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JPH0956177A - Gate signal generation circuit for power converter - Google Patents

Gate signal generation circuit for power converter

Info

Publication number
JPH0956177A
JPH0956177A JP7210429A JP21042995A JPH0956177A JP H0956177 A JPH0956177 A JP H0956177A JP 7210429 A JP7210429 A JP 7210429A JP 21042995 A JP21042995 A JP 21042995A JP H0956177 A JPH0956177 A JP H0956177A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate signal
signal
logic
mismatch
firing state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7210429A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Yasuda
安田  高司
Kiyoshi Nakada
仲田  清
Masahito Suzuki
鈴木  優人
Mutsuhiro Terunuma
照沼  睦弘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP7210429A priority Critical patent/JPH0956177A/en
Publication of JPH0956177A publication Critical patent/JPH0956177A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Power Conversion In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】各アームを構成する半導体素子の実際の点弧状
態をゲート信号発生回路へフィードバックする手段と、
ゲート信号と素子点弧状態を比較しその不一致を検知す
る手段1と、素子点弧状態の論理の異常を検知する手段
2と、ゲート信号の論理の異常を検知する手段3と、検
知したこれらの信号を他相のゲート信号発生回路と受け
渡しする手段と、自相あるいは他相のゲート信号と素子
点弧状態の不一致または素子点弧状態の論理異常または
ゲート信号の論理異常が発生した際に全ての素子をオフ
またはオンするようにゲート信号指令をマスクする手段
と、そのマスク後の信号に対し非ラップ期間及び最小パ
ルス幅を確保する手段52を備える。 【効果】PWMインバータ装置またはコンバータ装置
で、素子故障及びゲート信号発生回路自身の故障を検知
することができ、更にその発生時には直ちに保護動作を
行うことができる。
(57) [Summary] [Structure] Means for feeding back the actual firing state of the semiconductor element forming each arm to the gate signal generating circuit,
Means 1 for comparing the gate signal and the element firing state to detect the mismatch, means 2 for detecting the logic abnormality of the element firing state, means 3 for detecting the logic abnormality of the gate signal, and these detected Means for passing the signal of the other phase to the gate signal generation circuit of the other phase, and when the gate signal of the own phase or the other phase does not match the element firing state, or the logic abnormality of the element firing state or the logic abnormality of the gate signal occurs. Means for masking the gate signal command to turn off or turn on all the elements, and means 52 for ensuring a non-wrap period and a minimum pulse width for the masked signal are provided. [Effect] With the PWM inverter device or the converter device, it is possible to detect an element failure and a failure of the gate signal generating circuit itself, and further to perform a protective operation immediately when the failure occurs.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は直流を交流に、あるい
は、交流を直流に変換する電力変換装置に係り、特に、
PWM(パルス幅変調)インバータ及びコンバータを構
成する半導体素子の導通状態を制御するゲート信号を発
生する回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power converter for converting direct current into alternating current or alternating current into direct current, and more particularly,
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a circuit that generates a gate signal that controls the conduction state of semiconductor elements that form a PWM (pulse width modulation) inverter and converter.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

(1)特開平3−218253 号公報で、半導体素子のゲート
信号を制御装置側に帰還伝送し、その信号と半導体素子
のゲートへ送信したゲート信号を比較することで、故障
発生時にその原因が半導体素子の異常か、ゲート信号伝
送路の異常かを分離して検知する電力変換装置について
述べられている。
(1) According to Japanese Patent Laid-Open No. 3-218253, the gate signal of the semiconductor element is fed back to the control device side, and the signal is compared with the gate signal transmitted to the gate of the semiconductor element. A power conversion device that separately detects whether the semiconductor element is abnormal or the gate signal transmission path is abnormal is described.

【0003】(2)特開昭61−293180号公報で、電力変
換装置を構成するGTOサイリスタのうち、少なくとも
一つのGTOサイリスタの故障が検知されたとき、他の
正常なGTOサイリスタを強制消弧すると共に、強制消
弧中にGTOサイリスタのアノード電流が過電流に達し
たときには全てのGTOサイリスタを強制点弧させると
いう趣旨の保護動作が述べられている。
(2) In Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-293180, when a failure of at least one GTO thyristor among the GTO thyristors constituting the power converter is detected, another normal GTO thyristor is forcibly extinguished. At the same time, it is stated that the protective operation is for the purpose of forcibly igniting all the GTO thyristors when the anode current of the GTO thyristors reaches an overcurrent during the forced extinction.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】PWMインバータ装
置、或いは、コンバータ装置のゲート信号発生回路で
は、PWM制御装置から受け取ったスイッチング指令に
従い電力変換装置の各半導体素子(以下、素子と表記)
の点弧状態を制御するゲート信号を発生する。
In the gate signal generating circuit of the PWM inverter device or the converter device, each semiconductor element (hereinafter, referred to as an element) of the power converter according to the switching command received from the PWM controller.
Generates a gate signal that controls the firing state of the.

