JP3008924B2 - パワー素子のドライブ回路 - Google Patents
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- H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
- H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
- H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
- H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
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- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
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- Power Engineering (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はパワー素子のドライ
ブ回路に関し、特にパワー素子との配線上に存在するイ
ンダクタンスの影響によりパワー素子の動作状態を監視
している保護回路の動作が不安定とならないようにした
パワー素子のドライブ回路に関する。
ブ回路に関し、特にパワー素子との配線上に存在するイ
ンダクタンスの影響によりパワー素子の動作状態を監視
している保護回路の動作が不安定とならないようにした
パワー素子のドライブ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、大容量の産業用モータをドラ
イブするインバータでは、スイッチング素子として、高
耐圧・大電流化が容易なサイリスタが用いられており、
小・中容量のインバータでは主にバイポーラジャンクシ
ョントランジスタが用いられてきた。その後、ＭＯＳＦ
ＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Trans
istor ）が持つ高入力インピーダンス特性とバイポーラ
トランジスタが持つ低飽和電圧特性とを兼ね備えたＩＧ
ＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）が使用さ
れるようになり、近年、ＩＧＢＴの高耐圧・大容量化が
進んで、ＩＧＢＴはサイリスタの分野にまで適用される
ようになってきた。ＩＧＢＴは、扱う電流値が大きいこ
とから、その過電流保護および過熱保護が必須であり、
通常はドライブ回路にそのような過電流保護および過熱
保護の機能が設けられている。
イブするインバータでは、スイッチング素子として、高
耐圧・大電流化が容易なサイリスタが用いられており、
小・中容量のインバータでは主にバイポーラジャンクシ
ョントランジスタが用いられてきた。その後、ＭＯＳＦ
ＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Trans
istor ）が持つ高入力インピーダンス特性とバイポーラ
トランジスタが持つ低飽和電圧特性とを兼ね備えたＩＧ
ＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）が使用さ
れるようになり、近年、ＩＧＢＴの高耐圧・大容量化が
進んで、ＩＧＢＴはサイリスタの分野にまで適用される
ようになってきた。ＩＧＢＴは、扱う電流値が大きいこ
とから、その過電流保護および過熱保護が必須であり、
通常はドライブ回路にそのような過電流保護および過熱
保護の機能が設けられている。
【０００３】図５は保護機能を内蔵した従来のＩＧＢＴ
のドライブ回路の一例を示す回路図である。図５には、
ＩＧＢＴチップ１００と、フライホイールダイオード２
００と、ドライブ回路３００とが示されている。ＩＧＢ
Ｔチップ１００は、ＩＧＢＴ１０１とその接合温度を検
出するための温度センサとしてチップ内に埋めこまれた
温度検出ダイオード１０２とから構成されている。ＩＧ
ＢＴ１０１のコレクタは、フライホイールダイオード２
００のカソードに接続され、エミッタはフライホイール
ダイオード２００のアノードに接続されている。
のドライブ回路の一例を示す回路図である。図５には、
ＩＧＢＴチップ１００と、フライホイールダイオード２
００と、ドライブ回路３００とが示されている。ＩＧＢ
Ｔチップ１００は、ＩＧＢＴ１０１とその接合温度を検
出するための温度センサとしてチップ内に埋めこまれた
温度検出ダイオード１０２とから構成されている。ＩＧ
ＢＴ１０１のコレクタは、フライホイールダイオード２
００のカソードに接続され、エミッタはフライホイール
ダイオード２００のアノードに接続されている。
【０００４】ドライブ回路３００は、ＩＧＢＴ１０１の
ゲートに接続されてＩＧＢＴ１０１のターンオン・ター
ンオフを制御するゲート制御部３０１と、ＩＧＢＴ１０
１の過電流を検出する比較器３０２と、ＩＧＢＴ１０１
の素子過熱温度を検出する比較器３０３とを備えてい
る。比較器３０２は、その非反転入力にＩＧＢＴ１０１
のセンスエミッタと抵抗３０４との接続部が接続され、
反転入力に基準電圧源３０５が接続されている。比較器
３０３は、その非反転入力に基準電圧源３０６が接続さ
れ、反転入力に定電流源３０７と温度検出ダイオード１
０２のアノードとの接続部に接続されている。
ゲートに接続されてＩＧＢＴ１０１のターンオン・ター
ンオフを制御するゲート制御部３０１と、ＩＧＢＴ１０
１の過電流を検出する比較器３０２と、ＩＧＢＴ１０１
の素子過熱温度を検出する比較器３０３とを備えてい
る。比較器３０２は、その非反転入力にＩＧＢＴ１０１
のセンスエミッタと抵抗３０４との接続部が接続され、
反転入力に基準電圧源３０５が接続されている。比較器
３０３は、その非反転入力に基準電圧源３０６が接続さ
れ、反転入力に定電流源３０７と温度検出ダイオード１
０２のアノードとの接続部に接続されている。
【０００５】ＩＧＢＴ１０１のエミッタ、温度検出ダイ
オード１０２のカソード、基準電圧源３０５，３０６の
負極端子、および抵抗３０４はドライブ回路３００のグ
ランド端子ＧＮＤに接続されている。なお、定電流源３
０７と温度検出ダイオード１０２との間のインダクタン
スＬ１０１、ゲート制御部３０１とＩＧＢＴ１０１のゲ
ート端子との間のインダクタンスＬ１０２、ＩＧＢＴ１
０１のセンスエミッタと比較器３０２との間のインダク
タンスＬ１０３、およびグランドＧＮＤ上のインダクタ
ンスＬ１０４，Ｌ１０５，Ｌ１０６，Ｌ１０７は、内部
配線のインダクタンスを示している。
オード１０２のカソード、基準電圧源３０５，３０６の
負極端子、および抵抗３０４はドライブ回路３００のグ
ランド端子ＧＮＤに接続されている。なお、定電流源３
０７と温度検出ダイオード１０２との間のインダクタン
スＬ１０１、ゲート制御部３０１とＩＧＢＴ１０１のゲ
ート端子との間のインダクタンスＬ１０２、ＩＧＢＴ１
０１のセンスエミッタと比較器３０２との間のインダク
タンスＬ１０３、およびグランドＧＮＤ上のインダクタ
ンスＬ１０４，Ｌ１０５，Ｌ１０６，Ｌ１０７は、内部
配線のインダクタンスを示している。
【０００６】ＩＧＢＴ１０１の過電流保護回路におい
て、ＩＧＢＴ１０１のエミッタ電流の一部をセンスエミ
ッタから取り出し、その電流を抵抗３０４に流すように
している。このセンスエミッタ電流によって生じる抵抗
３０４の端子電圧は、比較器３０２において基準電圧源
３０５の電圧と比較され、ＩＧＢＴ１０１のエミッタ電
流が所定値以上流れて、センスエミッタ電流による抵抗
３０４の端子電圧が基準電圧源３０５の電圧よりも高く
なったとき、ＩＧＢＴ１０１の過電流が検出される。一
方、ＩＧＢＴ１０１の過熱保護回路においては、定電流
源３０７によって一定の電流が流されている温度検出ダ
イオード１０２の順方向電圧を比較器３０３によって基
準電圧源３０６の電圧と比較し、ＩＧＢＴ１０１が過熱
して、温度検出ダイオード１０２の順方向電圧が基準電
圧源３０６の電圧より低下したとき、ＩＧＢＴ１０１の
過熱が検出される。
て、ＩＧＢＴ１０１のエミッタ電流の一部をセンスエミ
ッタから取り出し、その電流を抵抗３０４に流すように
している。このセンスエミッタ電流によって生じる抵抗
３０４の端子電圧は、比較器３０２において基準電圧源
３０５の電圧と比較され、ＩＧＢＴ１０１のエミッタ電
流が所定値以上流れて、センスエミッタ電流による抵抗
３０４の端子電圧が基準電圧源３０５の電圧よりも高く
