 구동회로에서는 동작 파라미터의 조정 시점을 절연 게이트 트랜지스터의 콜렉터 이미터간 전압과 기준전압과의 비교결과에 의해 구하고 있다.
이 기준전압으로서 일정한 기준전압을 사용하는 것뿐만 아니라, 절연 게이트 트랜지스터의 차단상태에서의 정상 콜렉터 이미터간 전압을 사용하도록 하고 있다.
또, 이 기준전압을 조정가능하게도 하고 있다.
[발명의 실시의 형태]
이하, 이 발명에 의한 각 실시의 형태의 설명에서는 선행하는 설명에서 사용한 것과 동일 또는 상당하는 요소에는 각각 동일한 부호를 붙이고, 중복설명을 생략한다.
[실시의 형태 1]
이 발명에 의한 제1의 실시의 형태인 IGBT구동회로를 제1도에, 차단동작기간에서의 각 부의 각 부의 전압 및 전류파형을 제2도에 표시한다.
IGBT(1)는 전류센서 디바이스(1a)를 내장하고 있으며, 콜렉터 전류 Ic에 비례하는 전류신호를 출력한다.
4a,4b는 게이트 저항, 5는 게이트 저항 전환 스위칭소자, 51은 게이트 저항 전환 스위칭소자(5)의 베이스역바이어스보호다이오드이다.
6은 연산증폭기(61), 저항 RL,RF, 콘덴서 CS등으로 된 미분회로로, 콜렉터 전류 IC의 미분치에 상당하는 신호를 출력한다.
7은 연산증폭기 71, 기준전압 72, 저항 RP등으로 된 비교기로, 미분회로(6)의 출력과 기준전압 VREF를 비교해 미분회로(6)의 출력이 기준전압 VREF를 하회할 때 하이레벨을 출력한다.
게이트 저항 전환스위칭소자(5)는 비교기(7)의 출력신호가 하이레벨일 때 도통해서 게이트저항(4a)을 단락한다.
이와같이 구성된 IGBT구동회로에서는 스위칭소자(3)가 도통해서 전압 VS가 0이 되고, 게이트 이미터간 정전용량 CGE에 축적된 전하의 방전이 시작되는 시각 T1으로부터 콜렉터 이미터간 전압 VCE가 상승하기 시작하는 시각 T2까지는 콜렉터전류 IC의 변화율이 작기 때문에 비분회로(6)의 출력전압 VDIF는 기준전압 VREF보다 작고, 비교기(7)의 출력이 하이레벨이 되므로, 게이트 저항 전환스위칭소자(5)가 도통한다.
이 상태에서는 게이트저항(4a)의 양단이 단락되고, 게이트 회로에는 게이트 저항(4b)만이 접속된 형태가 되므로, 게이트 이미터간 정전용량 CGE에 축적된 전하의 방전시정수는 작고, 게이트 콜렉터간 전압 VGE는 급속하게 감쇄한다.
계속해서, 게이트 콜렉터간 전압 VGE가 상승을 개시하고, 콜렉터전류 IC가 감소하기 시작하는 시각 T3까지는 선행하는 시각 T1으로부터 시각 T2까지의 기간과 같이 콜렉터전류 IC의 변화율은 작고, 비교기(6)출력은 하이레벨을 유지하기 때문에 게이트 저항 전환스위칭소자(5)는 도통되어 있다
이 기간은,
(VGE-Vs)/rG=GGE·dVCE/dt
의 관계가 성립한다.
즉, 게이트저항 rG가 크면 콜렉터 이미터간 전압 VCE의 상승이 완만해지고, 시각 T2로부터 T3까지의 기간이 길며, 또 이 사이의 스위칭손실이 커진다.
그러나, 시각 T2로부터 시각 T3까지의 기간은 상기와 같이 게이트 저항 전환스위칭소자(5)가 도통해 있기 때문에 게이트회로의 저항은 게이트저항(4b)의 저항치만이 되며, 시각 T2로부터 시각 T3까지의 시간이 종래의 IGBT구동회로에 비해 단축된다.
시각 T3에 이르러 콜렉터이미터간 전압 VCE가 전원전압 VD보다 크게 도면 콜렉터 전류 IC가 감소하기 시작하므로 그 변화율은 크고, 미분회로(6)의 출력전압 VDIF도 커지며, 비교기(7)의 출력이 0레벨이 되어 게이트 전환스위칭소자(5)를 차단하고, 게이트회로에는 게이트저항(4a) 및 (4b)가 직렬로 삽입된 형태가 되고, 게이트 콜렉터간 전압 VGE의 감쇄시정수가 커진다.
