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JP2008236907A - Gate control circuit and method of power conversion apparatus - Google Patents

Gate control circuit and method of power conversion apparatus Download PDF

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JP2008236907A
JP2008236907A JP2007072745A JP2007072745A JP2008236907A JP 2008236907 A JP2008236907 A JP 2008236907A JP 2007072745 A JP2007072745 A JP 2007072745A JP 2007072745 A JP2007072745 A JP 2007072745A JP 2008236907 A JP2008236907 A JP 2008236907A
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voltage
gate control
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JP2007072745A
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Hironobu Kin
宏信 金
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Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
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Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gate control circuit and a gate control method of a power conversion apparatus for surely protecting short-circuit in the power conversion apparatus, using a voltage-driven type semiconductor element. <P>SOLUTION: Arms of the power conversion apparatus are constituted of the voltage driving-type semiconductor elements 1A and 1B and fly wheel diodes 2A and 2B connected to them in antiparallel. The gate control circuit includes a gate control means 5, which is installed in common to the respective arms and outputs gate reference signals of the voltage driving-type semiconductor elements 1A and 1B and gate drive means 10A and 10B which are electrically insulated from the gate control means 5 and supply gate pulses to the voltage drive-type semiconductor elements 1A and 1B from the gate reference signals. When arm current of the voltage drive-type semiconductor elements 1A and 1B exceeds a prescribed value, the gate drive means 10A and 10B turn off the gate pulses, which the gate drive means 10A and 10B output by a local processing in the gate drive means 10A and 10B. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、電力変換装置のゲート制御回路及びゲート制御方法に係り、特に、改良された短絡保護機能を有する電力変換装置のゲート制御回路及びゲート制御方法に関する。   The present invention relates to a gate control circuit and a gate control method for a power converter, and more particularly, to a gate control circuit and a gate control method for a power converter having an improved short circuit protection function.

近年の電力変換装置は大容量化が進んでおり、その1つに変換装置の高電圧化がある。高電圧化を実現するためには、例えば代表的な電圧型半導体素子であるIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を複数個多直列に接続して変換装置を構成する。   In recent years, power converters have been increased in capacity, and one of them is to increase the voltage of the converter. In order to realize a high voltage, for example, a plurality of IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), which are typical voltage-type semiconductor elements, are connected in series to form a conversion device.

電力変換装置のアーム短絡事故時の保護としては各アームにヒューズを挿入して、過大な短絡電流から変換装置を保護することが行なわれていたが、最近では、ゲート制御による短絡保護手法も考案されている。この方法によれば、IGBTオン時に短絡電流が流れIGBTの飽和電流値に達するとIGBTのコレクタ電圧が上昇するので、IGBTのオン期間中にこのコレクタ電圧の上昇を検出してIGBTに短絡電流が流れていると判定し、電力変換装置内のIGBTのオン/オフゲートを発生するゲート制御装置に短絡発生の信号を送信し、このゲート制御装置がIGBTのオフ指令を与える。また、直流電圧の大きさによらず、上記による短絡検出を確実に行なう技術も提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2006−14402号公報(第3−5頁、図1)
In order to protect power converters in the event of an arm short circuit, a fuse was inserted into each arm to protect the converter from excessive short circuit currents. Recently, a short circuit protection method using gate control has also been devised. Has been. According to this method, a short-circuit current flows when the IGBT is turned on, and the IGBT collector voltage rises when the IGBT reaches a saturation current value. Therefore, when the IGBT is turned on, an increase in the collector voltage is detected and the short-circuit current is applied to the IGBT. It determines that it is flowing, and transmits a short-circuit occurrence signal to a gate control device that generates an on / off gate of the IGBT in the power conversion device, and this gate control device gives an IGBT off command. In addition, a technique for reliably detecting the short circuit as described above has been proposed regardless of the magnitude of the DC voltage (see, for example, Patent Document 1).
JP 2006-14402 (page 3-5, FIG. 1)

特許文献1に示されたゲート制御による短絡保護手法は、ゲート制御回路が短絡保護機能を有する構成であるため、ヒューズを適用した場合と比較し、変換装置の小型化,低価格化に非常に有利となる。   The short-circuit protection method based on gate control disclosed in Patent Document 1 has a configuration in which the gate control circuit has a short-circuit protection function, so that it is greatly reduced in size and cost of the conversion device compared to the case where a fuse is applied. It will be advantageous.

しかしながら、従来のゲート制御による短絡保護では、IGBTの飽和電流値のばらつきが大きく、例えばIGBTを直列にして構成した場合、飽和電流値の最も低い素子が先に飽和に達して電圧を背負うことになり、過大な損失がその素子にかかり破損の要因となる。また、短絡電流の検出からゲート制御装置がオフ指令を出して、実際にIGBTがオフするまでに数μsecの遅れが生じ、その間はIGBTのコレクタ電圧が上昇した状態で短絡電流が流れる状態が継続するため、IGBTに過大な損失が発生して素子破損の要因となる。更に、過大な電流値におけるゲート制御であるため、信頼性も低くまた電力変換装置へのダメージは避けられない。   However, in the conventional short circuit protection by gate control, the variation of the saturation current value of the IGBT is large. For example, when the IGBTs are configured in series, the element with the lowest saturation current value reaches saturation first and bears the voltage. Therefore, excessive loss is applied to the element and causes damage. In addition, there is a delay of several microseconds from the detection of the short-circuit current until the gate control device issues an OFF command until the IGBT is actually turned off. During this time, the state in which the short-circuit current flows with the IGBT collector voltage rising continues. Therefore, an excessive loss occurs in the IGBT, which causes element damage. Furthermore, since the gate control is performed at an excessive current value, the reliability is low and damage to the power converter is inevitable.