なったとき、ＩＧＢＴ１０１の過電流が検出される。一
方、ＩＧＢＴ１０１の過熱保護回路においては、定電流
源３０７によって一定の電流が流されている温度検出ダ
イオード１０２の順方向電圧を比較器３０３によって基
準電圧源３０６の電圧と比較し、ＩＧＢＴ１０１が過熱
して、温度検出ダイオード１０２の順方向電圧が基準電
圧源３０６の電圧より低下したとき、ＩＧＢＴ１０１の
過熱が検出される。
【０００７】ＩＧＢＴ１０１は、ドライブ回路３００の
ゲート制御部３０１によってオン・オフ制御が行われ
る。ＩＧＢＴ１０１はそのゲート・エミッタ間は容量性
である。そのため、ターンオン時にドライブ電流により
ゲート・エミッタ間容量への充電が行われ、そのドライ
ブ電流は、ゲートからエミッタ、そしてグランドＧＮＤ
を通って、図示しない電源の負極へと通じるループを流
れる。一方、ターンオフ時は、ゲート・エミッタ間に充
電されていた電荷が放電され、その放電電流はゲートか
らゲート制御部３０１、グランドＧＮＤを通ってＩＧＢ
Ｔ１０１のエミッタへと流れるループを通る。ＩＧＢＴ
１０１のターンオン・ターンオフ時のドライブ電流は過
渡的であって、アンペアオーダーの非常に大きな値を有
する。
ゲート制御部３０１によってオン・オフ制御が行われ
る。ＩＧＢＴ１０１はそのゲート・エミッタ間は容量性
である。そのため、ターンオン時にドライブ電流により
ゲート・エミッタ間容量への充電が行われ、そのドライ
ブ電流は、ゲートからエミッタ、そしてグランドＧＮＤ
を通って、図示しない電源の負極へと通じるループを流
れる。一方、ターンオフ時は、ゲート・エミッタ間に充
電されていた電荷が放電され、その放電電流はゲートか
らゲート制御部３０１、グランドＧＮＤを通ってＩＧＢ
Ｔ１０１のエミッタへと流れるループを通る。ＩＧＢＴ
１０１のターンオン・ターンオフ時のドライブ電流は過
渡的であって、アンペアオーダーの非常に大きな値を有
する。
【０００８】また、以上のようなドライブ回路３００、
ＩＧＢＴチップ１００、およびフライホイールダイオー
ド２００の組みは、一つの直流電源をもとに複数個併置
して利用することがある。たとえば、Ｎチャンネルパワ
ー素子を使用して多相インバータを構成するブリッジ回
路の場合、負側のパワー素子をドライブする回路はその
直流電源を共有することができ、逆に、Ｐチャンネルパ
ワー素子を使用して多相インバータを構成するブリッジ
回路の場合には、正側のパワー素子をドライブする回路
はその直流電源を共有することができる。以下に、Ｎチ
ャンネルパワー素子を使用して三相インバータを構成す
るブリッジ回路の負側の二相の場合を例にして示す。
ＩＧＢＴチップ１００、およびフライホイールダイオー
ド２００の組みは、一つの直流電源をもとに複数個併置
して利用することがある。たとえば、Ｎチャンネルパワ
ー素子を使用して多相インバータを構成するブリッジ回
路の場合、負側のパワー素子をドライブする回路はその
直流電源を共有することができ、逆に、Ｐチャンネルパ
ワー素子を使用して多相インバータを構成するブリッジ
回路の場合には、正側のパワー素子をドライブする回路
はその直流電源を共有することができる。以下に、Ｎチ
ャンネルパワー素子を使用して三相インバータを構成す
るブリッジ回路の負側の二相の場合を例にして示す。
【０００９】図６は二つのドライブ回路が一つの電源を
共有する場合の接続例を示す図である。図６において、
図５に示した構成要素と同じ要素については同じ符号を
付してその詳細な説明は省略する。なお、過電流保護お
よび過熱保護の回路については、説明を簡単にするた
め、図からは省略してある。
共有する場合の接続例を示す図である。図６において、
図５に示した構成要素と同じ要素については同じ符号を
付してその詳細な説明は省略する。なお、過電流保護お
よび過熱保護の回路については、説明を簡単にするた
め、図からは省略してある。
【００１０】ＩＧＢＴ１０１において、そのゲートはド
ライブ回路３００に接続され、コレクタは負荷端子Ｖ
に、エミッタは負荷端子Ｎに接続されている。ＩＧＢＴ
１０１の主電流が流れる負荷端子Ｖと負荷端子Ｎとの間
の内部配線において、ＩＧＢＴ１０１のコレクタ側にイ
ンダクタンスＬ１０８が存在し、ＩＧＢＴ１０１のエミ
ッタから隣のＩＧＢＴ１０１ａのエミッタまでの間には
相間のインダクタンスＬ１０９が、そしてＩＧＢＴ１０
１ａのエミッタから負荷端子Ｎまでにはインダクタンス
Ｌ１１０が存在している。ドライブ回路３００は、直流
電源４００の正極および負極端子に接続され、負極端子
に接続されたグランドＧＮＤの内部配線には、インダク
タンスＬ１０４，Ｌ１０５，Ｌ１０６，Ｌ１０７が存在
しているとする。図の下側に示した別の相の回路でも同
じように、ＩＧＢＴ１０１ａ、ドライブ回路３００ａが
配置され、そのドライブ回路３００ａには、ドライブ回
路３００と同じ直流電源４００が接続されている。ま
た、ドライブ回路３００ａのグランドＧＮＤ上には、内
部配線のインダクタンスＬ１０４ａ，Ｌ１０５ａ，Ｌ１
０６ａ，Ｌ１０７ａが存在しているとする。
ライブ回路３００に接続され、コレクタは負荷端子Ｖ
に、エミッタは負荷端子Ｎに接続されている。ＩＧＢＴ
１０１の主電流が流れる負荷端子Ｖと負荷端子Ｎとの間
の内部配線において、ＩＧＢＴ１０１のコレクタ側にイ
ンダクタンスＬ１０８が存在し、ＩＧＢＴ１０１のエミ
ッタから隣のＩＧＢＴ１０１ａのエミッタまでの間には
相間のインダクタンスＬ１０９が、そしてＩＧＢＴ１０
１ａのエミッタから負荷端子Ｎまでにはインダクタンス
Ｌ１１０が存在している。ドライブ回路３００は、直流
電源４００の正極および負極端子に接続され、負極端子
に接続されたグランドＧＮＤの内部配線には、インダク
タンスＬ１０４，Ｌ１０５，Ｌ１０６，Ｌ１０７が存在
しているとする。図の下側に示した別の相の回路でも同
じように、ＩＧＢＴ１０１ａ、ドライブ回路３００ａが
配置され、そのドライブ回路３００ａには、ドライブ回
路３００と同じ直流電源４００が接続されている。ま
た、ドライブ回路３００ａのグランドＧＮＤ上には、内
部配線のインダクタンスＬ１０４ａ，Ｌ１０５ａ，Ｌ１
０６ａ，Ｌ１０７ａが存在しているとする。
【００１１】ここで、上側のドライブ回路３００がＩＧ
ＢＴ１０１に対してドライブ電流を供給した場合には、
ＩＧＢＴ１０１はターンオンし、負荷電流ＩONが負荷端
子ＶからインダクタンスＬ１０８、ＩＧＢＴ１０１、イ
ンダクタンスＬ１０９，Ｌ１１０を通って負荷端子Ｎに
流れることになる。同様に、下側のドライブ回路３００
ａがＩＧＢＴ１０１ａに対してドライブ電流を供給した
場合は、ＩＧＢＴ１０１ａはターンオンし、負荷電流が
負荷端子ＵからＩＧＢＴ１０１ａを通って負荷端子Ｎに
流れる。このようにして、一つの共通の直流電源４００
を共有した二つのＩＧＢＴスイッチング回路が独立して
動作する。
ＢＴ１０１に対してドライブ電流を供給した場合には、
ＩＧＢＴ１０１はターンオンし、負荷電流ＩONが負荷端
子ＶからインダクタンスＬ１０８、ＩＧＢＴ１０１、イ
ンダクタンスＬ１０９，Ｌ１１０を通って負荷端子Ｎに
流れることになる。同様に、下側のドライブ回路３００
ａがＩＧＢＴ１０１ａに対してドライブ電流を供給した
場合は、ＩＧＢＴ１０１ａはターンオンし、負荷電流が
負荷端子ＵからＩＧＢＴ１０１ａを通って負荷端子Ｎに
流れる。このようにして、一つの共通の直流電源４００
を共有した二つのＩＧＢＴスイッチング回路が独立して
動作する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示した回路において、ＩＧＢＴ１０１をターンオン・タ
ーンオフするとき、過渡的なドライブ電流が流れ、その
電流ループ回路上の内部配線のインダクタンスＬ１０
２，Ｌ１０４，Ｌ１０５，Ｌ１０６，Ｌ１０７に過渡電
圧が発生し、この過渡電圧が保護回路の動作点を変動さ
せ、保護回路を誤動作させてしまうことがある。この誤
動作の原因となる動作の詳細を以下に図を参照して説明
する。
示した回路において、ＩＧＢＴ１０１をターンオン・タ
ーンオフするとき、過渡的なドライブ電流が流れ、その
電流ループ回路上の内部配線のインダクタンスＬ１０
２，Ｌ１０４，Ｌ１０５，Ｌ１０６，Ｌ１０７に過渡電
圧が発生し、この過渡電圧が保護回路の動作点を変動さ
せ、保護回路を誤動作させてしまうことがある。この誤
動作の原因となる動作の詳細を以下に図を参照して説明
する。
【００１３】図７はターンオン動作時のドライブ電流の
流れを説明した図、図８はターンオフ動作時のドライブ
電流の流れを説明した図である。ＩＧＢＴ１０１はその
ゲート・エミッタ間に電圧を印加することによってター
ンオンするが、そのとき、図７に示したように、ゲート
・エミッタ間に存在する容量に充電電流がドライブ電流