【0005】PWMインバータ装置或いはコンバータ装
置では、直列に接続された複数の素子のうちの一つが選
択的にオンとなる組(例えば、二レベルインバータの正
アームと負アームの組、また三レベルインバータの外側
正アームと内側負アームの組及び内側正アームと外側負
アームの組など)が存在する。上記の組について、一方
の素子がオンの状態から他方の素子がオンの状態に遷移
するとき、一方のゲート信号をオフにすると同時に他方
のゲート信号をオンにすると、素子のターンオフ時間が
ターンオン時間より長いため両方の素子が同時に導通す
る期間が発生し、電源を短絡してしまう。これを防ぐた
めに、まず一方の素子のゲート信号をオフとした後、素
子のターンオフ時間よりも長い時間をおき、今までオン
状態であった素子が完全にオフ状態になってから他方の
素子のゲート信号をオンとする。このゲート信号の変化
タイミングの差は非ラップ期間或いはデッドタイムと呼
ばれる。
In a PWM inverter device or converter device, a set in which one of a plurality of elements connected in series is selectively turned on (for example, a set of a positive arm and a negative arm of a two-level inverter, or a three-level inverter). Outer positive and inner negative arms and inner positive and outer negative arms. For the above set, when one element turns on and the other turns on, turning off one gate signal and turning on the other gate signal simultaneously turns on the turn-off time of the element and the turn-on time. Since it is longer, there is a period in which both elements are conducting at the same time, which short-circuits the power supply. In order to prevent this, first turn off the gate signal of one element, then wait for a time longer than the turn-off time of the element, and then turn off the element that was on until now, and then turn off the other element. Turn on the gate signal. This difference in the change timing of the gate signal is called a non-wrap period or dead time.

【0006】ゲート信号発生回路は、それぞれの素子の
ゲート信号に非ラップ期間を確保する動作を行うもので
あるが、従来技術に挙げた例のように、素子故障検出機
能や故障発生時の保護機能を併せ持つものもある。
The gate signal generation circuit performs an operation of ensuring a non-wrap period for the gate signal of each element. However, as in the examples of the prior art, the element failure detection function and protection when a failure occurs are provided. Some also have functions.

【0007】従来技術(1)など従来のゲート信号発生
回路では、非ラップ期間の確保について、一方の素子の
ゲート信号をオフとしてから所定時間経過後、素子の実
際の点弧状態に拘らず他方の素子のゲート信号をオンと
していた。この方式では、「最初にオン状態であった素
子のゲート信号をオフに変えたが、素子故障のため実際
にはオン状態のままであった」という状況でも所定時間
経過後に他方のアームのゲート信号をオンとするため、
電源が短絡されるアーム短絡故障を引き起こしてしまう
問題があった。
In the conventional gate signal generating circuit such as the prior art (1), in order to secure the non-wrapping period, after the gate signal of one element is turned off and a predetermined time has passed, the other is irrespective of the actual ignition state of the element. The gate signal of the device was turned on. In this method, even if the gate signal of the element that was initially on was changed to off, but it actually remained on due to an element failure, the gate of the other arm will not be released after a certain period of time. To turn the signal on,
There was a problem of causing an arm short circuit failure in which the power supply is short-circuited.

【0008】従来技術(2)では、素子故障により素子
をオフできなくなった場合については保護動作を行いイ
ンバータ装置を停止させるが、逆に素子をオンできなく
なった場合には保護を行わずに動作を続けるため、過電
流などにより健全な素子まで破壊してしまう可能性があ
った。また、インバータ装置の容量や半導体素子の種類
によっては、保護動作の際に過電流が発生した場合に全
ての素子をオンとする動作が適切な保護とはいえず、却
って健全な素子の破壊を引き起こすこともある。
In the prior art (2), when the device cannot be turned off due to the device failure, the protection operation is performed and the inverter device is stopped. On the contrary, when the device cannot be turned on, the operation is performed without protection. Therefore, there is a possibility that a healthy element may be destroyed due to overcurrent. Also, depending on the capacity of the inverter device and the type of semiconductor element, the operation of turning on all the elements when an overcurrent occurs during the protection operation cannot be said to be appropriate protection, and rather causes a healthy element destruction. It can cause.

【0009】更に従来技術はいずれもゲート信号発生回
路が出力したゲート信号についてはチェックを行ってお
らず、ゲート信号発生回路自身の故障によりアーム短絡
を引き起こすような論理のゲート信号を出力したとして
も、それを検知して保護動作を行うことはできない。
Furthermore, none of the conventional techniques checks the gate signal output from the gate signal generating circuit, and even if a gate signal of a logic that causes an arm short circuit due to a failure of the gate signal generating circuit itself is output. , It is not possible to detect it and take protective action.

【0010】また、従来技術には記述されていないが、
ゲート信号が変化した後、素子の状態が確定するまでに
ゲート信号を再度変化させると、素子を破壊してしまう
ことがある。
Although not described in the prior art,
If the gate signal is changed again after the gate signal is changed and before the state of the element is determined, the element may be destroyed.