이결과, 콜렉터 전류 IC의 변화율이 억제되고 배선인덕턴스 L에 기인하는 서지전압 △VCE도 억제된다.
서지전압의 최대치는 다음식에 의해 구할 수가 있다.
단, (dIC/dt)max는 dIC/dt 의 최대치를 표시한다.
이와같이 콜렉터 전류 IC의 차단과정에서 서지전압△VCE를 억제하고, 또 스위칭손실의 발생기간을 단축할 수 있으므로 스위칭손실을 대폭적으로 억제할 수 있게 된다.
이상의 설명에서는 연산증폭기를 사용한 미분회로 및 비교기를 사용하였으나 제3도에 표시한 바와같이 CR미분회로를 사용할 수도 있다.
미분회로(6)는 저항 RL, 콘덴서 CS, 풀업저항RP로 구성되어 있다.
이와같이 구성된 IGBT구동회로에서는 제2도를 사용해서 설명한 바와같이 시각 T1으로부터 시각 T3까지는 미분회로(6)의 출력전압 VDIF가 풀업저항RP에 의해 하이레벨로 유지되고, 게이트 저항 전환스위칭소자(5)가 도통해서 게이트저항(4a)을 단락하며, 시각 T3로부터 시각 T4까지는 미분회로(6)의 출력전압 VDIR가 저하해서 게이트 저항 전환스위칭소자(5)를 차단하고, 제1도의 것과 동등하게 동작한다.
이와같이 구성하면 회로구성이 간단해지고 IGBT구동회로를 보다 값싸게 실현할 수가 있다.
게이트 저항 전환스위칭소자(5)를 제어하는 수단으로서 연산증폭기를 사용하는 경우와 CR미분회로를 사용하는 경우에 대해 설명하였으나, 이 2개의 수단에 한정되는 것은 아니고, 요컨대, 콜렉터 전류 IC의 변화율에 따라 게이트 저항 전환스위칭소자(5)를 제어하면 이 발명의 목적을 달성할 수가 있다.
[실시의 형태 2]
이 발명에 의한 제2의 실시의 형태인 IGBT 구동회로를 제4도에 표시한다.
6은 콜렉터 전류 IC의 변화율에 상당하는 신호를 얻는 미분회로블록, 8은 게이트 이미터간 정전용량 전환회로로, 비교기(81), 전환스위치(82) 및 (83), 콘덴서 C로 구성된다.
미분회로(6)의 검출출력이 없는 경우에는 전환스위치(82)를 개방하고 (83)를 폐쇄하도록 되어 있다.
이와같이 구성된 IGBT 구동회로에서는 콜렉터 전류 IC의 차단과정전기, 즉 실시의 형태1에서의 시각 T1으로부터 T3까지의 기간에는 콜렉터 전류 IC의 변화율 dIC/dt가 작기 때문에 콘덴서 C는 충전되어 있다.
한편, 게이트 이미터간 정전용량 CGE에 축적된 전하는 게이트저항(4)의 저항치 rG로 결정되는 방전시정수로 방전되기 때문에, 저항치 rG을 적당히 선택하므로서, 실시의 형태 1과 같은 소망의 방전시정수를 얻을 수 있다.
차단과정후기, 즉 실시의 형태 1에서의 시각 T3이후의 기간, 콜렉터 이미터간 전압 VCE가 직류전압 VD보다도 커지면, 콜렉터 전류의 변화율 dIC/dt가 커지고, 미분회로(6)의 검출출력에 의해 전환스위치(82)가 폐쇄되고(83)는 개방된다.
이 상태에서는, 게이트 이미터간 정전용량 CGE와, 콘덴서 C가 병렬로 접속되고 게이트 저항(4)을 거쳐 방전되기 때문에 차단과정 전기에 비해 방전 시정수가 커진다.
이 때문에 게이트 저항(4)의 저항치 rG및 콘덴서 C의 정전용량을 적당히 선택하므로서 실시의 형태 1과 같은 소망의 방전시정수를 얻을 수가 있고, 콜렉터 전류 IC의 변화율을 억제하며, 배선 인덕턴스 L에 기인하는 서지전압 △VCE를 소망하는 값까지 억제할 수가 있다.