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は電圧駆動型半導体素子を用いた電力変換装置において、確実に短絡保護を行なうことが可能な電力変換装置のゲート制御回路及びゲート制御方法を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a gate control circuit for a power conversion device that can reliably perform short-circuit protection in a power conversion device using a voltage-driven semiconductor element, and It is to provide a gate control method.

上記目的を達成するため、本発明の第1の発明である電力変換装置のゲート制御回路及びゲート制御方法は、電圧駆動型半導体素子とこれと逆並列に接続されたフライホールダイオードによってアームが構成された電力変換装置のゲート制御回路及びゲート制御方法であって、各アーム共通に設けられたゲート制御手段から各電圧駆動型半導体素子のゲート基準信号を出力し、前記ゲート基準信号に基づいて、前記ゲート制御装置とは電気的に絶縁されたゲート駆動手段から前記各々の電圧駆動型半導体素子にゲートパルスを供給し、前記ゲート駆動手段が駆動する前記電圧駆動型半導体素子のアーム電流が所定値を超えたとき、当該ゲート駆動手段が出力するゲートパルスを当該ゲート駆動手段内のローカル処理により直接オフするようにしたことを特徴としている。   To achieve the above object, a gate control circuit and a gate control method for a power conversion device according to a first invention of the present invention are configured by a voltage-driven semiconductor element and a fly-hole diode connected in reverse parallel thereto. A gate control circuit and a gate control method for a power conversion device, wherein a gate reference signal of each voltage-driven semiconductor element is output from a gate control means provided in common to each arm, and based on the gate reference signal, A gate pulse is supplied to each of the voltage driven semiconductor elements from a gate driving means electrically isolated from the gate control device, and an arm current of the voltage driven semiconductor element driven by the gate driving means is a predetermined value. The gate pulse output by the gate drive means is directly turned off by local processing in the gate drive means It is characterized in that was.

また、本発明の第2の発明である電圧駆動型半導体素子のゲート制御回路及びゲート制御方法は、電圧駆動型半導体素子とこれと逆並列に接続されたフライホールダイオードによってアームが構成された電力変換装置のゲート制御方法であって、各アーム共通に設けられたゲート制御手段から各電圧駆動型半導体素子のゲート基準信号を出力し、前記ゲート基準信号に基づいて、前記ゲート制御装置とは電気的に絶縁されたゲート駆動手段から前記各々の電圧駆動型半導体素子にゲートパルスを供給し、当該ゲート駆動手段が駆動する前記電圧駆動型半導体素子のアーム電流が所定値を超えたとき、当該ゲート駆動手段内のローカル処理により当該ゲート駆動手段の出力電圧を低減すると共に、前記ゲート制御手段は、前記電力変換装置の全アームの全ての電圧駆動型半導体素子に与える前記ゲート基準信号をオフするようにしたことを特徴としている。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a gate control circuit and a gate control method for a voltage-driven semiconductor element, wherein the arm is constituted by a voltage-driven semiconductor element and a fly-hole diode connected in reverse parallel thereto. A gate control method for a conversion device, wherein a gate reference signal of each voltage-driven semiconductor element is output from a gate control means provided in common to each arm, and based on the gate reference signal, the gate control device is electrically When a gate pulse is supplied to each voltage-driven semiconductor element from the electrically insulated gate driving means, and the arm current of the voltage-driven semiconductor element driven by the gate driving means exceeds a predetermined value, the gate The gate control means reduces the output voltage of the gate drive means by local processing in the drive means, and the gate control means It is characterized in that so as to turn off the gate reference signal to be supplied to all the voltage-driven semiconductor element over arm.

本発明によれば、電圧駆動型半導体素子を用いた電力変換装置において、確実に短絡保護を行なうことが可能な電力変換装置のゲート制御回路及びゲート制御方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the gate control circuit and gate control method of a power converter device which can perform short circuit protection reliably in the power converter device using a voltage drive type semiconductor element can be provided.

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明の実施例1に係る電力変換装置のゲート制御回路の回路構成図である。   1 is a circuit configuration diagram of a gate control circuit of a power conversion device according to a first embodiment of the present invention.

電圧駆動型半導体素子であるIGBT1A及び1Bは、夫々フライホール用ダイオード2A及び2Bが逆並列接続され、夫々電力変換器の1相分の正側アーム及び負側アームを構成して直列に接続されている。そしてIGBT1A及び1Bの直列回路の両端には直流電源3による直流電圧が印加され、IGBT1A及び1Bの中間点から交流出力が得られるように構成されている。尚、上記は電力変換器がインバータ動作しているときの説明であり、コンバータ動作の場合は交流と直流の入出力が逆になる。   IGBTs 1A and 1B, which are voltage-driven semiconductor elements, are connected in series with fly-hole diodes 2A and 2B connected in reverse parallel, respectively, constituting a positive arm and a negative arm for one phase of the power converter. ing. A DC voltage from the DC power source 3 is applied to both ends of the series circuit of the IGBTs 1A and 1B, and an AC output is obtained from an intermediate point between the IGBTs 1A and 1B. The above is an explanation when the power converter is operating as an inverter. In the case of converter operation, the input and output of alternating current and direct current are reversed.

上述した電力変換器のインバータまたはコンバータ動作を実現するためにIGBT1A及び1Bのゲートには夫々ゲート駆動回路10A及び10Bからオンオフ信号が与えられている。このオンオフ信号は、共通に設けられたゲート制御装置5によるゲート基準信号に基づいて生成される。このゲート制御装置5によるゲート基準信号は、夫々光ファイバ6A、6Bを介してゲート駆動回路10A及び10Bに与えられている。   In order to realize the inverter or converter operation of the power converter described above, the gates of the IGBTs 1A and 1B are given ON / OFF signals from the gate drive circuits 10A and 10B, respectively. This on / off signal is generated based on a gate reference signal by the gate control device 5 provided in common. The gate reference signal by the gate controller 5 is given to the gate drive circuits 10A and 10B via the optical fibers 6A and 6B, respectively.