【0011】本発明の目的は、半導体素子を用いて交流
と直流を変換する電力変換装置で、第一に素子からフィ
ードバックされる点弧状態を監視して、素子故障により
素子をオフできなくなった場合及びオンできなくなった
場合のいずれでも故障を検知した時点で直ちに保護動作
を行うこと、第二にゲート信号発生回路自身の故障を検
知し、故障発生時には保護動作を行うこと、第三に正常
動作時・故障の際の保護動作時のいずれの場合にもゲー
ト信号に最小パルス幅及び非ラップ期間を確保し、素子
の直接の破壊につながらないようなゲート信号を発生す
ること、第四に故障発生の際には装置を構成する素子の
種類に応じた保護動作を行うことで、故障時の素子のダ
メージを最小限とするゲート信号発生回路を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is a power conversion device for converting alternating current and direct current by using a semiconductor element. First, the ignition state fed back from the element is monitored, and the element cannot be turned off due to the element failure. In either case or when it cannot be turned on, the protection operation is immediately performed when a failure is detected.Second, the failure of the gate signal generation circuit itself is detected and the protection operation is performed when the failure occurs. Securing a minimum pulse width and non-wrap period for the gate signal in both cases of operation and protection operation during failure, and generating a gate signal that does not lead to direct destruction of the element. The purpose of the present invention is to provide a gate signal generation circuit that minimizes damage to an element at the time of failure by performing a protective operation according to the type of the element that constitutes the device at the time of occurrence.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は各アームを構成する半導体素子の実際の点
弧状態をゲート信号発生回路へフィードバックする手段
と、ゲート信号と素子点弧状態を比較しその不一致を検
知する手段と、素子点弧状態の論理の異常を検知する手
段と、ゲート信号の論理の異常を検知する手段と、検知
したこれらの故障信号を他相のゲート信号発生回路と受
け渡しする手段と、自相あるいは他相のゲート信号と素
子点弧状態の不一致または素子点弧状態の論理異常また
はゲート信号の論理異常が発生した際に全ての素子をオ
フまたはオンするようにゲート信号指令をマスクする手
段と、そのマスク後の信号に対し非ラップ期間及び最小
パルス幅を確保する手段とを設ける。
In order to achieve the above object, the present invention provides a means for feeding back an actual firing state of a semiconductor element forming each arm to a gate signal generating circuit, a gate signal and an element firing state. To detect the discrepancy, a means to detect an abnormality in the logic of the element firing state, a means to detect an abnormality in the logic of the gate signal, and a gate signal of another phase generated from these detected failure signals. A means for passing the signal to and from the circuit, and to turn off or turn on all elements when there is a mismatch between the self-phase or other-phase gate signal and the element firing state, a logic abnormality in the element firing state, or a logic abnormality in the gate signal. Further, means for masking the gate signal command and means for ensuring a non-wrap period and a minimum pulse width for the masked signal are provided.

【0013】[0013]

【作用】ゲート信号と素子点弧状態の不一致を検知し、
不一致発生時には全ての素子をオフするようにゲート信
号指令をマスクすることで、素子をオフできなくなった
場合とオンできなくなった場合のいずれでも保護動作を
行い、インバータ装置を停止させることができる。ま
た、素子点弧状態の論理異常を検知する手段を設けるこ
とで、特にアーム短絡など緊急を要する場合には不一致
発生の検知を待たずに保護動作を行うことができる。
[Function] Detects the mismatch between the gate signal and the element firing state,
By masking the gate signal command so as to turn off all the elements when a mismatch occurs, the protection operation can be performed and the inverter device can be stopped when the elements cannot be turned off or cannot be turned on. Further, by providing the means for detecting the logical abnormality of the element firing state, the protection operation can be performed without waiting for the detection of the disagreement, especially when an emergency such as an arm short circuit is required.

【0014】ゲート信号の論理の異常を検知する手段を
設けることで、ゲート信号発生回路が正常であるときに
は起こり得ない論理を検知し、異常発生時には全ての素
子をオフするようにゲート信号指令をマスクすること
で、ゲート信号発生回路に異常が発生した際にも電力変
換装置を停止させることができる。
By providing means for detecting an abnormality in the logic of the gate signal, a logic which cannot occur when the gate signal generating circuit is normal is detected, and a gate signal command is issued to turn off all the elements when the abnormality occurs. By masking, the power conversion device can be stopped even when an abnormality occurs in the gate signal generation circuit.

【0015】非ラップ期間及び最小パルス幅をゲート信
号に確保するゲート信号合理性確保手段をゲート信号発
生回路の最終段に配置することで、正常動作時・故障時
を問わずいかなる場合にも、ゲート信号に最小パルス幅
及び非ラップ期間を確保することができる。
By arranging the gate signal rationality ensuring means for ensuring the non-wrap period and the minimum pulse width in the gate signal in the final stage of the gate signal generating circuit, in any case regardless of normal operation or failure, It is possible to secure the minimum pulse width and the non-wrap period in the gate signal.

【0016】[0016]

【実施例】本発明の実施例を、三相二レベルインバータ
での場合を例に、図1から図11を用いて説明する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 11 by taking a case of a three-phase two-level inverter as an example.