이렇게 구성하므로서 게이트 저항을 소비전력이 큰 하나의 저항기로 실현할 수 있으므로 IGBT 구동회로를 보다 신뢰성이 높고 또 값싸게 실현할 수가 있다.
미분회로(6)의 검출출력에 의해 동작하는 전환스위치(82) 및 (83)에 대해서는 표현상의 이유로부터 기계적 스위치를 사용해서 설명하고 있으나 실제로는 전자적인 스위치수단을 사용하는 것은 말할 나위없다.
이후의 설명에서는 같은 표현을 취하는 부분이 있으나, 특히 설명을 가하지 않는다.
[실시의 형태 3]
이 발명에 의한 제3의 실시의 형태인 IGBT 구동회로를 제5도에, 각부에 전압 및 전류파형을 제6도에 표시한다.
6은 미분회로, 9는 게이트 전압 제어회로로 게이트 회로 전환스위칭소자91, 게이트 회로 전환스위칭소자 91용의 베이스역바이어스 보호다이오드 92, 저항 RL9, 게이트 회로 전환스위칭소자 91용의 베이스 저항 RB로 되어 있다.
이와같은 구성된 IGBT 구동회로에서는 시각 T2로부터 시각 T3의 사이는 게이트 이미터간 정전용량 CGE에 축적된 전하는 게이트 저항(4)의 저항치로 결정되는 방전시정수로 방전하기 때문에 게이트 저항(4)의 저항치를 적당히 선택하므로서 실시의 형태1과 같은 소망하는 방전시정수를 얻을 수가 있다.
또 시각 T3로부터 시각 T4사이는 콜렉터 전류 IC의 변화율 dIC/dt가 커지므로 미분회로(6)의 출력이 로레벨이 되어 게이트 회로 전환스위칭소자(91)의 베이스 이미터간이 순바이어스되므로, 게이트 회로 전환스위칭소자(91)가 도통되고, 저항 RL9와 게이트 저항(4)의 분압비에 의해 게이트 전압을 높이게 되므로 게이트 저항(4)의 저항치와의 관계로부터 저항 RL9의 저항치를 적당히 선택하므로서 시각 T3로부터 시각 T4까지의 기간을 소망하는 시간으로 할 수가 있다.
이와같이 구성하므로서, 이 발명의 실시의 형태 1에 의한 IGBT 구동회로와 같이 게이트 저항을 소비전력이 큰 한 개의 저항기로 실현할 수 있으며, 또 회로구성이 간단해 지고, IGBT 구동회로를 보다 신뢰성이 높고 또 값싸게 실현시킬 수가 있다.
[실시의 형태 4]
이 발명에 의한 제4의 실시의 형태인 IGBT 구동회로를 제7도에, 각부에 전압 및 전류파형을 제8도에 표시한다.
이는 제3도를 사용해서 설명한 IGBT 구동회로의 전류센서 디바이스(1a)와 미분회로(6)사이에 다이오드(62) 및 (63)을 역병렬에 접속한 것이다.
IGBT(1)의 차단동작기간에서 다이오드(62),(63)는 전류센서 디바이스(1a)에 흐르는 전류에 아래와 같은 영향을 초래한다.
시각 T3로부터 시각 T4의 사이, 콜렉터 이미터간 전압 VCE이 상승하면, 콜렉터 전류 IC는 감소하기 시작하나, 다이오드(62) 및 (63)의 순방향 전압 강하분 만큼 바이어스를 가산하는 형태가 되기 때문에 겉보기에 콜렉터 전류의 감소가 빨리 발생하게 된다.
이는 콜렉터 전류 IC의 변화율 dIC/dt를 미소시간 △t만큼 빨리 검출하는 것에 상당하기 때문에 콜렉터 전류 IC가 변화하는 것보다도 시간 △t만큼 빨리 후단의 게이트 저항 전환스위칭소자(5)에 신호를 출력하게 되어 콜렉터 전류 IC가 급격히 변화하기 시작하는 초기의 서지전압을 억제할 수가 있다.
본 실시의 형태의 사고방식은, 상술한 실시의 형태 1~3의 어느 것에도 적용할 수가 있다.