正側アームの電流は電流検出器4A、負側アームの電流は電流検出器4Bによって夫々検出され、この検出信号は、ゲート駆動回路10A及び10Bに夫々与えられている。   The current of the positive arm is detected by the current detector 4A, and the current of the negative arm is detected by the current detector 4B. The detection signals are supplied to the gate drive circuits 10A and 10B, respectively.

以下、ゲート駆動回路10Aの内部構成について説明する。尚ゲート駆動回路10Bについてはその内部構成が基本的にゲート駆動回路10Aと同一であるので、その説明は省略する。   Hereinafter, the internal configuration of the gate drive circuit 10A will be described. Since the internal configuration of the gate drive circuit 10B is basically the same as that of the gate drive circuit 10A, description thereof is omitted.

電流検出器4Aによって検出された正側アーム電流の検出信号は、比較器11Aによって所定の電流設定値と比較され、正側アームの電流信号がこの電流設定値を超えたとき、比較器11Aは0を出力する。そして比較器11Aの出力は、AND回路12Aの一方の入力となる。尚ここで電流検出器4Aには例えばロゴスキーコイル等が用いられる。この場合、比較器11Aにおけるレベル比較はロゴスキーコイルの両端の電圧と設定電圧との比較で行なうようにしても良い。   The detection signal of the positive arm current detected by the current detector 4A is compared with a predetermined current set value by the comparator 11A. When the current signal of the positive arm exceeds the current set value, the comparator 11A 0 is output. The output of the comparator 11A becomes one input of the AND circuit 12A. Here, for example, a Rogowski coil or the like is used for the current detector 4A. In this case, the level comparison in the comparator 11A may be performed by comparing the voltage across the Rogowski coil with the set voltage.

ゲート制御装置5から光ファイバ6Aを介して与えられたゲート基準信号は光電気信号変換されたあとAND回路12Aの他方の入力となる。そしてAND回路12Aの出力はドライブ回路13Aによって増幅され、ドライブ回路13Aの出力がIGBT1Aのゲートをオンオフ駆動する。   The gate reference signal supplied from the gate control device 5 via the optical fiber 6A is converted into a photoelectric signal and then becomes the other input of the AND circuit 12A. The output of the AND circuit 12A is amplified by the drive circuit 13A, and the output of the drive circuit 13A drives the gate of the IGBT 1A on and off.

上記において、低耐圧のゲート制御装置5と高耐圧のゲート駆動回路10Aとは絶縁されている必要がある。そのため、図示は省略しているが、ゲート制御装置5の制御電源とゲート駆動回路10Aの制御電源は別々に設けられている。   In the above, the low breakdown voltage gate control device 5 and the high breakdown voltage gate drive circuit 10A need to be insulated. Therefore, although not shown, the control power supply for the gate control device 5 and the control power supply for the gate drive circuit 10A are provided separately.

上記構成において、ゲート制御装置5の出力が‘1’のときでIGBT1Aはオン、‘0’のときIGBT1Aはオフとなる。また、電流検出器4Aで検出された電流信号を比較器11Aが短絡電流と判定したとき比較器11Aの出力が‘0’、短絡電流が検出されない定常時は‘1’となる。従って、短絡電流の検出によりAND回路12Aの出力は‘0’となり、ドライブ回路13Aの入力がオフ指令となってIGBT1Aをオフする。ここで短絡電流を判定する電流設定値は、IGBT1Aが飽和に達しないIGBT1Aの定格電流値の数倍程度としておくことが好ましい。   In the above configuration, when the output of the gate control device 5 is ‘1’, the IGBT 1 </ b> A is on, and when the output is ‘0’, the IGBT 1 </ b> A is off. Further, when the comparator 11A determines that the current signal detected by the current detector 4A is a short-circuit current, the output of the comparator 11A is “0”, and “1” when the short-circuit current is not detected. Therefore, when the short circuit current is detected, the output of the AND circuit 12A becomes “0”, and the input of the drive circuit 13A becomes an off command to turn off the IGBT 1A. Here, the current setting value for determining the short-circuit current is preferably set to be about several times the rated current value of the IGBT 1A at which the IGBT 1A does not reach saturation.

以上により、電流検出器4AによりIGBT1Aがオン状態における短絡電流を高速に検出し、更に短絡電流検出後は直ちにゲート駆動回路10A内のローカル処理でIGBT1Aをオフさせるようにしたので、短絡電流検出値からの短絡電流の増加を抑制し、且つIGBT1Aの破損を防いで短絡電流を遮断することが可能となる。   As described above, since the current detector 4A detects the short-circuit current when the IGBT 1A is in the ON state at high speed, and immediately after detecting the short-circuit current, the IGBT 1A is turned off by local processing in the gate drive circuit 10A. It is possible to suppress an increase in the short-circuit current from and prevent the IGBT 1A from being damaged and interrupt the short-circuit current.

図2は本発明の実施例2に係る電力変換装置のゲート制御回路の回路構成図である。この実施例2の各部について、図1の本発明の実施例1に係る電力変換装置のゲート制御回路の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例2が実施例1と異なる点は、比較器11A及び11Bの出力を夫々光ファイバ7A及び7Bを介してゲートブロック用信号としてゲート制御装置5Aに与える構成とした点である。   FIG. 2 is a circuit configuration diagram of a gate control circuit of the power conversion apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the same parts as those in the circuit configuration diagram of the gate control circuit of the power conversion device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. The second embodiment is different from the first embodiment in that the outputs of the comparators 11A and 11B are supplied to the gate control device 5A as gate block signals via the optical fibers 7A and 7B, respectively.