ＩDON となって過渡的に流れる。このとき、そのドライ
ブ電流ＩDON が流れる経路上、特に、過電流保護回路お
よび過熱保護回路の電位的な基準となるグランドＧＮＤ
上にあるインダクタンスＬ１０４，Ｌ１０５，Ｌ１０
６，Ｌ１０７のそれぞれには、そのドライブ電流ＩDON
によって過渡電圧が発生する。過電流保護回路について
注目すると、ドライブ電流ＩDON が流れることによりグ
ランドＧＮＤ上にあるインダクタンスＬ１０６に過渡電
圧が発生したとすると、基準電圧源３０５の負極端子の
電位は、抵抗３０４のグランド側の電位よりもその過渡
電圧の分だけレベルシフトされ、基準電圧源３０５の電
圧は実質的にその過渡電圧の分だけ低くなり、比較器３
０２の動作点が変動してしまって、正しい保護動作がで
きなかったり正常動作時に保護回路が誤動作してしまう
ことになる。過熱保護回路においても同様に、ドライブ
電流ＩDON によりグランドＧＮＤ上のインダクタンスＬ
１０４に過渡電圧が発生し、これが基準電圧源３０６の
電圧を実質的に低くし、比較器３０３の動作点を変更し
てしまうことになる。これにより、正常な保護動作がで
きなくなる。一方、ＩＧＢＴ１０１のターンオフ動作時
は、図８に示したように、ゲート・エミッタ間容量に充
電されていた電荷が放電され、その放電電流がドライブ
電流ＩDOFFとなって、インダクタンスＬ１０２，Ｌ１０
７，Ｌ１０６，Ｌ１０５，Ｌ１０４を過渡的に流れるこ
とになる。この場合も、グランドＧＮＤ上にあるインダ
クタンスＬ１０６に過渡電圧が発生し、基準電圧源３０
５の負極端子の電位を抵抗３０４のグランド側の電位よ
りもその過渡電圧の分だけレベルシフトし、基準電圧源
３０５の電圧を実質的にその過渡電圧の分だけ高くし、
比較器３０２の動作点を狂わしてしまう。同時に、イン
ダクタンスＬ１０４に過渡電圧を発生させ、これが基準
電圧源３０６の電圧を実質的に高くして、比較器３０３
の動作点を変更してしまうことになる。このように、タ
ーンオンおよびターンオフのいずれにおいても、正常な
保護動作ができなくなるという問題点があった。
流れを説明した図、図８はターンオフ動作時のドライブ
電流の流れを説明した図である。ＩＧＢＴ１０１はその
ゲート・エミッタ間に電圧を印加することによってター
ンオンするが、そのとき、図７に示したように、ゲート
・エミッタ間に存在する容量に充電電流がドライブ電流
ＩDON となって過渡的に流れる。このとき、そのドライ
ブ電流ＩDON が流れる経路上、特に、過電流保護回路お
よび過熱保護回路の電位的な基準となるグランドＧＮＤ
上にあるインダクタンスＬ１０４，Ｌ１０５，Ｌ１０
６，Ｌ１０７のそれぞれには、そのドライブ電流ＩDON
によって過渡電圧が発生する。過電流保護回路について
注目すると、ドライブ電流ＩDON が流れることによりグ
ランドＧＮＤ上にあるインダクタンスＬ１０６に過渡電
圧が発生したとすると、基準電圧源３０５の負極端子の
電位は、抵抗３０４のグランド側の電位よりもその過渡
電圧の分だけレベルシフトされ、基準電圧源３０５の電
圧は実質的にその過渡電圧の分だけ低くなり、比較器３
０２の動作点が変動してしまって、正しい保護動作がで
きなかったり正常動作時に保護回路が誤動作してしまう
ことになる。過熱保護回路においても同様に、ドライブ
電流ＩDON によりグランドＧＮＤ上のインダクタンスＬ
１０４に過渡電圧が発生し、これが基準電圧源３０６の
電圧を実質的に低くし、比較器３０３の動作点を変更し
てしまうことになる。これにより、正常な保護動作がで
きなくなる。一方、ＩＧＢＴ１０１のターンオフ動作時
は、図８に示したように、ゲート・エミッタ間容量に充
電されていた電荷が放電され、その放電電流がドライブ
電流ＩDOFFとなって、インダクタンスＬ１０２，Ｌ１０
７，Ｌ１０６，Ｌ１０５，Ｌ１０４を過渡的に流れるこ
とになる。この場合も、グランドＧＮＤ上にあるインダ
クタンスＬ１０６に過渡電圧が発生し、基準電圧源３０
５の負極端子の電位を抵抗３０４のグランド側の電位よ
りもその過渡電圧の分だけレベルシフトし、基準電圧源
３０５の電圧を実質的にその過渡電圧の分だけ高くし、
比較器３０２の動作点を狂わしてしまう。同時に、イン
ダクタンスＬ１０４に過渡電圧を発生させ、これが基準
電圧源３０６の電圧を実質的に高くして、比較器３０３
の動作点を変更してしまうことになる。このように、タ
ーンオンおよびターンオフのいずれにおいても、正常な
保護動作ができなくなるという問題点があった。
【００１４】また、図６に示した構成において、たとえ
ばＩＧＢＴ１０１がターンオンしたとき、負荷端子Ｖか
ら負荷端子Ｎへ負荷電流ＩONが流れるが、このとき、イ
ンダクタンスＬ１０８，Ｌ１０９，Ｌ１１０に過渡電圧
が発生し、特に相間のインダクタンスＬ１０９に発生し
た過渡電圧は、このインダクタンスＬ１０９から、ドラ
イブ回路３００のグランドＧＮＤのインダクタンスＬ１
０４，Ｌ１０５，Ｌ１０６，Ｌ１０７、ドライブ回路３
００ａのグランドＧＮＤのインダクタンスＬ１０７ａ，
Ｌ１０６ａ，Ｌ１０５ａ，Ｌ１０４ａを通ってインダク
タンスＬ１０９に戻るループ回路に、過渡的な回り込み
電流ＩLOOPを流すことになり、これによってインダクタ
ンスＬ１０４，Ｌ１０５，Ｌ１０６，Ｌ１０７およびイ
ンダクタンスＬ１０４ａ，Ｌ１０５ａ，Ｌ１０６ａ，Ｌ
１０７ａに発生した過渡電圧が、過電流保護回路の基準
電圧および検出電圧、または過熱保護回路の基準電圧を
狂わせ、正常な保護動作を阻害したり正常動作時に保護
回路が誤動作してしまうという問題点があった。もちろ
ん、ＩＧＢＴ１０１がターンオフするときも、インダク
タンスＬ１０９には負荷電流ＩONの減少によって逆向き
の過渡電圧が発生し、同じようにして逆向きの回り込み
電流−ＩLOOPが流れ、これによってドライブ回路内の共
通グランドＧＮＤに場所によって異なる電位が発生し、
保護回路を誤動作させるという問題があった。
ばＩＧＢＴ１０１がターンオンしたとき、負荷端子Ｖか
ら負荷端子Ｎへ負荷電流ＩONが流れるが、このとき、イ
ンダクタンスＬ１０８，Ｌ１０９，Ｌ１１０に過渡電圧
が発生し、特に相間のインダクタンスＬ１０９に発生し
た過渡電圧は、このインダクタンスＬ１０９から、ドラ
イブ回路３００のグランドＧＮＤのインダクタンスＬ１
０４，Ｌ１０５，Ｌ１０６，Ｌ１０７、ドライブ回路３
００ａのグランドＧＮＤのインダクタンスＬ１０７ａ，
Ｌ１０６ａ，Ｌ１０５ａ，Ｌ１０４ａを通ってインダク
タンスＬ１０９に戻るループ回路に、過渡的な回り込み
電流ＩLOOPを流すことになり、これによってインダクタ
ンスＬ１０４，Ｌ１０５，Ｌ１０６，Ｌ１０７およびイ
ンダクタンスＬ１０４ａ，Ｌ１０５ａ，Ｌ１０６ａ，Ｌ
１０７ａに発生した過渡電圧が、過電流保護回路の基準
電圧および検出電圧、または過熱保護回路の基準電圧を
狂わせ、正常な保護動作を阻害したり正常動作時に保護
回路が誤動作してしまうという問題点があった。もちろ
ん、ＩＧＢＴ１０１がターンオフするときも、インダク
タンスＬ１０９には負荷電流ＩONの減少によって逆向き
の過渡電圧が発生し、同じようにして逆向きの回り込み
電流−ＩLOOPが流れ、これによってドライブ回路内の共
通グランドＧＮＤに場所によって異なる電位が発生し、
保護回路を誤動作させるという問題があった。
【００１５】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、共通の配線に分布するインダクタンスに大電
流が流れることにより発生する過渡電圧によって、微弱
電流によって動作している保護回路が誤動作しないよう
にしたパワー素子のドライブ回路を提供することを目的
とする。
のであり、共通の配線に分布するインダクタンスに大電
流が流れることにより発生する過渡電圧によって、微弱
電流によって動作している保護回路が誤動作しないよう
にしたパワー素子のドライブ回路を提供することを目的
とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明では上記問題を解
決するために、パワー素子の制御端子と出力端子との間
に接続されパワー素子をドライブするドライブ回路にお
いて、前記出力端子より分岐する第１、第２のグランド
を備え、前記第１のグランドは前記パワー素子をドライ
ブしたときに流れるドライブ電流の電流経路を構成し、
前記第２のグランドは前記パワー素子の動作状態を監視
する保護回路がグランドとして使用する電流経路を構成
し、前記第２のグランドは、前記パワー素子が接続され
る側から見て前記保護回路が接続されている配線パター
ンの位置よりも遠い位置でインピーダンスを介して前記
第１のグランドに接続されていることを特徴とするパワ