【0017】図1は一相分のゲート信号発生回路で、ゲ
ート信号指令Sを入力としこれに従って正負アームを構
成する各素子のスイッチング状態を制御するゲート信号
Gp,Gnを発生する。また、素子点弧状態FGp,F
Gnを受け取り、これを故障検知に用いて保護動作に反
映させる。ここで、添字pは正アーム,nは負アームに
それぞれ対応するものとする。
FIG. 1 shows a gate signal generating circuit for one phase, which receives a gate signal command S and generates gate signals Gp and Gn for controlling the switching states of the respective elements forming the positive and negative arms in accordance with the gate signal command S. In addition, element firing states FGp, F
Gn is received, and this is used for failure detection and reflected in the protection operation. Here, the subscript p corresponds to the positive arm, and n corresponds to the negative arm.

【0018】Sの論理は、S=1のとき正アームオン,
負アームオフ、S=0のとき正アームオフ,負アームオ
ンと定義する。また、Gp,Gnの論理は、Gp(G
n)=1のときオフ,Gp(Gn)=0のときオンと定
義する。FGp,FGnの論理もGp,Gnと同様とす
る。
The logic of S is that the positive arm is on when S = 1,
Negative arm off, defined as positive arm off and negative arm on when S = 0. The logic of Gp and Gn is Gp (G
It is defined as off when n) = 1 and on when Gp (Gn) = 0. The logic of FGp and FGn is the same as that of Gp and Gn.

【0019】ゲート信号・素子点弧状態不一致検知手段
1の構成例を図2に示す。不一致信号CFDの論理を、
正常時は1、不一致発生時は0と定義する。基本的には
各々の素子のゲート信号と素子点弧状態のEXNORを
とることで両信号の不一致を検知すればよいが、実際の
装置ではゲート信号を出力してから素子点弧状態が帰っ
てくるまでに時間差があるため、短期間の不一致につい
ては許容し、許容期間を越えて続く不一致が発生したと
きに素子故障が発生したと見なす。
An example of the structure of the gate signal / element firing state mismatch detection means 1 is shown in FIG. The logic of the disagreement signal CFD is
It is defined as 1 when normal and 0 when disagreement occurs. Basically, the gate signal of each element and EXNOR of the element firing state should be taken to detect the discrepancy between the two signals, but in an actual device, the element firing state returns after the gate signal is output. Since there is a time lag before they arrive, a short-term mismatch is tolerated, and it is considered that an element failure has occurred when a mismatch that continues beyond the allowable period occurs.

【0020】図2で、まず正アームのゲート信号Gpと
素子点弧状態FGp,負アームのゲート信号Gnと素子
点弧状態FGnのEXNORをとり、これを不一致期間
カウンタ(nビット)11p,11nのクリア信号とす
る。これにより不一致が発生しているときには、不一致
期間カウンタ11p,11nの出力Q0〜Qnに不一致
が続いている期間が得られる。不一致を許容する期間は
予め不一致許容期間設定手段12に設定しておき、この
値と不一致期間カウンタ11p,11nの出力を比較す
る。比較器の出力は、不一致期間カウンタの値が不一致
許容期間設定値より大きくなったとき0と定義する。比
較器出力が0になった場合、それをラッチ14p,14
nに記憶し、これらのANDをとることで、正負アーム
いずれかで不一致が発生した際に、不一致信号CFDが
0となる。ラッチ14p,14nの出力は、一旦0とな
った後はリセット信号を与えるまで1に復帰しないもの
とする。
In FIG. 2, EXNOR of the gate signal Gp of the positive arm and the element firing state FGp, and the gate signal Gn of the negative arm and the element firing state FGn of EXNOR are first taken, and these are taken as the mismatch period counters (n bits) 11p and 11n. Clear signal. As a result, when a mismatch occurs, a period in which the outputs Q0 to Qn of the mismatch period counters 11p and 11n continue to be mismatched is obtained. The period during which the mismatch is allowed is set in advance in the mismatch allowable period setting means 12, and this value is compared with the outputs of the mismatch period counters 11p and 11n. The output of the comparator is defined as 0 when the value of the mismatch period counter becomes larger than the mismatch allowable period set value. When the comparator output becomes 0, it is latched 14p, 14
By storing them in n and taking the AND of these, the mismatch signal CFD becomes 0 when a mismatch occurs in either the positive or negative arm. It is assumed that the outputs of the latches 14p and 14n do not return to 1 once they have become 0 until a reset signal is given.