이상에 설명한 실시의 형태 1~4에서는 어느 것이나 IGBT(4)가 전류센서 디바이스(1a)를 내장하는 것으로 하였으나, 예를들어 제9도에 표시하는 바와같이, 전류센서 디바이스(1a)대신에 독립해서 설치한 콜렉터 전류 검출기(1b)와 증폭기(1c)를 조립해서 사용할 수도 있다.
이렇게 구성하므로서 IGBT에 전류 센서 디바이스를 내장할 필요가 없어지고, 또 콜렉터 전류 IC와 검출전류의 비율설정의 자유도가 증가하기 때문에 요소선정의 자유도가 증가한다.
[실시의 형태 5]
이미 설명한 실시의 형태 1~4에서는 IGBT의 콜렉터 전류를 검출하고, 그 변화율에 따라 게이트 저항회로의 동작을 전환하여 스위칭손실 및 서지전압을 억제하도록 구성하고 있으나, IGBT의 콜렉터 이미터간 전압에 따라 게이트 저항회로의 동작을 전환하여 스위칭손실 및 서지전압을 억제하도록 구성할 수도 있다.
이 발명에 의한 제5도의 실시의 형태인 IGBT 구동회로를 제10도에 표시한다.
10은 분압저항 RD1및 RD2로 되는 콜렉터 이미터간 전압검출회로이고, 분압한 검출전압을 비교기(7)로 기준전압 VREF와 비교해서, 게이트 저항 전환스위칭소자(5)를 도통 또는 차단하고, 게이트 저항을 전환한다.
제1도를 사용해서 설명한 IGBT 구동회로라는 것은 게이트 저항회로의 동작전환을 콜렉터 이미터간 전압 VCE에 따라 하고 있는 것을 제외하고, 동등하게 작용한다.
단, 분압저항 RD1및 RD2에 의한 분압비 및/또는 기준전압 VREF를 적당히 선택하므로서 콜렉터 이미터간 전압 VCE가 임의의 값을 취하는 시점에서 게이트 저항의 전환을 하도록 설정하는 것이 가능하다.
회로구성이 간단하고, 미분회로를 사용하는 것이 없기 때문에 노이즈에 대해서도 신뢰성이 높다.
제11도는 이 실시의 형태에서의 각부의 전압 및 전류파형의 일예를 표시한다.
또, T3A에서 게이트 저항의 전환시점을 표시하고 있다.
게이트 저항의 전환시점 T3A에서의 콜렉터 이미터간 전압을 VCE(T3A)로 하면, 기준전압을 VREF, 분압저항 RD1, R2의 저항치를 rD1, rD2로서 다음과 같이 표시할 수가 있다.
제12도에 표시하는 IGBT 구동회로는 제10도를 사용해서 설명한 IGBT 구동회를 발전시킨 것으로, 전원전압이 변동하여도 서지전압 및 스위칭 손실을 확실하게 억제할 수 있도록 한 것이다.
이 IGBT 구동회로에서는 제10도에서의 기준전압 VREF로서, IGBT(1)의 콜렉터 전류차단과장에 선행하는 차단기간에서의 정상 콜렉터 이미터간 전압 신호를 사용하도록 하고 있다.
11은 정상 전압 취입수단으로, 지연회로(111), 제1의 원샷회로(112), 제2의 원샷회로(113), 콘덴서 CREF, 전압취입스위치(114), 방전스위치(115), 방전저항 RDCH로 되어 있다.
제13도는 정상 전압 취입수단(11)의 동작타이밍 차트이다.
제어신호 발생회로(23)의 차단신호의 발생시점으로부터 지연회로(111)의 설정시간만큼 늦은 타이밍으로 제1의 원샷회로(112)를 동작시켜 소정시간 방전스위치(115)를 폐쇄시키고 콘덴서 CREF에 축적된 전하를 방전저항 RDCH를 통해서 방전한다.
방전스위치(115)를 개방후, 제2의 원샷회로(112)를 동작시켜서 소정시간 전압취입스위치(114)를 폐쇄시키고, 분압 저항 RD1및 RD2에서 분압한 IGBT(1)의 정상콜렉터 이미터간 전압신호를 콘덴서 CREF에 취입한다.
콘덴서 CREF에서 얻어지는 전압 VCREF는
VCREF=VD·rD1/rD1+rD2
로서 구할 수가 있다.
제13도는 IGBT(1), 전압취입스위치(114), 방전스위치(115), 콘덴서 CREF의 동작상태를 표시하는 타이밍차트이다.