ー素子のドライブ回路が提供される。
決するために、パワー素子の制御端子と出力端子との間
に接続されパワー素子をドライブするドライブ回路にお
いて、前記出力端子より分岐する第１、第２のグランド
を備え、前記第１のグランドは前記パワー素子をドライ
ブしたときに流れるドライブ電流の電流経路を構成し、
前記第２のグランドは前記パワー素子の動作状態を監視
する保護回路がグランドとして使用する電流経路を構成
し、前記第２のグランドは、前記パワー素子が接続され
る側から見て前記保護回路が接続されている配線パター
ンの位置よりも遠い位置でインピーダンスを介して前記
第１のグランドに接続されていることを特徴とするパワ
ー素子のドライブ回路が提供される。
【００１７】このようなパワー素子のドライブ回路によ
れば、保護回路が使用する第２のグランドがパワー素子
のドライブ電流が流れる第１のグランドから独立して設
けられ、パワー素子が接続される側から見て保護回路が
接続されている配線パターンの位置よりも遠い位置でイ
ンピーダンスを介して第１のグランドに接続されている
ので、過渡的なドライブ電流が流れることによって第１
のグランドに分布するインダクタンスに過渡的な電圧が
発生したとしても、そのような過渡電圧が第２のグラン
ドに流れることはない。これにより、保護回路はドライ
ブ電流によって変動を受けることがないため、誤動作の
ない安定した保護動作が保証される。
れば、保護回路が使用する第２のグランドがパワー素子
のドライブ電流が流れる第１のグランドから独立して設
けられ、パワー素子が接続される側から見て保護回路が
接続されている配線パターンの位置よりも遠い位置でイ
ンピーダンスを介して第１のグランドに接続されている
ので、過渡的なドライブ電流が流れることによって第１
のグランドに分布するインダクタンスに過渡的な電圧が
発生したとしても、そのような過渡電圧が第２のグラン
ドに流れることはない。これにより、保護回路はドライ
ブ電流によって変動を受けることがないため、誤動作の
ない安定した保護動作が保証される。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、三
相インバータに適用した場合を例に図面を参照して詳細
に説明する。
相インバータに適用した場合を例に図面を参照して詳細
に説明する。
【００１９】図１は本発明を適用したインバータ回路の
構成例を示す図である。この図１において、主回路の直
流電源１０が示されており、その正極は端子Ｐに接続さ
れ、負極は端子Ｎに接続されている。また、ドライブ回
路用の直流電源１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが別に
備えられている。このインバータ回路は、六つのＮチャ
ンネルのＩＧＢＴ１１，１２，・・，１６および六つの
フライホイールダイオード２１，２２，・・，２６と、
六つのドライブ回路３１，３２，・・，３６とから構成
されている。各ドライブ回路３１，３２，・・，３６の
出力は、それぞれＩＧＢＴ１１，１２，・・，１６のゲ
ートに接続されている。各ＩＧＢＴ１１，１２，・・，
１６のコレクタおよびエミッタにはそれぞれフライホイ
ールダイオード２１，２２，・・，２６のカソードおよ
びアノードが接続されている。図の上側に示した三つの
ＩＧＢＴ１１，１２，１３のエミッタは、それぞれ図の
下側に示した三つのＩＧＢＴ１４，１５，１６のコレク
タに接続され、かつこれらの各接続部は三相交流出力端
子である端子Ｕ，Ｖ，Ｗにそれぞれ接続されている。こ
れらの端子Ｕ，Ｖ，Ｗは、交流モータ４０に接続されて
いる。
構成例を示す図である。この図１において、主回路の直
流電源１０が示されており、その正極は端子Ｐに接続さ
れ、負極は端子Ｎに接続されている。また、ドライブ回
路用の直流電源１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが別に
備えられている。このインバータ回路は、六つのＮチャ
ンネルのＩＧＢＴ１１，１２，・・，１６および六つの
フライホイールダイオード２１，２２，・・，２６と、
六つのドライブ回路３１，３２，・・，３６とから構成
されている。各ドライブ回路３１，３２，・・，３６の
出力は、それぞれＩＧＢＴ１１，１２，・・，１６のゲ
ートに接続されている。各ＩＧＢＴ１１，１２，・・，
１６のコレクタおよびエミッタにはそれぞれフライホイ
ールダイオード２１，２２，・・，２６のカソードおよ
びアノードが接続されている。図の上側に示した三つの
ＩＧＢＴ１１，１２，１３のエミッタは、それぞれ図の
下側に示した三つのＩＧＢＴ１４，１５，１６のコレク
タに接続され、かつこれらの各接続部は三相交流出力端
子である端子Ｕ，Ｖ，Ｗにそれぞれ接続されている。こ
れらの端子Ｕ，Ｖ，Ｗは、交流モータ４０に接続されて
いる。
【００２０】ここで、直流電源１０の端子Ｐは、正極側
に配置された三つのＩＧＢＴ１１，１２，１３の各コレ
クタに接続され、直流電源１０の端子Ｎは、負極側に配
置された三つのＩＧＢＴ１４，１５，１６の各エミッタ
に接続されている。また、正極の端子Ｐの側に配置され
た三つのドライブ回路３１，３２，３３は、それぞれ専
用の直流電源１０ａ，１０ｂ，１０ｃに接続され、かつ
各直流電源１０ａ，１０ｂ，１０ｃの負極端子は、それ
ぞれＩＧＢＴ１１，１２，１３のエミッタに接続されて
いる。一方、負極の端子Ｎの側に配置された三つのドラ
イブ回路３４，３５，３６は、一つの直流電源１０ｄを
共用するように接続されている。
に配置された三つのＩＧＢＴ１１，１２，１３の各コレ
クタに接続され、直流電源１０の端子Ｎは、負極側に配
置された三つのＩＧＢＴ１４，１５，１６の各エミッタ
に接続されている。また、正極の端子Ｐの側に配置され
た三つのドライブ回路３１，３２，３３は、それぞれ専
用の直流電源１０ａ，１０ｂ，１０ｃに接続され、かつ
各直流電源１０ａ，１０ｂ，１０ｃの負極端子は、それ
ぞれＩＧＢＴ１１，１２，１３のエミッタに接続されて
いる。一方、負極の端子Ｎの側に配置された三つのドラ
イブ回路３４，３５，３６は、一つの直流電源１０ｄを
共用するように接続されている。
【００２１】上記の構成において、各ＩＧＢＴ１１，１
２，・・，１６は、それぞれフライホイールダイオード
２１，２２，・・，２６と組みにして構成されたＩＧＢ
Ｔモジュールが使用され、そのＩＧＢＴモジュールにそ
れぞれドライブ回路を組み合わせて一つのインバータ回
路を構成している。しかし、一つのＩＧＢＴと一つのド
ライブ回路とを一つのモジュール内に集積したＩＧＢＴ
−ＩＰＭ（Intelligent Power Module）を６個使ってイ
ンバータ回路を構成したり、あるいは、一相分の回路、
たとえばＩＧＢＴ１１，１４と、フライホイールダイオ
ード２１，２４と、ドライブ回路３１，３４とを一つの
モジュール内に集積したＩＧＢＴ−ＩＰＭを３個使って
インバータ回路を構成してもよい。もちろん、図１の直
流電源１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄおよび交
流モータ４０を除くすべての回路を一つのモジュール内
に集積した一つのＩＧＢＴ−ＩＰＭを使って構成しても
よい。
２，・・，１６は、それぞれフライホイールダイオード
２１，２２，・・，２６と組みにして構成されたＩＧＢ
Ｔモジュールが使用され、そのＩＧＢＴモジュールにそ
れぞれドライブ回路を組み合わせて一つのインバータ回
路を構成している。しかし、一つのＩＧＢＴと一つのド
ライブ回路とを一つのモジュール内に集積したＩＧＢＴ
−ＩＰＭ（Intelligent Power Module）を６個使ってイ
ンバータ回路を構成したり、あるいは、一相分の回路、
たとえばＩＧＢＴ１１，１４と、フライホイールダイオ
ード２１，２４と、ドライブ回路３１，３４とを一つの
モジュール内に集積したＩＧＢＴ−ＩＰＭを３個使って
インバータ回路を構成してもよい。もちろん、図１の直
流電源１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄおよび交
流モータ４０を除くすべての回路を一つのモジュール内
に集積した一つのＩＧＢＴ−ＩＰＭを使って構成しても
よい。
【００２２】次に、ＩＧＢＴおよびドライブ回路の詳細
について説明する。各ドライブ回路３１，３２，・・，
３６は、同じ構成を有しているので、ここでは、最後の
組みのドライブ回路３６について説明する。
について説明する。各ドライブ回路３１，３２，・・，
３６は、同じ構成を有しているので、ここでは、最後の
組みのドライブ回路３６について説明する。
【００２３】図２は本発明によるドライブ回路を示す回