【0021】次に、素子点弧状態論理異常検知手段2の
構成例を図3に示す。二レベルインバータの場合、正負
アームの同時オン、つまり素子点弧状態FGp,FGn
が同時に0となる論理が禁止事項(アーム短絡)であ
る。従って、FGpとFGnのORをとり、この出力が
0になったときにはこれをラッチ21に記憶し、これを
点弧状態論理異常発生信号FFAILとする。FFAI
Lの論理は正常時は1、論理異常発生時は0と定義す
る。FFAIL信号は、一旦、0となった後はリセット
信号が入力されるまで1に復帰しないものとする。FF
AIL信号により、アーム短絡など緊急に保護しなけれ
ばならない故障についてはゲート信号と素子点弧状態の
不一致検知を待たず直ちに検知し、保護動作を行うこと
ができる。
Next, FIG. 3 shows a structural example of the element firing state logic abnormality detecting means 2. In the case of a two-level inverter, the positive and negative arms are turned on at the same time, that is, the element firing states FGp and FGn.
Is a prohibited item (arm short circuit). Therefore, the OR of FGp and FGn is taken, and when this output becomes 0, this is stored in the latch 21, and this is made the firing state logic abnormality occurrence signal FFAIL. FFAI
The logic of L is defined as 1 when it is normal and 0 when a logic error occurs. Once the FFAIL signal has become 0, it does not return to 1 until the reset signal is input. FF
With the AIL signal, it is possible to immediately detect a failure such as an arm short circuit that must be protected immediately without waiting for the detection of the discrepancy between the gate signal and the element firing state, and perform the protection operation.

【0022】続いて、図4にゲート信号論理異常検知手
段3の構成例を示す。構成は図3の素子点弧状態論理異
常検知手段2と同様である。本手段によりゲート信号の
論理をチェックし、正常時では発生し得ない論理を検知
するとゲート信号論理異常発生信号GFAILが0とな
る。GFAIL信号も一旦0となった後はリセット信号
を入力するまで1には復帰しないものとする。これによ
りゲート信号発生回路自身の故障を検知し、故障発生時
には保護動作を行うことができる。
Next, FIG. 4 shows a configuration example of the gate signal logic abnormality detecting means 3. The configuration is the same as that of the element firing state logic abnormality detection means 2 of FIG. When the logic of the gate signal is checked by this means and a logic that cannot occur under normal conditions is detected, the gate signal logic abnormality occurrence signal GFAIL is set to 0. Once the GFAIL signal also becomes 0, it does not return to 1 until the reset signal is input. As a result, the failure of the gate signal generating circuit itself can be detected, and the protection operation can be performed when the failure occurs.

【0023】図5に故障時保護論理設定手段4の構成例
を示す。ゲート信号指令Sを正負アームのゲート信号指
令に分離し、不一致信号CFD,素子点弧状態論理異常
発生信号FFAIL,ゲート信号論理異常発生信号GF
AILのいずれかが0となったときには正負アームの素
子を共にオフするようにゲート信号指令をマスクするこ
とで、インバータ装置を停止させる保護動作を行う。
FIG. 5 shows an example of the configuration of the failure protection logic setting means 4. The gate signal command S is separated into the gate signal commands for the positive and negative arms, and the mismatch signal CFD, element firing state logic abnormality occurrence signal FFAIL, gate signal logic abnormality occurrence signal GF
When either of the AIL becomes 0, the gate signal command is masked so that the elements of the positive and negative arms are turned off, thereby performing the protection operation of stopping the inverter device.

【0024】ゲート信号発生回路に最低限必要な機能と
して、ゲート信号をオンするときの非ラップ期間の確保
と、ゲート信号の最小パルス幅の確保の二つがある。一
般にスイッチング素子のターンオフ時間はターンオン時
間より長いため、ゲート信号指令Sの変化に伴いゲート
信号Gp,Gnを同時に切り替えると、一方のアームの
素子がオフになる前に他方のアームの素子がオンとな
り、アーム短絡が発生する。そこで、それまでオン状態
であった素子のゲート信号をオフとし、実際に素子がオ
フとなるのに充分な時間Tdが経過してから他方の素子
のゲート信号をオンとする。Tdを非ラップ期間または
デッドタイムと呼ぶ。また、ゲート信号が一旦変化した
後、素子の状態が確定しないうちに再びゲート信号を変
化させると、素子の破壊を引き起こすことがある。そこ
でゲート信号に対し、素子状態が確定するのに充分な時
間Ton,Toffを確保する。Tonを最小オン時
間,Toffを最小オフ時間といい、二つを合わせて最
小パルス幅という。
The minimum required function of the gate signal generating circuit is to secure a non-wrap period when the gate signal is turned on and to secure a minimum pulse width of the gate signal. Generally, the turn-off time of the switching element is longer than the turn-on time. Therefore, when the gate signals Gp and Gn are simultaneously switched with the change of the gate signal command S, the element of one arm is turned on before the element of the other arm is turned on. , Arm short circuit occurs. Therefore, the gate signal of the element that has been in the on state until then is turned off, and the gate signal of the other element is turned on after a time Td sufficient for actually turning off the element has elapsed. Td is called a non-wrap period or dead time. Further, if the gate signal is changed once and then changed again before the state of the element is determined, the element may be destroyed. Therefore, for the gate signal, sufficient times Ton and Toff for ensuring the element state are secured. Ton is called the minimum on-time, Toff is called the minimum off-time, and the two are collectively called the minimum pulse width.