上記構成により、ゲート駆動回路4A、4Bにおける短絡検出信号をゲート制御装置5Aに伝送し、ゲート制御装置5Aはこのゲート駆動回路4A、4Bからの短絡検出信号により、短絡故障による電力変換器の運転停止のために図示しない他の相のIGBTも含め、全てのIGBTのゲート駆動回路にオフ指令を発し、全てのIGBTをオフさせる。   With the above configuration, the short circuit detection signal in the gate drive circuits 4A and 4B is transmitted to the gate control device 5A, and the gate control device 5A operates the power converter due to the short circuit failure by the short circuit detection signal from the gate drive circuits 4A and 4B. An off command is issued to the gate drive circuits of all IGBTs, including other phase IGBTs (not shown) for stopping, and all the IGBTs are turned off.

このように本実施例2によれば、短絡電流の検出により、電力変換装置を停止することが可能となり事故波及等を未然に防止することが可能となる。   As described above, according to the second embodiment, it is possible to stop the power conversion device by detecting the short-circuit current, and it is possible to prevent the accident from spreading.

以下、図3及び図4を参照して本発明の実施例3に係る電力変換装置のゲート制御回路及び制御方法を説明する。   Hereinafter, the gate control circuit and the control method of the power conversion apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

図3は本発明の実施例3に係る電力変換装置のゲート制御回路の回路構成図である。この実施例3の各部について、図2の本発明の実施例2に係る電力変換装置のゲート制御回路の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例3が実施例2と異なる点は、AND回路12A、12Bを省き、光ファイバ6A、6Bから光電気信号変換されたゲート基準信号を直接ドライブ回路13A、13Bに夫々与える構成とした点、ゲート電圧低減回路14A、14Bを設け、比較器11A、11Bからの短絡電流検出信号により夫々ドライブ回路13A、13Bの出力電圧を低減するように構成した点である。   FIG. 3 is a circuit configuration diagram of a gate control circuit of the power conversion apparatus according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, the same parts as those in the circuit configuration diagram of the gate control circuit of the power converter according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. The third embodiment is different from the second embodiment in that the AND circuits 12A and 12B are omitted, and the gate reference signals converted from the optical signals 6A and 6B are directly supplied to the drive circuits 13A and 13B, respectively. The gate voltage reduction circuits 14A and 14B are provided, and the output voltages of the drive circuits 13A and 13B are reduced by the short-circuit current detection signals from the comparators 11A and 11B, respectively.

以下本実施例の動作を図4の動作タイムチャートに従って説明する。図4は比較器11Aが短絡電流を検出したときの動作を示しているが、比較器11Bが検出した場合であっても同様の動作となる。   The operation of this embodiment will be described below with reference to the operation time chart of FIG. FIG. 4 shows the operation when the comparator 11A detects a short-circuit current, but the same operation is performed even when the comparator 11B detects it.

図4においてIGBT1Aがオン期間中の時刻T1で比較器11Aが短絡電流を検出したとする。このとき、ゲート電圧低減回路14Aが動作して瞬時にドライブ回路13Aの出力電圧をIGBT1Aのオン状態を維持できる通常オンゲート電圧レベルより低いゲート電圧レベル低減させる。このゲート電圧レベルとしては、IGBT1Aが遮断可能なIGBT1Aの定格電流値の数倍程度の電流値で、IGBT1Aが飽和に達するゲート電圧レベルとすることが好ましい。上記においてゲート電圧低減回路14Aの動作は、ゲート駆動回路10A内のローカル処理によって行なうため動作遅れが生じない。   In FIG. 4, it is assumed that the comparator 11A detects a short-circuit current at time T1 when the IGBT 1A is on. At this time, the gate voltage reduction circuit 14A operates to instantaneously reduce the output voltage of the drive circuit 13A to a gate voltage level lower than the normal on-gate voltage level at which the IGBT 1A can be kept on. The gate voltage level is preferably a gate voltage level at which the IGBT 1A reaches saturation at a current value that is several times the rated current value of the IGBT 1A that can be cut off by the IGBT 1A. In the above, since the operation of the gate voltage reduction circuit 14A is performed by local processing in the gate drive circuit 10A, no operation delay occurs.

一方、実施例2で説明したように、比較器11Aが短絡電流を検出した信号は、光ファイバ7Aを介してゲート制御装置5Aに伝達され、ゲート制御装置5Aは全てのIGBTを時刻T2でオフする。このT1からT2に至る時間は通常10μSのオーダーである。この時刻T2においては、図4に示すようにIGBT1Aのゲート電圧が低減されているため、IGBT1Aの飽和電流値は低下し、IGBT1Aの定格電流値の数倍程度の電流値に短絡電流が抑制されている。従って時刻T1からT2の遅れがあってもIGBT1Aを安全にオフすることが可能となる。尚、ここでゲート電圧低減回路14Aの動作は、例えば上記オフ指令が与えられて所定の余裕時間後に解除するようにしておく。   On the other hand, as described in the second embodiment, the signal that the comparator 11A detects the short-circuit current is transmitted to the gate control device 5A through the optical fiber 7A, and the gate control device 5A turns off all the IGBTs at time T2. To do. The time from T1 to T2 is usually on the order of 10 μS. At this time T2, since the gate voltage of the IGBT 1A is reduced as shown in FIG. 4, the saturation current value of the IGBT 1A decreases, and the short-circuit current is suppressed to a current value that is several times the rated current value of the IGBT 1A. ing. Therefore, the IGBT 1A can be safely turned off even if there is a delay from the time T1 to the time T2. Here, the operation of the gate voltage reduction circuit 14A is canceled after a predetermined margin time, for example, when the off command is given.