路図である。図２において、ＩＧＢＴチップは、ＩＧＢ
Ｔ１６と温度検出ダイオード５０とを有し、チップのド
ライブ回路側の端子としては、ＩＧＢＴ１６の出力端子
であるエミッタに接続されたパワーグランド（Ｐ−ＧＮ
Ｄ）端子５１と、エミッタの一部と温度検出ダイオード
５０のカソードとに接続されたセンスグランド（Ｓ−Ｇ
ＮＤ）端子５２と、センスエミッタ（ＳＥＮＳ）端子５
３と、ＩＧＢＴ１６の制御端子であるゲート（Ｇ）端子
５４と、ダイオード給電（Ｄ）端子５５とを備えてい
る。ＩＧＢＴ１６の主電流側において、コレクタは内部
配線のインダクタンス５６を介して端子Ｗに接続され、
コレクタおよびエミッタには、フライホイールダイオー
ド２６のカソードおよびアノードがそれぞれ接続されて
いる。
路図である。図２において、ＩＧＢＴチップは、ＩＧＢ
Ｔ１６と温度検出ダイオード５０とを有し、チップのド
ライブ回路側の端子としては、ＩＧＢＴ１６の出力端子
であるエミッタに接続されたパワーグランド（Ｐ−ＧＮ
Ｄ）端子５１と、エミッタの一部と温度検出ダイオード
５０のカソードとに接続されたセンスグランド（Ｓ−Ｇ
ＮＤ）端子５２と、センスエミッタ（ＳＥＮＳ）端子５
３と、ＩＧＢＴ１６の制御端子であるゲート（Ｇ）端子
５４と、ダイオード給電（Ｄ）端子５５とを備えてい
る。ＩＧＢＴ１６の主電流側において、コレクタは内部
配線のインダクタンス５６を介して端子Ｗに接続され、
コレクタおよびエミッタには、フライホイールダイオー
ド２６のカソードおよびアノードがそれぞれ接続されて
いる。
【００２４】ドライブ回路において、スイッチング信号
を入力する入力端子６１とアラーム出力端子６２とを有
している。入力端子６１は論理積ゲートの第１の入力に
接続されている。この論理積ゲート６３の出力は、プリ
ドライバ６４を介してコンプリメンタリ回路を構成する
二つのトランジスタ６５，６６のベースに接続されてい
る。トランジスタ６５のコレクタは直流電源１０ｄの正
極端子に接続され、エミッタはトランジスタ６６のエミ
ッタに接続されている。トランジスタ６６のコレクタは
直流電源１０ｄの負極端子に接続されたパワーグランド
６７に接続されている。トランジスタ６５，６６のエミ
ッタは内部配線のインダクタンス６８を通じてＩＧＢＴ
１６のゲートに接続されている。
を入力する入力端子６１とアラーム出力端子６２とを有
している。入力端子６１は論理積ゲートの第１の入力に
接続されている。この論理積ゲート６３の出力は、プリ
ドライバ６４を介してコンプリメンタリ回路を構成する
二つのトランジスタ６５，６６のベースに接続されてい
る。トランジスタ６５のコレクタは直流電源１０ｄの正
極端子に接続され、エミッタはトランジスタ６６のエミ
ッタに接続されている。トランジスタ６６のコレクタは
直流電源１０ｄの負極端子に接続されたパワーグランド
６７に接続されている。トランジスタ６５，６６のエミ
ッタは内部配線のインダクタンス６８を通じてＩＧＢＴ
１６のゲートに接続されている。
【００２５】直流電源１０ｄの正極端子には安定化電源
回路７１が接続され、その安定化出力は定電流源７２に
接続され、定電流源７２の出力は内部配線のインダクタ
ンス７３を通じて温度検出ダイオード５０のアノードに
接続されている。定電流源７２の出力はまた、比較器７
４の非反転入力に接続され、その反転入力には基準電圧
源７５の正極端子に接続され、その負極端子はＳ−ＧＮ
Ｄ端子５２に接続されたセンスグランド７６に接続され
ている。安定化電源回路７１のグランド端子はこのセン
スグランド７６に接続されている。比較器７４の出力は
ダイオード７７のカソードに接続されている。
回路７１が接続され、その安定化出力は定電流源７２に
接続され、定電流源７２の出力は内部配線のインダクタ
ンス７３を通じて温度検出ダイオード５０のアノードに
接続されている。定電流源７２の出力はまた、比較器７
４の非反転入力に接続され、その反転入力には基準電圧
源７５の正極端子に接続され、その負極端子はＳ−ＧＮ
Ｄ端子５２に接続されたセンスグランド７６に接続され
ている。安定化電源回路７１のグランド端子はこのセン
スグランド７６に接続されている。比較器７４の出力は
ダイオード７７のカソードに接続されている。
【００２６】ＳＥＮＳ端子５３は内部配線のインダクタ
ンス７８を介して、比較器７９の反転入力および抵抗８
０の一方の端子に接続され、その抵抗８０の他方の端子
はセンスグランド７６に接続されている。比較器７９の
非反転入力には基準電圧源８１の正極端子が接続され、
その負極端子はセンスグランド７６に接続されている。
比較器７９の出力はダイオード８２のカソードに接続さ
れている。センスグランド７６は、内部配線のインダク
タンス８３を介してＳ−ＧＮＤ端子５２に接続されてい
る。また、センスグランド７６の配線パターンにおい
て、Ｓ−ＧＮＤ端子５２から離れた終端近傍で、Ｐ−Ｇ
ＮＤ端子５１に接続された直流電源１０ｄ寄りのパワー
グランド６７にインピーダンスを介して、ここでは抵抗
８４を介して接続されている。パワーグランド６７に
は、抵抗８４が接続された位置とＰ−ＧＮＤ端子５１と
の間には、内部配線のインダクタンス８５が存在してい
る。
ンス７８を介して、比較器７９の反転入力および抵抗８
０の一方の端子に接続され、その抵抗８０の他方の端子
はセンスグランド７６に接続されている。比較器７９の
非反転入力には基準電圧源８１の正極端子が接続され、
その負極端子はセンスグランド７６に接続されている。
比較器７９の出力はダイオード８２のカソードに接続さ
れている。センスグランド７６は、内部配線のインダク
タンス８３を介してＳ−ＧＮＤ端子５２に接続されてい
る。また、センスグランド７６の配線パターンにおい
て、Ｓ−ＧＮＤ端子５２から離れた終端近傍で、Ｐ−Ｇ
ＮＤ端子５１に接続された直流電源１０ｄ寄りのパワー
グランド６７にインピーダンスを介して、ここでは抵抗
８４を介して接続されている。パワーグランド６７に
は、抵抗８４が接続された位置とＰ−ＧＮＤ端子５１と
の間には、内部配線のインダクタンス８５が存在してい
る。
【００２７】二つのダイオード７７，８２はそのアノー
ドがともに接続され、その接続部は論理積ゲート６３の
第２の入力とアラーム出力端子６２とに接続されてい
る。また、このアラーム出力端子６２はプルアップ抵抗
８７を介して直流電源１０ｄの正極端子に接続されてい
る。
ドがともに接続され、その接続部は論理積ゲート６３の
第２の入力とアラーム出力端子６２とに接続されてい
る。また、このアラーム出力端子６２はプルアップ抵抗
８７を介して直流電源１０ｄの正極端子に接続されてい
る。
【００２８】上記の構成において、まず、過熱保護機能
では、ＩＧＢＴチップ内に内蔵された温度検出ダイオー
ド５０は、定電流源７２によって定電流駆動されてお
り、その順方向電圧を比較器７４によって監視するよう
にしている。すなわち、ＩＧＢＴチップが過熱状態にな
い正常動作時には、温度検出ダイオード５０の順方向電
圧はチップ温度に応じた所定の電圧を示している。この
ときの電圧は、基準電圧源７５の電圧よりも大きく、し
たがって、比較器７４の出力はハイ（Ｈ）レベルを出力
し、その出力に接続されたダイオード７７は非導通状態
にある。このとき、ダイオード７７のアノード側はプル
アップ抵抗８７によりＨレベルになっているので、アラ
ーム出力端子６２にはＨレベルの信号が出力される。ま
た、論理積ゲート６３の第２の入力も同様にＨレベルで
あるため、入力端子６１に入力されたスイッチング信号
はそのままプリドライバ６４に入力される。一方、ＩＧ
ＢＴチップが過熱状態になると、負の温度係数を有する
温度検出ダイオード５０の順方向電圧は低下していくの
で、その順方向電圧が基準電圧源７５の電圧よりも小さ
くなると、比較器７４の出力はロー（Ｌ）レベルに反転
され、この結果、ダイオード７７が導通し、そのアノー
ド側はＬレベルになり、アラーム出力端子６２はＬレベ
ルのアラーム信号を出力する。これと同時に、論理積ゲ
ート６３の第２の入力もＬレベルとなるので、その出力
は第１の入力の論理レベルに関係なく、Ｌレベルに固定
され、入力端子６１に入力されたスイッチング信号は無
効にされる。
では、ＩＧＢＴチップ内に内蔵された温度検出ダイオー
ド５０は、定電流源７２によって定電流駆動されてお
り、その順方向電圧を比較器７４によって監視するよう
にしている。すなわち、ＩＧＢＴチップが過熱状態にな
い正常動作時には、温度検出ダイオード５０の順方向電
圧はチップ温度に応じた所定の電圧を示している。この
ときの電圧は、基準電圧源７５の電圧よりも大きく、し
たがって、比較器７４の出力はハイ（Ｈ）レベルを出力
し、その出力に接続されたダイオード７７は非導通状態
