JP5542323B2 - Gate circuit - Google Patents
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Description
本発明は、電圧駆動型半導体素子のゲート回路に関する。 The present invention relates to a gate circuit of a voltage driven semiconductor element.
一般に、電圧駆動型半導体素子であるIGBT(insulated gate bipolar transistor)をスイッチングさせて、電力を変換する電力変換装置が知られている。このような電力変換装置において、IGBTの導通時に、オフされている反対アームのIGBT(導通しているIGBTと直列に接続されたIGBT)が短絡破壊をすると、過大な短絡電流が流れる。この短絡電流は、IGBT定格電流の10倍以上に達することがある。このような短絡電流が流れると、IGBTは破損する。 2. Description of the Related Art Generally, a power conversion device that converts power by switching an IGBT (insulated gate bipolar transistor) that is a voltage-driven semiconductor element is known. In such a power conversion device, when the IGBT of the opposite arm that is turned off (the IGBT connected in series with the conducting IGBT) is short-circuited and broken, an excessive short-circuit current flows. This short circuit current may reach 10 times or more of the IGBT rated current. When such a short-circuit current flows, the IGBT is damaged.
そこで、このような短絡電流に対する保護について、様々な検討がされている(例えば、非特許文献1参照)。また、このような保護をするための方式の1つに、IGBTのエミッタ側に、インダクタンスを含むように回路を構成することが提案されている(非特許文献2参照)。
しかしながら、先行技術文献に記載の電力変換装置では、通常のIGBTのスイッチングでも、インダクタンスにより、IGBTの素子電流のdi/dtを低減するようにゲートに負帰還が掛かる。このため、例えば、IGBTのオン時に反対アームのダイオードに流れるリカバリー電流も抑制される。従って、IGBTのゲート電圧は、大幅に増加する。これにより、スイッチング損失が増大する。 However, in the power conversion device described in the prior art document, even in normal IGBT switching, negative feedback is applied to the gate so as to reduce di / dt of the IGBT element current due to inductance. For this reason, for example, the recovery current flowing in the diode of the opposite arm when the IGBT is turned on is also suppressed. Therefore, the gate voltage of the IGBT is greatly increased. This increases the switching loss.
そこで、本発明の目的は、電圧駆動型半導体素子に流れる短絡電流を抑制し、電圧駆動型半導体素子のスイッチング損失を低減することのできる電圧駆動型半導体素子のゲート回路を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a gate circuit for a voltage-driven semiconductor element that can suppress a short-circuit current flowing in the voltage-driven semiconductor element and reduce a switching loss of the voltage-driven semiconductor element.
本発明の観点に従ったゲート回路は、電圧駆動型半導体素子のエミッタ側にインダクタが直列に接続され、前記電圧駆動型半導体素子を駆動するゲート回路であって、前記電圧駆動型半導体素子のゲート−エミッタ間に、前記電圧駆動型半導体素子を駆動するためのゲート電圧を印加し、前記電圧駆動型半導体素子を駆動する駆動手段と、前記駆動手段により前記ゲート電圧が印加される前記電圧駆動型半導体素子のゲート−エミッタ間の回路を、前記インダクタを含む回路と前記インダクタを含まない回路とに切り替える回路切替手段と、前記電圧駆動型半導体素子のターンオン後に、前記回路切替手段により前記インダクタを含まない回路から前記インダクタを含む回路に切り替えるための切替信号を生成する切替信号生成手段と、前記ゲート電圧を出力するためのゲート波形を生成するゲート波形生成手段とを備え、前記切替信号生成手段は、前記ゲート波形生成手段により生成された前記ゲート波形に基づいて、前記切替信号を生成する。 A gate circuit according to an aspect of the present invention is a gate circuit in which an inductor is connected in series on the emitter side of a voltage-driven semiconductor element, and drives the voltage-driven semiconductor element, the gate circuit of the voltage-driven semiconductor element A gate voltage for driving the voltage-driven semiconductor element is applied between the emitters, a driving means for driving the voltage-driven semiconductor element; and the voltage-driven type to which the gate voltage is applied by the driving means Circuit switching means for switching a circuit between the gate and the emitter of the semiconductor element between a circuit including the inductor and a circuit not including the inductor; and after the turn-on of the voltage-driven semiconductor element, the circuit switching means includes the inductor. a switching signal generating means for generating a switching signal for switching the circuit including the inductor from no circuit, wherein And a gate waveform generation means for generating a gate waveform for outputting the over G Voltage, said switching signal generating means, based on the generated said gate waveform by the gate waveform generation means generates the switching signal .