【0025】非ラップ期間及び最小パルス幅を確保する
ためのゲート信号合理性確保手段5の構成例を図6に示
す。非ラップ期間確保手段51と最小パルス幅確保手段
52から構成する。非ラップ期間確保手段51の入力と
出力の対応は図7のようにする。即ち、ゲート信号をオ
フ状態からオン状態に遷移させるときは、非ラップ期間
Tdをおいてからオン状態とする。逆にオン状態からオ
フ状態に遷移させるときは、直ちにオフ状態とする。最
小パルス幅確保手段52の入力と出力の対応は図8のよ
うにする。即ち、オンパルス幅が予め設定した最小オン
時間Tonより短い場合は、オンパルスの幅をTonま
で引き伸ばす。オフパルス幅についても最小オフ時間T
off(=Ton+2Td)まで引き伸ばす。このゲー
ト信号合理性確保手段をゲート信号発生回路の最終段に
配置することで、正常動作時,保護動作時を問わずいか
なる場合でもゲート信号に非ラップ期間と最小パルス幅
を確保することができる。
FIG. 6 shows an example of the structure of the gate signal reasonableness ensuring means 5 for ensuring the non-wrap period and the minimum pulse width. It comprises a non-lap period ensuring means 51 and a minimum pulse width ensuring means 52. The correspondence between the input and the output of the non-lap period securing means 51 is as shown in FIG. That is, when the gate signal is changed from the off state to the on state, the non-lap period Td is set and then the on state is set. On the contrary, when transitioning from the on state to the off state, the off state is immediately set. The correspondence between the input and output of the minimum pulse width securing means 52 is as shown in FIG. That is, when the ON pulse width is shorter than the preset minimum ON time Ton, the width of the ON pulse is extended to Ton. As for the off pulse width, the minimum off time T
Extend to off (= Ton + 2Td). By arranging the gate signal rational ensuring means at the final stage of the gate signal generating circuit, the non-wrap period and the minimum pulse width can be ensured in the gate signal in any case regardless of the normal operation and the protection operation. .

【0026】図1の実施例を拡張した実施例を図9に示
す。図1の実施例では保護動作は各相個別になってお
り、故障が発生した相については検知後直ちに保護動作
を行うが、それ以外の相はそのまま動作を続けるため三
相の不平衡が発生する可能性がある。そこで図9のよう
に不一致信号,素子点弧状態論理異常発生信号,ゲート
信号論理異常発生信号を他相のゲート信号発生回路と受
け渡しする手段を備え、図10に示す故障時保護論理設
定手段4Aの構成例のように、他相で異常が発生したと
きでも全ての素子をオフするようにゲート信号指令をマ
スクしてインバータ装置を停止させる。
An embodiment obtained by expanding the embodiment of FIG. 1 is shown in FIG. In the embodiment of FIG. 1, the protection operation is performed for each phase individually, and the protection operation is performed immediately after the detection of the failure phase, but the other phases continue to operate as they are, and thus three-phase imbalance occurs. there's a possibility that. Therefore, as shown in FIG. 9, means for passing the mismatch signal, the element firing state logic abnormality occurrence signal, and the gate signal logic abnormality occurrence signal to the gate signal generation circuit of the other phase is provided, and the failure protection logic setting means 4A shown in FIG. As in the configuration example of 1, the gate signal command is masked so that all the elements are turned off even when an abnormality occurs in another phase, and the inverter device is stopped.

【0027】以上が基本的な実施例であるが、例えば、
素子にGTOサイリスタを用いた大容量のインバータ装
置などでは、アーム短絡発生時の短絡電流はGTOサイ
リスタのアノードリアクトルによりある程度の値に制限
されるため、全ての素子をオンにして短絡電流の一相集
中を避けるという保護動作も考えられる。アーム短絡は
素子点弧状態の論理異常により検知できるので、このよ
うな場合に対しては図11に示すように故障時保護論理
設定手段4Aで、素子点弧状態論理異常発生時には全て
の素子をオンするようにゲート信号指令をマスクする。
The above is the basic embodiment. For example,
In a large-capacity inverter device that uses GTO thyristors as elements, the short-circuit current when an arm short circuit occurs is limited to a certain value by the anode reactor of the GTO thyristor, so all elements are turned on and one phase of the short-circuit current flows. A protective action to avoid concentration is also conceivable. Since the arm short circuit can be detected by the logic abnormality in the element firing state, in such a case, all elements are protected by the failure protection logic setting means 4A as shown in FIG. 11 when the element firing state logic abnormality occurs. Mask the gate signal command to turn on.

【0028】一方、IGBTなど、アノードリアクトル
を持たない素子を用いたインバータの場合などは短絡電
流を制限するものがなく、図11の構成例のようにアー
ム短絡時に全ての素子をオンすると全体を破壊する可能
性があるため、故障時保護論理設定手段は図10のよう
に構成することが望ましい。
On the other hand, in the case of an inverter using an element having no anode reactor, such as an IGBT, there is no limiter for the short-circuit current. If all the elements are turned on when the arm is short-circuited as in the configuration example of FIG. Since there is a possibility of destruction, it is desirable to configure the failure protection logic setting means as shown in FIG.