이상의 설명에서는 자연회로(111), 제1 및 제2의 원샷회로(112),(113)를 사용하고, 제어신호 발생회로(23)의 차단신호에 따라 콘덴서 CREF로의 전원전압신호의 취입을 하는 것으로 하였으나, 제어신호 발생회로(23)로부터의 신호주기가 변동하는 경우에는 그대로이면 좋지 않은 상태가 발생한다.
이 발명에서는 비교기(7)에서의 기준전압 VREF로서, IGBT(1)의 콜렉터 전류차단과정에 선행하는 차단기간에서의 정산콜렉팅 이미터간 전압을 사용하므로서 전원전압이 변동하여도 서지 전압 및 스위칭 손실을 확실하게 억제하는 것을 목적으로 하고 있기 때문에, 이런 경우에는 IGBT 제어신호와 동기한 동작신호를 제어신호 발생회로(23)에서 생성하고, IGBT(1)의 콜렉터 전류차단과정에서 선행하는 차단기간에서의 정상 콜렉터 이미터간 전압신호를 콘덴서 CREF에 취입할 수 있도록 전압취입스위치(114) 및 방전스위치(115)를 전환하면 된다.
제14도에 표시하는 IGBT 구동회로는 제12도를 사용해서 설명한 IGBT 구동회로를 다시 발전시킨 것으로, 게이트 저항의 전환시점의 조정을 쉽게 하도록 한 것이다.
12는 연산기능부 기억회로이고, 콜렉터 이미터간 전압검출회로(10)로부터의 취입전압을 기억해 이 취입전압에 보정계수를 곱해서 비교기(7)의 기준전압으로서 출력한다.
보정계수를 외부로부터 자유로히 설정할 수 있도록 하여 두므로서 게이트 저항의 전환 시점의 조정을 쉽게 할 수가 있다.
연산기능부 기억회로(12)의 구성은 애널로그 회로적이라도 디지털 회로적이라도 된다.
제15도에 표시하는 IGBT 구동회로는 제10도를 사용해서 설명한 IGBT 구동회로를 간략화한 것으로, 게이트 저항의 전환시점 검출과 게이트 저항의 전환을 보다 간편한 게이트 저항전환수단(13)으로 시행하도록 한 것이다.
게이트 저항 전환수단(13)은 게이트저항 전환시점 검출스위칭소자(131)와 게이트 저항 전환구동회로(132)로 되어 있고, 콜렉터 이미터간 전압 검출회로(10)에서의 검출전압에 의해 게이트 저항 전환시점 검출스위칭소자(131)를 구동하며, 그 출력에 의해 게이트 저항 전환 구동회로(132)를 경유해서 게이트 저항 전환스위칭소자(5)를 구동하고 있다.
게이트 저항 전환시점 검출스위칭소자(131)의 베이스 이미터전압을 VBFE(131)로 하면 다음과 같이 표시할 수 있다.
이때도 저항치 r1및 r2를 적당히 선택하므로서 게이트 저항의 전환시점을 임의로 선택할 수 있다.
제16도에 표시하는 IGBT 구동회로는 제4도를 사용해서 설명한 IGBT 구동회로의 게이트 회로 전환시점 검출을 콜렉터 이미터간 전압검출회로에서의 검출전압에 의해 시행하도록 한 것이다.
또, 제17도에 표시한 IGBT 구동회로는, 제5도를 사용해서 설명한 IGBT 구동회로의 게이트 회로 전환시점 검출을 콜렉터 이미터간 전압 검출회로에서의 검출전압에 의해 시행하도록 한 것이다.
제16도 및 제17도에 표시하는 IGBT 구동회로의 구성과 동작은, 이미 설명한 바와같이 용이하게 양해될 수 있으므로 설명을 생략한다.