にある。このとき、ダイオード７７のアノード側はプル
アップ抵抗８７によりＨレベルになっているので、アラ
ーム出力端子６２にはＨレベルの信号が出力される。ま
た、論理積ゲート６３の第２の入力も同様にＨレベルで
あるため、入力端子６１に入力されたスイッチング信号
はそのままプリドライバ６４に入力される。一方、ＩＧ
ＢＴチップが過熱状態になると、負の温度係数を有する
温度検出ダイオード５０の順方向電圧は低下していくの
で、その順方向電圧が基準電圧源７５の電圧よりも小さ
くなると、比較器７４の出力はロー（Ｌ）レベルに反転
され、この結果、ダイオード７７が導通し、そのアノー
ド側はＬレベルになり、アラーム出力端子６２はＬレベ
ルのアラーム信号を出力する。これと同時に、論理積ゲ
ート６３の第２の入力もＬレベルとなるので、その出力
は第１の入力の論理レベルに関係なく、Ｌレベルに固定
され、入力端子６１に入力されたスイッチング信号は無
効にされる。
【００２９】また、過電流保護機能の場合には、主電流
の一部を分流したセンスエミッタ電流を抵抗８０に流
し、その端子電圧を監視することによって、過電流を検
出するようにしている。すなわち、ＩＧＢＴ１６にその
定格以内の主電流が流れているときは、それを分流した
センスエミッタ電流は小さく、比較器７９の反転入力は
基準電圧源８１よりも小さい電圧が入力され、したがっ
て、比較器７９の出力はＨレベルとなる。このとき、比
較器７９の出力に接続されたダイオード８２は非導通状
態になるので、ダイオード８２のアノード側はＨレベル
になり、アラーム出力端子６２にもＨレベルの信号が出
力される。また、論理積ゲート６３の第２の入力も同様
にＨレベルであるため、入力端子６１に入力されたスイ
ッチング信号はそのままプリドライバ６４に入力され
る。一方、負荷の短絡事故などによりＩＧＢＴチップが
過電流状態になると、抵抗８０の端子電圧が大きくな
り、その端子電圧が基準電圧源８１の電圧を超えて、比
較器７９の出力はＬレベルになる。すると、ダイオード
８２は導通し、そのアノード側はＬレベルになり、アラ
ーム出力端子６２もＬレベルとなって、アラーム信号が
出力されることになる。同時に、論理積ゲート６３はそ
の第２入力がＬレベルとなり、その出力は第１入力の論
理レベルに関係なく、Ｌレベルとなって、入力端子６１
に入力されたスイッチング信号を無効にする。
の一部を分流したセンスエミッタ電流を抵抗８０に流
し、その端子電圧を監視することによって、過電流を検
出するようにしている。すなわち、ＩＧＢＴ１６にその
定格以内の主電流が流れているときは、それを分流した
センスエミッタ電流は小さく、比較器７９の反転入力は
基準電圧源８１よりも小さい電圧が入力され、したがっ
て、比較器７９の出力はＨレベルとなる。このとき、比
較器７９の出力に接続されたダイオード８２は非導通状
態になるので、ダイオード８２のアノード側はＨレベル
になり、アラーム出力端子６２にもＨレベルの信号が出
力される。また、論理積ゲート６３の第２の入力も同様
にＨレベルであるため、入力端子６１に入力されたスイ
ッチング信号はそのままプリドライバ６４に入力され
る。一方、負荷の短絡事故などによりＩＧＢＴチップが
過電流状態になると、抵抗８０の端子電圧が大きくな
り、その端子電圧が基準電圧源８１の電圧を超えて、比
較器７９の出力はＬレベルになる。すると、ダイオード
８２は導通し、そのアノード側はＬレベルになり、アラ
ーム出力端子６２もＬレベルとなって、アラーム信号が
出力されることになる。同時に、論理積ゲート６３はそ
の第２入力がＬレベルとなり、その出力は第１入力の論
理レベルに関係なく、Ｌレベルとなって、入力端子６１
に入力されたスイッチング信号を無効にする。
【００３０】いずれにしても、ＩＧＢＴ１６が過熱およ
び過電流状態にないときには、プリドライバ６４に入力
端子６１に入力されたスイッチング信号が入力される。
ここで、スイッチング信号がＨレベルのオン信号のと
き、トランジスタ６５がターンオン、トランジスタ６６
はターンオフとなり、直流電源１０ｄから供給される電
流がドライブ電流としてＩＧＢＴ１６のゲートに供給さ
れる。これにより、ＩＧＢＴ１６はターンオンの状態に
なる。このとき、ドライブ電流は、トランジスタ６５、
インダクタンス６８、ＩＧＢＴ１６のゲート、ＩＧＢＴ
１６のエミッタ、パワーグランド６７のインダクタンス
８５を通して、直流電源１０ｄに至る経路を流れること
になる。したがって、ＩＧＢＴ１６のターンオン動作時
に、ドライブ電流はパワーグランド６７を流れるだけ
で、センスグランド７６を流れることはなく、しかもセ
ンスグランド７６は抵抗８４によってパワーグランド６
７から分離されているので、ドライブ電流によってイン
ダクタンス８５に過渡電圧が発生したとしても、その過
渡電圧が発生したことによる影響はセンスグランド７６
には及ばず、過熱および過電流保護機能の基準となる温
度検出ダイオード５０の順方向電圧、基準電圧源７５，
８１の基準電圧に変動を与えることはなく、安定した保
護機能を果たすことができる。
び過電流状態にないときには、プリドライバ６４に入力
端子６１に入力されたスイッチング信号が入力される。
ここで、スイッチング信号がＨレベルのオン信号のと
き、トランジスタ６５がターンオン、トランジスタ６６
はターンオフとなり、直流電源１０ｄから供給される電
流がドライブ電流としてＩＧＢＴ１６のゲートに供給さ
れる。これにより、ＩＧＢＴ１６はターンオンの状態に
なる。このとき、ドライブ電流は、トランジスタ６５、
インダクタンス６８、ＩＧＢＴ１６のゲート、ＩＧＢＴ
１６のエミッタ、パワーグランド６７のインダクタンス
８５を通して、直流電源１０ｄに至る経路を流れること
になる。したがって、ＩＧＢＴ１６のターンオン動作時
に、ドライブ電流はパワーグランド６７を流れるだけ
で、センスグランド７６を流れることはなく、しかもセ
ンスグランド７６は抵抗８４によってパワーグランド６
７から分離されているので、ドライブ電流によってイン
ダクタンス８５に過渡電圧が発生したとしても、その過
渡電圧が発生したことによる影響はセンスグランド７６
には及ばず、過熱および過電流保護機能の基準となる温
度検出ダイオード５０の順方向電圧、基準電圧源７５，
８１の基準電圧に変動を与えることはなく、安定した保
護機能を果たすことができる。
【００３１】また、スイッチング信号がＬレベルのオフ
信号が入力された場合、トランジスタ６５はターンオフ
し、トランジスタ６６はターンオンして、ＩＧＢＴ１６
はターンオフの状態になる。この結果、ＩＧＢＴ１６の
ゲート、インダクタンス６８、トランジスタ６６、パワ
ーグランド６７のインダクタンス８５、およびＰ−ＧＮ
Ｄ端子５１を介してＩＧＢＴ１６のエミッタに至る経路
が確立され、ＩＧＢＴ１６のゲート・エミッタ間容量に
蓄積された電荷が放電することによってその経路に過渡
電流が流れることになる。この場合も、その過渡電流は
センスグランド７６を流れることはないので、過熱およ
び過電流保護機能の動作に何ら影響を与えることはな
い。
信号が入力された場合、トランジスタ６５はターンオフ
し、トランジスタ６６はターンオンして、ＩＧＢＴ１６
はターンオフの状態になる。この結果、ＩＧＢＴ１６の
ゲート、インダクタンス６８、トランジスタ６６、パワ
ーグランド６７のインダクタンス８５、およびＰ−ＧＮ
Ｄ端子５１を介してＩＧＢＴ１６のエミッタに至る経路
が確立され、ＩＧＢＴ１６のゲート・エミッタ間容量に
蓄積された電荷が放電することによってその経路に過渡
電流が流れることになる。この場合も、その過渡電流は
センスグランド７６を流れることはないので、過熱およ
び過電流保護機能の動作に何ら影響を与えることはな
い。
【００３２】過熱保護機能または過電流保護機能のいず
れかが機能した場合は、プリドライバ６４には強制的に
Ｌレベルの信号しか与えないようにするので、ＩＧＢＴ
１６を確実にターンオフの状態にすることができる。
れかが機能した場合は、プリドライバ６４には強制的に
Ｌレベルの信号しか与えないようにするので、ＩＧＢＴ
１６を確実にターンオフの状態にすることができる。
【００３３】次に、複数のドライブ回路が一つの直流電
源を共用している場合について説明するが、ここでは、
図１に破線で囲ったように、二相の回路部分の負極側を
構成する二組のドライブ回路が一つの直流電源１０ｄに
よって動作するときの動作について説明する。
源を共用している場合について説明するが、ここでは、
図１に破線で囲ったように、二相の回路部分の負極側を
構成する二組のドライブ回路が一つの直流電源１０ｄに
よって動作するときの動作について説明する。
【００３４】図３は二組のドライブ回路が一つの直流電
源を共有するときの動作を説明する図である。図３に示