以上説明したようにこの実施例3によれば、短絡電流が生じた当該電圧駆動型半導体素子の電流を遮断可能な電流値に抑制した後に短絡電流を遮断することになるので、より信頼性の高い短絡保護が可能となる。   As described above, according to the third embodiment, the short-circuit current is interrupted after the current of the voltage-driven semiconductor element in which the short-circuit current has occurred is suppressed to a current value that can be interrupted. High short-circuit protection is possible.

図5は本発明の実施例4に係る電力変換装置のゲート制御回路の回路構成図である。この実施例4の各部について、図1の本発明の実施例1に係る電力変換装置のゲート制御回路の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例4が実施例1と異なる点は、正側アーム及び負側アームに夫々フライホイルダイオード1C、1Dを逆並列接続したIGBT1C、1Dを夫々挿入して電力変換器のアームを2直列構成とした点、これに伴い、ゲート制御装置5Bから夫々光ファイバ6C、6D、AND回路12C、12D、並びにドライブ回路13C、13Dを介してIGBT1C、1Dをオンオフ制御するようにした点、また、AND回路12C、12Dの他方の入力は夫々比較器図11A、11Bの出力を並列に与える構成とした点である。   FIG. 5 is a circuit configuration diagram of the gate control circuit of the power conversion device according to the fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, the same parts as those in the circuit configuration diagram of the gate control circuit of the power conversion device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. The fourth embodiment is different from the first embodiment in that IGBTs 1C and 1D in which flywheel diodes 1C and 1D are connected in reverse parallel are inserted into the positive arm and the negative arm, respectively, so that two power converter arms are configured in series. In connection with this, the gate control device 5B controls the IGBTs 1C and 1D on and off via the optical fibers 6C and 6D, the AND circuits 12C and 12D, and the drive circuits 13C and 13D, respectively. The other input of the circuits 12C and 12D is that the outputs of the comparator diagrams 11A and 11B are provided in parallel, respectively.

図5において、比較器11Aはゲート駆動回路10Aと切り離した図としているが、ゲート駆動回路10Aに含めるようにしても良い。また比較器11Aをゲート駆動回路10Cに含ませるようにしても良い。更に電流検出器4Aは正側アーム電流を代表して検出するものであるので、例えばIGBT1AとIGBT1Cの間に挿入しても良い。   In FIG. 5, the comparator 11A is separated from the gate drive circuit 10A, but may be included in the gate drive circuit 10A. Further, the comparator 11A may be included in the gate drive circuit 10C. Furthermore, since the current detector 4A detects the positive side arm current as a representative, it may be inserted between the IGBT 1A and the IGBT 1C, for example.

このような構成においては、例えば比較器11Aが短絡電流を検出したとき、AND回路12A、12Cの他方の入力が共に‘0’となり、IGBT1A、1Cは同時に高速に遮断される。   In such a configuration, for example, when the comparator 11A detects a short-circuit current, the other inputs of the AND circuits 12A and 12C are both “0”, and the IGBTs 1A and 1C are simultaneously cut off at high speed.

従ってこの実施例4においても、実施例1と同様、電流検出器4AによりIGBT1A、1Cがオン状態における短絡電流を高速に検出し、更に短絡電流検出後は直ちにゲート駆動回路10A、10C内でIGBT1A、1Cを夫々オフさせるローカル処理を行なうようにしたので、短絡電流検出値からの短絡電流の増加を抑制し、且つIGBT1A、1Cの破損を防いで短絡電流を遮断することが可能となる。   Therefore, also in the fourth embodiment, as in the first embodiment, the current detector 4A detects the short-circuit current when the IGBTs 1A and 1C are in the ON state at high speed, and immediately after the short-circuit current is detected, the IGBT 1A is immediately generated in the gate drive circuits 10A and 10C. Since local processing for turning off 1C is performed, an increase in the short-circuit current from the short-circuit current detection value can be suppressed, and damage to the IGBTs 1A and 1C can be prevented and the short-circuit current can be cut off.

また、実施例4は片側アームが2直列の主回路構成の場合を説明したが、3直列以上の主回路構成の電力変換装置であっても適用可能なことは明らかである。また主回路構成が3レベル以上の多レベル電力変換装置であっても同様に適用可能である。これらは以下に説明する実施例5以下でも同様である。   Further, in the fourth embodiment, the case where the one-side arm has a two-series main circuit configuration has been described, but it is apparent that the present invention can be applied even to a power converter having a main circuit configuration of three or more series. Further, the present invention can be similarly applied even to a multi-level power converter having a main circuit configuration of 3 levels or more. The same applies to the fifth embodiment and later described below.

図6は本発明の実施例5に係る電力変換装置のゲート制御回路の回路構成図である。この実施例5の各部について、図5の本発明の実施例4に係る電力変換装置のゲート制御回路の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例5が実施例4と異なる点は、比較器11A及び11Bの出力を夫々光ファイバ7A及び7Bを介してゲートブロック用信号としてゲート制御装置5Aに与える構成とした点である。   FIG. 6 is a circuit configuration diagram of a gate control circuit of a power conversion device according to Embodiment 5 of the present invention. In the fifth embodiment, the same parts as those in the circuit configuration diagram of the gate control circuit of the power conversion device according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. The fifth embodiment differs from the fourth embodiment in that the outputs of the comparators 11A and 11B are provided to the gate control device 5A as gate block signals via the optical fibers 7A and 7B, respectively.