Claims (9)

  1. 절연 게이트 트랜지스터의 콜렉터 전류를 검출하고, 콜렉터 전류를 나타내는 제1출력신호를 발생하는 센서와, 콜렉터 전류의 변화율을 나타내는 제2출력신호를 발생하는 센서에 연결된 미분회로를 구버하는 동작상태검출수단과, 절연 게이트 트랜지스터의 게이트에 인가된 전원전압이 제거되고, 절연 게이트 트랜지스터의 콜렉터 전류가 감소된 후, 절연 게이트 트랜지스터의 동작 파라미터를 조정하는 동작상태 검출수단에 연결된 동작 파라미터 조정수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 절연 게이트 트랜지스터 구동회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 동작 파라미터 조정수단은, 미분회로에 결합된 입력과 기준전압에 결합된 기준입력을 갖고, 제2출력신호가 기준전압보다 작을 때, 제3출력신호를 발생하고, 제2출력신호가 적어도 기준전압과 같을 때 제4출력신호를 발생하는 비교기과, 절연 게이트 트랜지스터의 게이트와 직렬로 연결된 저항기와 저항기에 병렬로 접속되는 동시에 비교기에 연결되며, 제3출력신호에 응답하여 저항기를 단락하도록 닫고, 제4출력신호에 응답하여 저항기를 개방하는 스위칭회로로 구성되는 특징으로 하는 절연 게이트 트랜지스터 구동회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 동작 파라미터 조정수단은 절연 게이트 트랜지스터의 게이트에 연결된 제1입력과 제2입력을 갖는 비교기와, 절연 게이트 트랜지스터의 게이트와 비교기의 출력에 각각 연결되어 미분회로에 의해 작동하는 제1 및 제2스위치와 제1 및 제2스위치에 연결된 콘덴서를 구비한 게이트 이미터간 정전용량 스위칭회로로 구성되고, 미분회로는 제2출력신호가 임계치보다 클 때, 절연 게이트 트랜지스터의 게이트 이미터간 정전용량과 병렬로 절연 게이트 트랜지스터의 게이트에 콘덴서를 접속하고, 제2출력신호가 임계치보다 작을 때, 절연 게이트 트랜지스터의 게이트로부터 콘덴서를 분리하도록 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 절연 게이트 트랜지스터 구동회로.
  4. 제1항에 있어서, 동작 파라미터 조정수단은, 미분회로에 결합된 스위칭회로를 구비한 게이트 전압 제어회로와, 스위칭회로와 절연 게이트 트랜지스터의 게이트사이에 직렬로 연결된 제1저항을 갖는 저항기와, 스위칭회로에 연결된 전원을 구비하고, 절연 게이트 트랜지스터의 게이트에 연결된 제2저항을 갖는 게이트 저항기와, 제2출력신호에 응답하여 전원으로부터 절연게이트 트랜지스터의 게이트로 제1저항과 제2저항의 비에 비례하는 전압을 인가하여 도통시키는 스위칭회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 절연 게이트 트랜지스터 구동회로.
  5. 제1항에 있어서, 미분회로는 차동 증폭기로 구성되는 것을 특징으로 하는 절연 게이트 트랜지스터 구동회로.
  6. 제1항에 있어서, 미분회로는 R-C회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 절연게이트 트랜지스터 구동회로.
  7. 제2항에 있어서, 센서와 미분회로사이에 서로 역병렬로 접속된 제1 및 제2 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 절연 게이트 구동회로.
  8. 절연 게이트 트랜지스터의 콜렉터 이미터간 전압을 검출하고 절연 게이트 트랜지스터의 콜렉터 이미터간 전압을 나타내는 제1출력신호를 제공하는 수단을 구비한 동작상태 검출수단과, 제1출력신호에 응답하여 절연 게이트 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전원 전압이 제거되고, 절연 게이트 트랜지스터의 콜렉터 전류가 감소된 후, 절연 게이트 트랜지스터의 동작 파라미터를 조정하는 검출수단에 결합된 동작 파라미터 조정수단으로 구성되고, 동작 파라미터 조정수단은 제1출력신호가 기준전압보다 작을 때 제2출력신호를 발생하고, 제1출력신호가 기준전압보다 클 때, 제3출력신호를 발생하는 검출수단에 연결된 비교기와, 절연 게이트 트랜지스터의 게이트에 직렬로 연결된 저항기와, 비교기에 연결되는 동시에, 저항기에 병렬로 연결되며, 제2출력 신호에 응답하여 저항기를 단락하도록 닫고, 제3출력신호에 응답하여 저항기를 개방하는 스위칭회로를 구비하며, 기준전압은 절연 게이트 트랜지스터의 차단상태에서 정상 콜렉터 이미터간 전압인 것을 특징으로 하는 절연 게이트 트랜지스터 구동회로.
  9. 제8항에 있어서, 기준전압은 조정할 수 있게 되어 있는 것을 특징으로 하는 절연 게이트 트랜지스터 구동회로.
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