したように、ドライブ回路３４およびＩＧＢＴ１４とド
ライブ回路３５およびＩＧＢＴ１５との二組を一つの直
流電源１０ｄに接続した場合、主電流が流れる配線上に
おいて、ＩＧＢＴ１４のエミッタと隣のＩＧＢＴ１５の
エミッタとの間の相間の配線にインダクタンスＬ１があ
り、さらに端子Ｎまでの配線上にインダクタンスＬ２が
ある。また、相間のインダクタンスＬ１は、ドライブ回
路３４のパワーグランドＰ−ＧＮＤ、直流電源１０ｄの
負極側配線、およびドライブ回路３５のパワーグランド
Ｐ−ＧＮＤを通るループ状の電流経路上に存在してい
る。
源を共有するときの動作を説明する図である。図３に示
したように、ドライブ回路３４およびＩＧＢＴ１４とド
ライブ回路３５およびＩＧＢＴ１５との二組を一つの直
流電源１０ｄに接続した場合、主電流が流れる配線上に
おいて、ＩＧＢＴ１４のエミッタと隣のＩＧＢＴ１５の
エミッタとの間の相間の配線にインダクタンスＬ１があ
り、さらに端子Ｎまでの配線上にインダクタンスＬ２が
ある。また、相間のインダクタンスＬ１は、ドライブ回
路３４のパワーグランドＰ−ＧＮＤ、直流電源１０ｄの
負極側配線、およびドライブ回路３５のパワーグランド
Ｐ−ＧＮＤを通るループ状の電流経路上に存在してい
る。
【００３５】ここで、ＩＧＢＴ１４がターンオンして主
電流Ｉ１が流れた場合、その主電流Ｉ１はインダクタン
スＬ１，Ｌ２を流れる。これにより、インダクタンスＬ
１，Ｌ２には過渡電圧が発生する。特に、相間のインダ
クタンスＬ１に発生した電圧については、ループ状にな
っているドライブ回路３４，３５のパワーグランドＰ−
ＧＮＤに過渡的な回り込み電流Ｉ２を発生させることに
なる。しかし、この回り込み電流Ｉ２は、ドライブ回路
３４，３５においては、そのパワーグランドＰ−ＧＮＤ
を流れるだけで、センスグランドＳ−ＧＮＤを流れるこ
とはない。もちろん、ＩＧＢＴ１４がターンオフした場
合にも、インダクタンスＬ１，Ｌ２に、今度は逆向きの
過渡電圧が発生するが、この場合も同じくループ状にな
っている電流経路を逆向きの過渡的な回り込み電流（−
Ｉ２）が流れるが、パワーグランドＰ−ＧＮＤを流れる
だけで、過熱保護回路および過電流保護回路が使うセン
スグランドＳ−ＧＮＤを流れることはない。
電流Ｉ１が流れた場合、その主電流Ｉ１はインダクタン
スＬ１，Ｌ２を流れる。これにより、インダクタンスＬ
１，Ｌ２には過渡電圧が発生する。特に、相間のインダ
クタンスＬ１に発生した電圧については、ループ状にな
っているドライブ回路３４，３５のパワーグランドＰ−
ＧＮＤに過渡的な回り込み電流Ｉ２を発生させることに
なる。しかし、この回り込み電流Ｉ２は、ドライブ回路
３４，３５においては、そのパワーグランドＰ−ＧＮＤ
を流れるだけで、センスグランドＳ−ＧＮＤを流れるこ
とはない。もちろん、ＩＧＢＴ１４がターンオフした場
合にも、インダクタンスＬ１，Ｌ２に、今度は逆向きの
過渡電圧が発生するが、この場合も同じくループ状にな
っている電流経路を逆向きの過渡的な回り込み電流（−
Ｉ２）が流れるが、パワーグランドＰ−ＧＮＤを流れる
だけで、過熱保護回路および過電流保護回路が使うセン
スグランドＳ−ＧＮＤを流れることはない。
【００３６】このように、ドライブ回路３４，３５にお
けるセンスグランドＳ−ＧＮＤをそのパワーグランドＰ
−ＧＮＤと分離した構成にしたことにより、たとえ、Ｉ
ＧＢＴ１４のターンオン・ターンオフに伴い相間の配線
のインダクタンスに過渡電圧が発生したとしても、それ
が、個々のドライブ回路３４，３５の保護回路に対し
て、その動作点を変動させるなどの影響を与えることは
なく、安定した保護動作を行うことができる。
けるセンスグランドＳ−ＧＮＤをそのパワーグランドＰ
−ＧＮＤと分離した構成にしたことにより、たとえ、Ｉ
ＧＢＴ１４のターンオン・ターンオフに伴い相間の配線
のインダクタンスに過渡電圧が発生したとしても、それ
が、個々のドライブ回路３４，３５の保護回路に対し
て、その動作点を変動させるなどの影響を与えることは
なく、安定した保護動作を行うことができる。
【００３７】図４はＩＧＢＴ−ＩＰＭのチップ搭載例を
示す図である。図４に例示したＩＧＢＴ−ＩＰＭは、一
つのドライブ回路と一つのＩＧＢＴと一つのフライホイ
ールダイオードとを一つのモジュールに集積した例を示
している。このＩＧＢＴ−ＩＰＭは、セラミック基板９
０の上面に、コレクタ回路パターン９１を介してＩＧＢ
Ｔチップ９２およびダイオードチップ９３が搭載され、
これに隣接してドライブ回路を集積化したドライバチッ
プ９４が搭載されている。また、コレクタ回路パターン
９１上にはコレクタ端子搭載部９１ａが設けられてい
る。そして、このコレクタ回路パターン９１に隣接して
エミッタ回路パターン９５が配置されており、その一部
にはエミッタ端子搭載部９５ａが設けられている。
示す図である。図４に例示したＩＧＢＴ−ＩＰＭは、一
つのドライブ回路と一つのＩＧＢＴと一つのフライホイ
ールダイオードとを一つのモジュールに集積した例を示
している。このＩＧＢＴ−ＩＰＭは、セラミック基板９
０の上面に、コレクタ回路パターン９１を介してＩＧＢ
Ｔチップ９２およびダイオードチップ９３が搭載され、
これに隣接してドライブ回路を集積化したドライバチッ
プ９４が搭載されている。また、コレクタ回路パターン
９１上にはコレクタ端子搭載部９１ａが設けられてい
る。そして、このコレクタ回路パターン９１に隣接して
エミッタ回路パターン９５が配置されており、その一部
にはエミッタ端子搭載部９５ａが設けられている。
【００３８】ＩＧＢＴチップ９２のエミッタ端子は複数
のボンディングワイヤ９６によってエミッタ回路パター
ン９５に電気的に接続され、ダイオードチップのアノー
ド端子も複数のボンディングワイヤ９６によってエミッ
タ回路パターン９５に接続されている。また、ドライバ
チップ９４において、温度検出ダイオード用のＤ端子、
ＩＧＢＴのゲートに接続するＧ端子、ＩＧＢＴのセンス
電流を受けるＳＥＮＳ端子はそれぞれＩＧＢＴチップ９
２の対応する端子にボンディングワイヤによって接続さ
れ、センスグランド用のＳ−ＧＮＤ端子およびパワーグ
ランド用のＰ−ＧＮＤ端子は、ＩＧＢＴチップ９２のエ
ミッタ領域の互いに別の点にボンディングワイヤによっ
て接続されている。
のボンディングワイヤ９６によってエミッタ回路パター
ン９５に電気的に接続され、ダイオードチップのアノー
ド端子も複数のボンディングワイヤ９６によってエミッ
タ回路パターン９５に接続されている。また、ドライバ
チップ９４において、温度検出ダイオード用のＤ端子、
ＩＧＢＴのゲートに接続するＧ端子、ＩＧＢＴのセンス
電流を受けるＳＥＮＳ端子はそれぞれＩＧＢＴチップ９
２の対応する端子にボンディングワイヤによって接続さ
れ、センスグランド用のＳ−ＧＮＤ端子およびパワーグ
ランド用のＰ−ＧＮＤ端子は、ＩＧＢＴチップ９２のエ
ミッタ領域の互いに別の点にボンディングワイヤによっ
て接続されている。
【００３９】このようにして、センスグランド用のＳ−
ＧＮＤ端子をエミッタ端子のパワーグランド用のＰ−Ｇ
ＮＤ端子とは異なる位置から取ることにより、保護回路
が使用するセンスグランドとＩＧＢＴドライブ電流が流
れるパワーグランドのラインとを分けることができ、か
つ、このＩＧＢＴ−ＩＰＭを複数使用して一つのインバ
ータ回路を構成しても、ＩＧＢＴ−ＩＰＭのパワーグラ
ンドによってできるループ回路からセンスグランドを独
立させることができる。これにより、ＩＧＢＴのドライ
ブ電流および主電流のターンオン・ターンオフに伴う過
渡電流によって配線上のインダクタンスに発生する過渡
電圧は、保護回路の動作に何ら影響を与えることはな
い。
ＧＮＤ端子をエミッタ端子のパワーグランド用のＰ−Ｇ
ＮＤ端子とは異なる位置から取ることにより、保護回路
が使用するセンスグランドとＩＧＢＴドライブ電流が流
れるパワーグランドのラインとを分けることができ、か
つ、このＩＧＢＴ−ＩＰＭを複数使用して一つのインバ
ータ回路を構成しても、ＩＧＢＴ−ＩＰＭのパワーグラ
ンドによってできるループ回路からセンスグランドを独
立させることができる。これにより、ＩＧＢＴのドライ
ブ電流および主電流のターンオン・ターンオフに伴う過
渡電流によって配線上のインダクタンスに発生する過渡
電圧は、保護回路の動作に何ら影響を与えることはな
い。
【００４０】以上、本発明の実施の形態では、パワー素
子としてＩＧＢＴの場合を例にして説明したが、ＩＧＢ
Ｔに限らず、バイポーラトランジスタ、パワーＭＯＳＦ
ＥＴなどのパワー素子をドライブする回路に適用するこ
とができる。
子としてＩＧＢＴの場合を例にして説明したが、ＩＧＢ
Ｔに限らず、バイポーラトランジスタ、パワーＭＯＳＦ