上記構成により、比較器11A、11Bでの短絡検出信号をゲート制御装置5Cに伝送し、ゲート制御装置5Cはこの比較器11A、11Bからの短絡検出信号により、短絡故障による主回路運転停止のために図示しない他の相のIGBTを含め、全てのIGBTのゲート駆動回路にオフ指令を発し、全てのIGBTをオフさせる。   With the above configuration, the short circuit detection signal from the comparators 11A and 11B is transmitted to the gate control device 5C, and the gate control device 5C uses the short circuit detection signal from the comparators 11A and 11B to stop the main circuit operation due to a short circuit failure. The off command is issued to the gate drive circuits of all the IGBTs including the IGBTs of other phases not shown in the figure to turn off all the IGBTs.

このように本実施例5によれば実施例2と同様、短絡電流の検出により、電力変換装置を停止することが可能となり事故波及等を未然に防止することが可能となる。   As described above, according to the fifth embodiment, as in the second embodiment, it is possible to stop the power conversion device by detecting the short-circuit current, and it is possible to prevent an accident from spreading.

図7は本発明の実施例6に係る電力変換装置のゲート制御回路の回路構成図である。この実施例6の各部について、図6の本発明の実施例5に係る電力変換装置のゲート制御回路の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例6が実施例5と異なる点は、AND回路12A、12C、12B及び12Dを省き、光ファイバ6A、6C、6B及び6Dから光電気信号変換されたゲート信号を直接ドライブ回路13A、13C、13B及び13Dに夫々与える構成とした点、ゲート電圧低減回路14A、14C、14B及び14Dを設け、比較器11A、11Bからの短絡電流検出信号により夫々ドライブ回路13A、13C、13B及び13Dの出力電圧を低減するように構成した点である。   FIG. 7 is a circuit configuration diagram of the gate control circuit of the power conversion device according to the sixth embodiment of the present invention. In the sixth embodiment, the same parts as those in the circuit configuration diagram of the gate control circuit of the power conversion device according to the fifth embodiment of the present invention shown in FIG. The sixth embodiment differs from the fifth embodiment in that the AND circuits 12A, 12C, 12B and 12D are omitted, and the gate signals obtained by converting the optical signals from the optical fibers 6A, 6C, 6B and 6D are directly connected to the drive circuits 13A and 13C. , 13B and 13D are provided, and gate voltage reduction circuits 14A, 14C, 14B and 14D are provided. Outputs of the drive circuits 13A, 13C, 13B and 13D are provided by short-circuit current detection signals from the comparators 11A and 11B, respectively. It is the point which comprised so that a voltage might be reduced.

この実施例6によれば、実施例3で説明したように、短絡電流を検出したアームに属するIGBTゲート電圧を低減し、短絡電流を検出したアームに属するIGBTの電流を遮断可能な電流値に抑制した後に短絡電流を遮断することになるので、より信頼性の高い短絡保護が可能となる。   According to the sixth embodiment, as described in the third embodiment, the IGBT gate voltage belonging to the arm that has detected the short-circuit current is reduced, and the current value of the IGBT that belongs to the arm that has detected the short-circuit current can be cut off. Since the short-circuit current is interrupted after the suppression, a more reliable short-circuit protection is possible.

図8は本発明の実施例7に係る電力変換装置のゲート制御回路の回路構成図である。この実施例7の各部について、図5の本発明の実施例4に係る電力変換装置のゲート制御回路の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例7が実施例4と異なる点は、IGBT1C、1Dの電流を検出するための電流検出器4C、4Dを設け、この検出信号をゲート駆動回路10C、10D内の比較器11C、11Dに夫々与え、比較器11C、11Dの出力を夫々AND回路12C、12Dの入力とするように構成した点である。尚、電流検出器4A、4BはIGBT1A、1Bに夫々近接して設け、比較器11A、11Bはゲート駆動回路10A、10Bに夫々含める構成とした。   FIG. 8 is a circuit configuration diagram of the gate control circuit of the power conversion device according to the seventh embodiment of the present invention. In the seventh embodiment, the same parts as those in the circuit configuration diagram of the gate control circuit of the power conversion device according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. The seventh embodiment is different from the fourth embodiment in that current detectors 4C and 4D for detecting the currents of the IGBTs 1C and 1D are provided, and this detection signal is sent to the comparators 11C and 11D in the gate drive circuits 10C and 10D. This is the point that the outputs of the comparators 11C and 11D are input to the AND circuits 12C and 12D, respectively. The current detectors 4A and 4B are provided close to the IGBTs 1A and 1B, respectively, and the comparators 11A and 11B are included in the gate drive circuits 10A and 10B, respectively.

この実施例7によれば、多直列の電圧駆動型半導体素子の各々の電流を検出し、この電流が所定値を超えたとき、各々のゲート駆動回路のローカル処理によって短絡電流を検出した当該電圧駆動型半導体素子を高速に遮断可能となる。従って各アームに一括して共通の電流検出器及び比較器を設ける実施例4に比べて更に信頼性の高い短絡保護を行なうことが可能となる。   According to the seventh embodiment, each current of the multi-series voltage driven semiconductor elements is detected, and when the current exceeds a predetermined value, the short circuit current is detected by the local processing of each gate drive circuit. The drive type semiconductor element can be shut off at high speed. Therefore, it is possible to perform short-circuit protection with higher reliability as compared with the fourth embodiment in which a common current detector and comparator are collectively provided for each arm.