【0029】以上の実施例により、素子故障により素子
をオフできなくなった場合、及びオンできなくなった場
合のいずれでも過電流に至る前に保護動作を行うこと、
ゲート信号発生回路自身の故障を検知し、故障発生時に
は保護動作を行うこと、正常動作時・故障時を問わず、
いかなる場合にもゲート信号に最小パルス幅及び非ラッ
プ期間を確保すること、また装置を構成する半導体素子
の種類に応じた保護動作を行うことで、故障時にも素子
のダメージを最小限とすることが可能となる。ここでは
二レベルインバータにおける実施例で説明したが、本発
明は三レベル以上の多レベルインバータやコンバータに
も適用可能である。
According to the above-described embodiment, the protection operation is performed before the overcurrent is reached in both the case where the element cannot be turned off due to the element failure and the case where the element cannot be turned on.
Detect the failure of the gate signal generation circuit itself, perform protection operation when a failure occurs, regardless of normal operation or failure,
In any case, ensure a minimum pulse width and non-wrap period for the gate signal, and perform a protective operation according to the type of semiconductor element that constitutes the device to minimize damage to the element even in the event of a failure. Is possible. Although the embodiment of the two-level inverter has been described here, the present invention is also applicable to a multi-level inverter or converter having three or more levels.

【0030】[0030]

【発明の効果】半導体素子を用いて直流を多相交流に変
換、あるいはその逆の変換を行う電力変換装置で、素子
故障により素子をオフできなくなった場合及びオンでき
なくなった場合のいずれでも過電流に至る前に保護動作
を行うこと、ゲート信号発生回路自身の故障を検知し、
故障発生時には保護動作を行うこと、正常動作時・故障
時を問わず、いかなる場合にもゲート信号に最小パルス
幅及び非ラップ期間を確保すること、装置を構成する素
子の種類に応じた保護動作を行うことにより故障時にも
素子のダメージを最小限とすることが可能となる。
EFFECTS OF THE INVENTION In a power conversion device for converting direct current into multi-phase alternating current using a semiconductor element, or vice versa, it is possible to prevent an element from failing to turn on or not turning on due to an element failure. Performing protective action before reaching the current, detecting failure of the gate signal generating circuit itself,
Protective action when a failure occurs, ensuring minimum pulse width and non-wrap period in the gate signal in any case, regardless of normal operation or failure, protective action according to the type of elements that make up the device By performing the above, it becomes possible to minimize the damage of the element even in the case of a failure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例のブロック図。FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention.

【図2】ゲート信号・素子点弧状態不一致検知手段のブ
ロック図。
FIG. 2 is a block diagram of a gate signal / element firing state mismatch detection means.

【図3】素子点弧状態論理異常検知手段の説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of a device firing state logic abnormality detecting means.

【図4】ゲート信号論理異常検知手段の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of a gate signal logic abnormality detecting means.

【図5】故障時保護論理設定手段の説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram of a failure protection logic setting means.

【図6】ゲート信号合理性確保手段の説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram of a gate signal rationality ensuring means.

【図7】非ラップ期間確保手段51の動作を示す説明
図。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an operation of a non-wrap period ensuring unit 51.

【図8】最小パルス幅確保手段52の動作を示す説明
図。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the operation of the minimum pulse width securing means 52.

【図9】本発明の別の実施例のブロック図。FIG. 9 is a block diagram of another embodiment of the present invention.

【図10】故障時保護論理設定手段4Aの説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram of a failure protection logic setting means 4A.

【図11】故障時保護論理設定手段4Aの別の説明図。FIG. 11 is another explanatory diagram of the failure protection logic setting means 4A.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ゲート信号・素子点弧状態不一致検知手段、2…素
子点弧状態論理異常検知手段、3…ゲート信号論理異常
検知手段、4,4A…故障時保護論理設定手段、5…ゲ
ート信号合理性確保手段。
1 ... Gate signal / element firing state mismatch detection means, 2 ... Element firing state logic abnormality detection means, 3 ... Gate signal logic abnormality detection means, 4, 4A ... Fault protection logic setting means, 5 ... Gate signal rational Securing means.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 照沼 睦弘 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所水戸工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Mutsuhiro Terunuma 1070 Igemo, Hitachinaka City, Ibaraki Prefecture Stock Company Hitachi Ltd. Mito Plant