ＥＴなどのパワー素子をドライブする回路に適用するこ
とができる。
【００４１】また、Ｎチャンネルのパワー素子を例にし
て説明したが、Ｐチャンネルのパワー素子のドライブ回
路にも同じように適用できる。この場合、ドライブ回路
との電源共通はＰ端子側となる。
て説明したが、Ｐチャンネルのパワー素子のドライブ回
路にも同じように適用できる。この場合、ドライブ回路
との電源共通はＰ端子側となる。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、パワ
ー素子をドライブするドライブ回路のグランドを、ドラ
イブ電流が流れるグランドと保護回路が利用するグラン
ドとに分け、保護回路が利用するグランドをパワー素子
が接続される側から見て保護回路が接続されている配線
パターンの位置よりも遠い位置でインピーダンスを介し
てドライブ電流が流れるグランドに接続する構成とし
た。これにより、ドライブ電流のような過渡電流が流れ
たとしても、その電流経路上に微弱な電流を扱う保護回
路のグランドはないので、保護回路がその過渡電流によ
って誤動作することがなくなり、保護動作を安定させる
ことができる。また、複数のドライブ回路が直流電源を
共有する場合のように、複数のパワー素子の間に分布す
るインダクタンスに主電流によって発生した過渡電圧に
起因する回り込み電流も保護回路のグランドに流れるこ
とはないので、回り込み電流による保護回路の誤動作は
生じない。
ー素子をドライブするドライブ回路のグランドを、ドラ
イブ電流が流れるグランドと保護回路が利用するグラン
ドとに分け、保護回路が利用するグランドをパワー素子
が接続される側から見て保護回路が接続されている配線
パターンの位置よりも遠い位置でインピーダンスを介し
てドライブ電流が流れるグランドに接続する構成とし
た。これにより、ドライブ電流のような過渡電流が流れ
たとしても、その電流経路上に微弱な電流を扱う保護回
路のグランドはないので、保護回路がその過渡電流によ
って誤動作することがなくなり、保護動作を安定させる
ことができる。また、複数のドライブ回路が直流電源を
共有する場合のように、複数のパワー素子の間に分布す
るインダクタンスに主電流によって発生した過渡電圧に
起因する回り込み電流も保護回路のグランドに流れるこ
とはないので、回り込み電流による保護回路の誤動作は
生じない。
【図１】本発明を適用したインバータ回路の構成例を示
す図である。
す図である。
【図２】本発明によるドライブ回路を示す回路図であ
る。
る。
【図３】二組のドライブ回路が一つの直流電源を共有す
るときの動作を説明する図である。
るときの動作を説明する図である。
【図４】ＩＧＢＴ−ＩＰＭのチップ搭載例を示す図であ
る。
る。
【図５】保護機能を内蔵した従来のＩＧＢＴのドライブ
回路の一例を示す回路図である。
回路の一例を示す回路図である。
【図６】二つのドライブ回路が一つの電源を共有する場
合の接続例を示す図である。
合の接続例を示す図である。
【図７】ターンオン動作時のドライブ電流の流れを説明
した図である。
した図である。
【図８】ターンオフ動作時のドライブ電流の流れを説明
した図である。
した図である。
１０ 直流電源 １１〜１６ ＩＧＢＴ ２１〜２６ フライホイールダイオード ３１〜３６ ドライブ回路 ５０ 温度検出ダイオード ５１ パワーグランド（Ｐ−ＧＮＤ）端子 ５２ センスグランド（Ｓ−ＧＮＤ）端子 ５３ センスエミッタ（ＳＥＮＳ）端子 ５４ ゲート（Ｇ）端子 ５５ ダイオード給電（Ｄ）端子 ６１ 入力端子 ６７ パワーグランド ６２ アラーム出力端子 ７４ 過熱検出用の比較器 ７６ センスグランド ７９ 過電流検出用の比較器
Claims (5)
- 【請求項１】 パワー素子の制御端子と出力端子との間
に接続されパワー素子をドライブするドライブ回路にお
いて、 前記出力端子より分岐する第１、第２のグランドを備
え、前記第１のグランドは前記パワー素子をドライブし
たときに流れるドライブ電流の電流経路を構成し、 前記第２のグランドは前記パワー素子の動作状態を監視
する保護回路がグランドとして使用する電流経路を構成
し、前記第２のグランドは、前記パワー素子が接続される側
から見て前記保護回路が接続されている配線パターンの
位置よりも遠い位置でインピーダンスを介して前記第１
のグランド に接続されていることを特徴とするパワー素
子のドライブ回路。 - 【請求項２】 前記パワー素子のドライブはパワー素子
の制御端子に接続されたスイッチング素子の開閉による
ことを特徴とする請求項１記載のパワー素子のドライブ
回路。 - 【請求項３】 前記保護回路は、前記パワー素子の動作
状態を監視し、前記パワー素子の異常を検出した場合に
前記ドライブ電流を流れなくすることを特徴とする請求
項１記載のパワー素子のドライブ回路。 - 【請求項４】 前記保護回路は、前記パワー素子の過電
流を検出して前記ドライブ電流を流れなくする過電流保
護回路であることを特徴とする請求項１記載のパワー素
子のドライブ回路。 - 【請求項５】 前記保護回路は、前記パワー素子の過熱
を検出して前記ドライブ電流を流れなくする過熱保護回
路であることを特徴とする請求項１記載のパワー素子の
ドライブ回路。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10099027A JP3008924B2 (ja) | 1998-04-10 | 1998-04-10 | パワー素子のドライブ回路 |
| GB9908191A GB2336259B (en) | 1998-04-10 | 1999-04-09 | Drive circuit for power device |
| US09/289,200 US6215634B1 (en) | 1998-04-10 | 1999-04-10 | Drive circuit for power device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10099027A JP3008924B2 (ja) | 1998-04-10 | 1998-04-10 | パワー素子のドライブ回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11299221A JPH11299221A (ja) | 1999-10-29 |
| JP3008924B2 true JP3008924B2 (ja) | 2000-02-14 |
Family
ID=14235821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10099027A Expired - Lifetime JP3008924B2 (ja) | 1998-04-10 | 1998-04-10 | パワー素子のドライブ回路 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6215634B1 (ja) |
| JP (1) | JP3008924B2 (ja) |
| GB (1) | GB2336259B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2009027883A (ja) * | 2007-07-23 | 2009-02-05 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | 半導体装置 |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2004127983A (ja) * | 2002-09-30 | 2004-04-22 | Mitsubishi Electric Corp | 電力用半導体装置 |
| DE10306809A1 (de) | 2003-02-18 | 2004-09-02 | Siemens Ag | Betrieb einer Halbbrücke, insbesondere einer Feldeffekttransistor-Halbbrücke |
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| JP4177392B2 (ja) | 2006-06-08 | 2008-11-05 | 三菱電機株式会社 | 半導体電力変換装置 |
| JP4923865B2 (ja) * | 2006-08-29 | 2012-04-25 | 日産自動車株式会社 | インバータ装置 |
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