尚、この実施例7と実施例5を組み合わせ、ゲート制御装置に短絡電流検出信号を与えて全電圧駆動型半導体素子をオフする構成としても良く、またこの実施例7と実施例6を組み合わせ、短絡電流を検出した当該電圧駆動型半導体素子のゲート電圧を低減した後、ゲート制御装置からの一括オフ指令によって遮断する構成としても良いことは明らかであるのでこれらの説明を省略する。   In addition, it is good also as a structure which turns off all the voltage drive type semiconductor elements by giving a short circuit current detection signal to a gate control apparatus combining this Example 7 and Example 5, and also combining this Example 7 and Example 6, Since it is obvious that the gate voltage of the voltage-driven semiconductor element that has detected the short-circuit current may be cut off by a collective OFF command from the gate control device, description thereof will be omitted.

本発明の実施例1に係る電力変換装置のゲート制御回路の回路構成図。The circuit block diagram of the gate control circuit of the power converter device which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例2に係る電力変換装置のゲート制御回路の回路構成図。The circuit block diagram of the gate control circuit of the power converter device which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例3に係る電力変換装置のゲート制御回路の回路構成図。The circuit block diagram of the gate control circuit of the power converter device which concerns on Example 3 of this invention. 本発明の実施例3に係る電力変換装置のゲート制御回路の動作説明図。Operation | movement explanatory drawing of the gate control circuit of the power converter device which concerns on Example 3 of this invention. 本発明の実施例4に係る電力変換装置のゲート制御回路の回路構成図。The circuit block diagram of the gate control circuit of the power converter device which concerns on Example 4 of this invention. 本発明の実施例5に係る電力変換装置のゲート制御回路の回路構成図。The circuit block diagram of the gate control circuit of the power converter device which concerns on Example 5 of this invention. 本発明の実施例6に係る電力変換装置のゲート制御回路の回路構成図。The circuit block diagram of the gate control circuit of the power converter device which concerns on Example 6 of this invention. 本発明の実施例7に係る電力変換装置のゲート制御回路の回路構成図。The circuit block diagram of the gate control circuit of the power converter device which concerns on Example 7 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1A、1B、1C、1D IGBT
2A、2B、2C、2D フライホイルダイオード
3 直流電源
4A、4B、4C、4D 電流検出器
5、5A、5B、5C ゲート制御装置
6A、6B、6C、6D 光ファイバ
7A、7B 光ファイバ

10A、10B、10C、10D ゲート駆動回路
11A、11B、11C、11D 比較器
12A、12B、12C、12D AND回路
13A、13B、13C、13D ドライブ回路
14A、14B、14C、14D ゲート電圧低減回路
1A, 1B, 1C, 1D IGBT
2A, 2B, 2C, 2D Flywheel diode 3 DC power supply 4A, 4B, 4C, 4D Current detector 5, 5A, 5B, 5C Gate controller 6A, 6B, 6C, 6D Optical fiber 7A, 7B Optical fiber

10A, 10B, 10C, 10D Gate drive circuits 11A, 11B, 11C, 11D Comparators 12A, 12B, 12C, 12D AND circuits 13A, 13B, 13C, 13D Drive circuits 14A, 14B, 14C, 14D Gate voltage reduction circuits

Claims (8)