本発明によれば、電圧駆動型半導体素子に流れる短絡電流を抑制し、電圧駆動型半導体素子のスイッチング損失を低減することのできる電圧駆動型半導体素子のゲート回路を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the short circuit current which flows into a voltage drive type semiconductor element can be suppressed, and the gate circuit of the voltage drive type semiconductor element which can reduce the switching loss of a voltage drive type semiconductor element can be provided.
以下、図面を参照して、本発明の各実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態)
図1は、本発明の実施形態に係る電力変換回路10の構成を示す構成図である。図2は、本実施形態に係るゲート回路1の生成するゲートパルスGP及び切替信号SKの波形を示す波形図である。なお、以降の図において、同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複した説明を省略する。
(Embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a
電力変換回路10は、ゲート回路1と、IGBT2と、ダイオード3と、コイル4とを備えている。
The
ゲート回路1は、IGBT2をスイッチングするためのゲート電圧を出力する回路である。
The
IGBT2は、電圧駆動型半導体素子である。電力変換回路10は、IGBT2をスイッチングすることにより、直流電力を交流電力に変換する。
The
ダイオード3は、IGBT2に逆並列に接続されている。
The
コイル4は、IGBT2が短絡破壊したときに流れる短絡電流を抑制するための素子である。コイル4は、インダクタンスを有するインダクタである。
The coil 4 is an element for suppressing a short-circuit current that flows when the
次に、ゲート回路1の詳細な構成について説明する。
Next, a detailed configuration of the
ゲート回路1は、ゲートパルス生成部11と、オンディレイ12と、切替器13とを備えている。
The
ゲートパルス生成部11は、IGBT2のオン又はオフをするための指令となるゲートパルスGPを生成する。ゲート回路1は、ゲートパルス生成部11により生成されたゲートパルスGPに従って、IGBT2にゲート電圧を印加する。ゲートパルスGPの波形は、IGBT2のゲート−エミッタ間に印加されるゲート電圧の波形を示している。
The
オンディレイ12は、ゲートパルス生成部11から出力されたゲートパルスGPが入力され、切替器13を切り替えるための切替信号SKを出力する。オンディレイ12は、入力された波形に対して、オンする時間(立ち上がり時間)を所定時間遅らせた波形を出力する。
The on-
切替器13は、オンディレイ12から出力された切替信号SKに従って、接点PAと接点PBとの切替を行う。接点PAが選択されている場合、ゲート回路1がIGBT2にゲート電圧を印加する回路に、コイル4が含まれる。接点PBが選択されている場合、ゲート回路1がIGBT2にゲート電圧を印加する回路に、コイル4が含まれない。
The
次に、電力変換回路10の動作について説明する。
Next, the operation of the
ゲート回路1は、ゲートパルスGPがONを示す場合、ゲート−エミッタ間に印加するゲート電圧を閾値電圧以上にして、IGBT2をオンにする。ゲート回路1は、ゲートパルスGPがOFFを示す場合、ゲート−エミッタ間に印加するゲート電圧を閾値電圧以下にして、IGBT2をオフにする。
When the gate pulse GP indicates ON, the
ゲート回路1は、IGBT2の駆動を開始する前は、切替器13を接点PAに選択している。ゲート回路1は、切替信号SKがPAを示す場合、切替器13を接点PAに切り替える。ゲート回路1は、切替信号SKがPBを示す場合、切替器13を接点PBに切り替える。
The
オンディレイ12は、図2に示すように、ゲートパルス生成部11からゲートパルスGPが入力されると、立ち上がりを時刻t1から時刻t2に遅らせた波形を切替信号SKとして出力する。時刻t1と時刻t2との間の時間は、オンディレイ12に予め設定されている時間である。この設定されている時間は、IGBT2のターンオンする時間に略等しいか、又は少し遅く設定されている。
As shown in FIG. 2, when the gate pulse GP is input from the
上述の構成により、ゲート回路1は、IGBT2をオフからターンオンするまでの間は、コイル4を含まないゲート−エミッタ間にゲート電圧を印加する。ゲート回路1は、IGBT2をオンしている間は、コイル4を含むゲート−エミッタ間にゲート電圧を印加する。
With the above-described configuration, the
本実施形態によれば、以下の作用効果を得ることができる。 According to this embodiment, the following effects can be obtained.