電圧駆動型半導体素子とこれと逆並列に接続されたフライホールダイオードによってアームが構成された電力変換装置のゲート制御回路であって、
各アーム共通に設けられ、各電圧駆動型半導体素子のゲート基準信号を出力するゲート制御手段と、
前記ゲート制御装置とは電気的に絶縁され、前記ゲート基準信号に基づいて前記各々の電圧駆動型半導体素子にゲートパルスを供給するためのゲート駆動手段を具備し、
前記ゲート駆動手段は、当該ゲート駆動手段が駆動する前記電圧駆動型半導体素子のアーム電流が所定値を超えたとき、
当該ゲート駆動手段内のローカル処理により当該ゲート駆動手段が出力するゲートパルスを直接オフするようにしたことを特徴とする電力変換装置のゲート制御回路。
A gate control circuit of a power conversion device in which an arm is constituted by a voltage-driven semiconductor element and a fly-hole diode connected in reverse parallel thereto,
Gate control means provided in common to each arm and outputting a gate reference signal of each voltage-driven semiconductor element;
A gate driving means for supplying a gate pulse to each of the voltage-driven semiconductor elements based on the gate reference signal, being electrically insulated from the gate control device;
The gate driving means, when the arm current of the voltage driven semiconductor element driven by the gate driving means exceeds a predetermined value,
A gate control circuit for a power converter, wherein a gate pulse output from the gate drive means is directly turned off by local processing in the gate drive means.
前記電力変換装置の何れかの前記アーム電流が所定値を超えたとき、
前記ゲート制御手段は前記電力変換装置の全アームの全ての電圧駆動型半導体素子に与える前記ゲート基準信号をオフするようにしたことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置のゲート制御回路。
When the arm current of any of the power converters exceeds a predetermined value,
2. The gate control circuit for a power converter according to claim 1, wherein the gate control means turns off the gate reference signal applied to all voltage-driven semiconductor elements of all arms of the power converter. .
電圧駆動型半導体素子とこれと逆並列に接続されたフライホールダイオードによってアームが構成された電力変換装置のゲート制御回路であって、
各アーム共通に設けられ、各電圧駆動型半導体素子のゲート基準信号を出力するゲート制御手段と、
前記ゲート制御装置とは電気的に絶縁され、前記ゲート基準信号に基づいて前記各々の電圧駆動型半導体素子にゲートパルスを供給するための出力電圧可変のゲート駆動手段を具備し、
前記ゲート駆動手段は、当該ゲート駆動手段が駆動する前記電圧駆動型半導体素子のアーム電流が所定値を超えたとき、
当該ゲート駆動手段の出力電圧を当該ゲート駆動手段内のローカル処理によって低減させるようにすると共に、
前記ゲート制御手段は、
前記電力変換装置の全アームの全ての電圧駆動型半導体素子に与える前記ゲート基準信号をオフするようにしたことを特徴とする電力変換装置のゲート制御回路。
A gate control circuit of a power conversion device in which an arm is constituted by a voltage-driven semiconductor element and a fly-hole diode connected in reverse parallel thereto,
Gate control means provided in common to each arm and outputting a gate reference signal of each voltage-driven semiconductor element;
A gate driving means that is electrically insulated from the gate control device, and that can change the output voltage for supplying a gate pulse to each of the voltage-driven semiconductor elements based on the gate reference signal;
The gate driving means, when the arm current of the voltage driven semiconductor element driven by the gate driving means exceeds a predetermined value,
The output voltage of the gate driving means is reduced by local processing in the gate driving means, and
The gate control means includes
A gate control circuit for a power converter, wherein the gate reference signal applied to all voltage-driven semiconductor elements of all arms of the power converter is turned off.
前記電圧駆動型半導体素子は1アームに複数個直列に接続され、前記アーム電流は各アーム単位に設けられた電流検出器によって検出するようにしたことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の電力変換装置のゲート制御回路。   4. The voltage-driven semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of the voltage-driven semiconductor elements are connected in series to one arm, and the arm current is detected by a current detector provided for each arm unit. The gate control circuit of the power converter device of any one of Claims. 前記電圧駆動型半導体素子は1アームに複数個直列に接続され、前記アーム電流は各々の電圧駆動型半導体素子毎に当該電圧駆動型半導体素子に近接して設けられた電流検出器によって検出するようにしたことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の電力変換装置のゲート制御回路。   A plurality of the voltage-driven semiconductor elements are connected in series to one arm, and the arm current is detected for each voltage-driven semiconductor element by a current detector provided adjacent to the voltage-driven semiconductor element. The gate control circuit of the power converter according to any one of claims 1 to 3, wherein the gate control circuit is configured as described above. 電圧駆動型半導体素子とこれと逆並列に接続されたフライホールダイオードによってアームが構成された電力変換装置のゲート制御方法であって、
各アーム共通に設けられたゲート制御手段から各電圧駆動型半導体素子のゲート基準信号を出力し、
前記ゲート基準信号に基づいて、前記ゲート制御装置とは電気的に絶縁されたゲート駆動手段から前記各々の電圧駆動型半導体素子にゲートパルスを供給し、
前記ゲート駆動手段が駆動する前記電圧駆動型半導体素子のアーム電流が所定値を超えたとき、
当該ゲート駆動手段が出力するゲートパルスを当該ゲート駆動手段内のローカル処理により直接オフするようにしたことを特徴とする電力変換装置のゲート制御方法。
A gate control method for a power conversion device in which an arm is constituted by a voltage-driven semiconductor element and a fly-hole diode connected in reverse parallel thereto,
Output the gate reference signal of each voltage driven semiconductor element from the gate control means provided in common to each arm,
Based on the gate reference signal, a gate pulse is supplied to each of the voltage-driven semiconductor elements from a gate driving means electrically insulated from the gate control device,
When the arm current of the voltage driven semiconductor element driven by the gate driving means exceeds a predetermined value,
A gate control method for a power converter, wherein a gate pulse output from the gate driving means is directly turned off by local processing in the gate driving means.
前記ゲート駆動手段が駆動する前記電圧駆動型半導体素子のアーム電流が所定値を超えたとき、
前記ゲート制御手段は前記電力変換装置の全アームの全ての電圧駆動型半導体素子に与える前記ゲート基準信号をオフするようにしたことを特徴とする請求項6に記載の電力変換装置のゲート制御方法。
When the arm current of the voltage driven semiconductor element driven by the gate driving means exceeds a predetermined value,
7. The gate control method for a power conversion device according to claim 6, wherein the gate control means turns off the gate reference signal applied to all voltage-driven semiconductor elements of all arms of the power conversion device. .
電圧駆動型半導体素子とこれと逆並列に接続されたフライホールダイオードによってアームが構成された電力変換装置のゲート制御方法であって、
各アーム共通に設けられたゲート制御手段から各電圧駆動型半導体素子のゲート基準信号を出力し、
前記ゲート基準信号に基づいて、前記ゲート制御装置とは電気的に絶縁されたゲート駆動手段から前記各々の電圧駆動型半導体素子にゲートパルスを供給し、
前記ゲート駆動手段が駆動する前記電圧駆動型半導体素子のアーム電流が所定値を超えたとき、
当該ゲート駆動手段内のローカル処理により当該ゲート駆動手段の出力電圧を低減すると共に、
前記ゲート制御手段は、
前記電力変換装置の全アームの全ての電圧駆動型半導体素子に与える前記ゲート基準信号をオフするようにしたことを特徴とする電力変換装置のゲート制御方法。
A gate control method for a power conversion device in which an arm is constituted by a voltage-driven semiconductor element and a fly-hole diode connected in reverse parallel thereto,
Output the gate reference signal of each voltage driven semiconductor element from the gate control means provided in common to each arm,
Based on the gate reference signal, a gate pulse is supplied to each of the voltage-driven semiconductor elements from a gate driving means electrically insulated from the gate control device,
When the arm current of the voltage driven semiconductor element driven by the gate driving means exceeds a predetermined value,
While reducing the output voltage of the gate drive means by local processing in the gate drive means,
The gate control means includes
A gate control method for a power converter, wherein the gate reference signal applied to all voltage-driven semiconductor elements of all arms of the power converter is turned off.
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