ゲート回路1は、IGBT2をオフからターンオンするまでの間は、インダクタンスを含まない回路にゲート電圧を印加する。ゲート回路1は、IGBT2をオンしている間は、インダクタンスを含む回路にゲート電圧を印加する。
The
これにより、電力変換回路10は、通常時のIGBT2のスイッチング損失を増大させることなく、IGBT2の導通時に反対アームのIGBTが短絡破壊することにより発生する過大な短絡電流を抑制することができる。
As a result, the
ここで、IGBT2をオフからターンオンするまでの間に発生した短絡電流は抑制されない。しかし、この間に発生する短絡電流は、IGBT2の導通時に発生する短絡電流より深刻でない(非特許文献1参照)。従って、電力変換回路10は、短絡保護としての機能に影響はほとんどない。
Here, the short-circuit current generated during the period from when the
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
1…ゲート回路、2…IGBT、3…ダイオード、4…コイル、10…電力変換回路、11…ゲートパルス生成部、12…オンディレイ、13…切替器。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記電圧駆動型半導体素子のゲート−エミッタ間に、前記電圧駆動型半導体素子を駆動するためのゲート電圧を印加し、前記電圧駆動型半導体素子を駆動する駆動手段と、
前記駆動手段により前記ゲート電圧が印加される前記電圧駆動型半導体素子のゲート−エミッタ間の回路を、前記インダクタを含む回路と前記インダクタを含まない回路とに切り替える回路切替手段と、
前記電圧駆動型半導体素子のターンオン後に、前記回路切替手段により前記インダクタを含まない回路から前記インダクタを含む回路に切り替えるための切替信号を生成する切替信号生成手段と、
前記ゲート電圧を出力するためのゲート波形を生成するゲート波形生成手段とを備え、
前記切替信号生成手段は、前記ゲート波形生成手段により生成された前記ゲート波形に基づいて、前記切替信号を生成すること
を特徴とするゲート回路。 An inductor is connected in series to the emitter side of the voltage-driven semiconductor element, and the gate circuit drives the voltage-driven semiconductor element,
Drive means for driving the voltage-driven semiconductor element by applying a gate voltage for driving the voltage-driven semiconductor element between a gate and an emitter of the voltage-driven semiconductor element;
Circuit switching means for switching a circuit between a gate and an emitter of the voltage-driven semiconductor element to which the gate voltage is applied by the driving means between a circuit including the inductor and a circuit not including the inductor;
A switching signal generating means for generating a switching signal for switching from a circuit not including the inductor to a circuit including the inductor by the circuit switching means after the voltage-driven semiconductor element is turned on ;
Gate waveform generating means for generating a gate waveform for outputting the gate voltage,
The switching signal generating means generates the switching signal based on the gate waveform generated by the gate waveform generating means.
Gate circuit according to claim.
を特徴とする請求項1に記載のゲート回路。 The switching signal generation means includes an on-delay timer that inputs the gate waveform generated by the gate waveform generation means and outputs a waveform obtained by delaying the rise time of the gate waveform signal as the switching signal. The gate circuit according to claim 1.
前記電圧駆動型半導体素子のエミッタ側に直列に接続されたインダクタと、
前記電圧駆動型半導体素子のゲート−エミッタ間に、前記ゲート電圧を印加し、前記電圧駆動型半導体素子を駆動する駆動手段と、
前記駆動手段により前記ゲート電圧が印加される前記電圧駆動型半導体素子のゲート−エミッタ間の回路を、前記インダクタを含む回路と前記インダクタを含まない回路とに切り替える回路切替手段と、
前記電圧駆動型半導体素子のターンオン後に、前記回路切替手段により前記インダクタを含まない回路から前記インダクタを含む回路に切り替えるための切替信号を生成する切替信号生成手段と、
前記ゲート電圧を出力するためのゲート波形を生成するゲート波形生成手段とを備え、
前記切替信号生成手段は、前記ゲート波形生成手段により生成された前記ゲート波形に基づいて、前記切替信号を生成すること
を特徴とする電力変換装置。 A voltage-driven semiconductor element driven by a gate voltage;
An inductor connected in series to the emitter side of the voltage-driven semiconductor element;
Driving means for applying the gate voltage between the gate and emitter of the voltage-driven semiconductor element to drive the voltage-driven semiconductor element;
Circuit switching means for switching a circuit between a gate and an emitter of the voltage-driven semiconductor element to which the gate voltage is applied by the driving means between a circuit including the inductor and a circuit not including the inductor;
A switching signal generating means for generating a switching signal for switching from a circuit not including the inductor to a circuit including the inductor by the circuit switching means after the voltage-driven semiconductor element is turned on;
Gate waveform generating means for generating a gate waveform for outputting the gate voltage,
The switching signal generating means generates the switching signal based on the gate waveform generated by the gate waveform generating means.
The power converter characterized by this.
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