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体素子を用いて直流を多相交流に変
換、或いはその逆の変換を行う電力変換装置において、
PWM制御装置から与えられるゲート信号指令に従って
前記各半導体素子の導通状態を制御するゲート信号を発
生する論理回路において、前記半導体素子の導通状態を
オンまたはオフの二値で制御するゲート信号、及び前記
半導体素子の実際の点弧状態をオンまたはオフの二値で
ゲート信号発生回路と前記各半導体素子のゲート駆動回
路の間で伝送する手段と、それぞれの前記半導体素子に
ついて、ゲート信号と実際の点弧状態を比較することに
より前記半導体素子の故障を検知するゲート信号・素子
点弧状態不一致検知手段と、前記各半導体素子の点弧状
態の論理の組み合わせを監視することにより前記半導体
素子の故障を検知する素子点弧状態論理異常検知手段
と、前記ゲート信号発生回路の出力である前記各半導体
素子のゲート信号の論理の組み合わせを監視することに
より前記ゲート信号発生回路の故障を検知するゲート信
号論理異常検知手段と、ゲート信号指令を入力とし、前
記各故障検知の結果を参照して故障発生時には全ての前
記半導体素子をオフまたはオンとするようにゲート信号
指令をマスクすることにより保護動作を行う故障時保護
論理設定手段と、前記故障時保護論理設定手段の出力に
対し、非ラップ期間及び最小パルス幅を確保するゲート
信号合理性確保手段を備えたことを特徴とする電力変換
装置のゲート信号発生回路。
1. A power converter for converting direct current into multi-phase alternating current using a semiconductor element or vice versa,
In a logic circuit that generates a gate signal that controls the conduction state of each semiconductor element according to a gate signal command given from a PWM control device, a gate signal that controls the conduction state of the semiconductor element by binary value of ON or OFF; Means for transmitting the actual ignition state of the semiconductor element between the gate signal generation circuit and the gate drive circuit of each of the semiconductor elements in binary of ON or OFF, and the gate signal and the actual point for each of the semiconductor elements. The failure of the semiconductor element is detected by monitoring the combination of the gate signal / element firing state mismatch detection means for detecting the failure of the semiconductor element by comparing the arc states, and the logic of the firing state of each semiconductor element. An element firing state logic abnormality detecting means for detecting, and a gate signal of each semiconductor element which is an output of the gate signal generating circuit. Gate signal logic abnormality detecting means for detecting a failure of the gate signal generating circuit by monitoring a combination of logics, and a gate signal command as an input, and referring to the results of each failure detection, all the semiconductors when a failure occurs A non-wrap period and a minimum pulse width are secured for the failure protection logic setting means for performing a protection operation by masking the gate signal command to turn the element off or on and the output of the failure protection logic setting means. A gate signal generation circuit for a power conversion device, comprising:
【請求項2】請求項1において、前記ゲート信号・素子
点弧状態不一致検知手段は、各ゲート信号とそれに対応
する素子点弧状態の不一致発生を検知する手段と、不一
致を許容する期間を予め設定する手段と、不一致が発生
している期間を数えるカウンタと、前記カウンタの出力
と前記不一致許容期間設定手段の設定値を比較し、不一
致期間が設定値を越えたことを検知する比較器と、前記
比較器出力を記憶するラッチと、前記各半導体素子のい
ずれかにおいて不一致期間が設定値を越えた場合に不一
致信号を出力する手段を備えたゲート信号発生回路。
2. The gate signal / element firing state non-coincidence detection means according to claim 1, wherein the means for detecting the non-coincidence occurrence of each gate signal and the corresponding element firing state are provided with a period for allowing the non-coincidence in advance. A means for setting, a counter for counting the period in which a mismatch occurs, a comparator for comparing the output of the counter and the set value of the mismatch allowable period setting means, and detecting that the mismatch period exceeds the set value. A gate signal generating circuit having a latch for storing the output of the comparator, and means for outputting a mismatch signal when the mismatch period exceeds a set value in any of the semiconductor elements.
【請求項3】請求項1において、前記素子点弧状態論理
異常検知手段は、正常動作時に発生し得ない素子点弧状
態の論理の組み合わせを検知し、その結果を記憶するラ
ッチを備えたゲート信号発生回路。
3. The gate according to claim 1, wherein the element firing state logic abnormality detecting means detects a combination of logics of element firing states that cannot occur during normal operation and stores a result thereof. Signal generation circuit.
【請求項4】請求項1において、前記ゲート信号論理異
常検知手段は、正常動作時には発生し得ないゲート信号
の論理の組み合わせを検知し、その結果を記憶するラッ
チを備えたゲート信号発生回路。
4. The gate signal generation circuit according to claim 1, wherein the gate signal logic abnormality detecting means detects a combination of gate signal logics that cannot occur during normal operation and stores a result thereof.
【請求項5】請求項1において、前記故障時保護論理設
定手段は、不一致信号または素子点弧状態論理異常発生
信号またはゲート信号論理異常発生信号のいずれかの発
生により、全ての前記半導体素子をオフするようにゲー
ト信号指令をマスクする手段を備えたゲート信号発生回
路。
5. The failure protection logic setting means according to claim 1, wherein all of the semiconductor elements are activated by generation of any one of a mismatch signal, an element firing state logic abnormality occurrence signal and a gate signal logic abnormality occurrence signal. A gate signal generation circuit having means for masking a gate signal command so as to turn off.
【請求項6】請求項1において、前記ゲート信号・素子
点弧状態不一致検知手段の出力である不一致信号と、前
記素子点弧状態論理異常検知手段の出力である素子点弧
状態論理異常発生信号と、前記ゲート信号論理異常検知
手段の出力であるゲート信号論理異常発生信号を、他相
の前記ゲート信号発生回路と受け渡しする手段を備えた
ゲート信号発生回路。
6. The mismatch signal which is the output of the gate signal / element firing state mismatch detection means, and the element firing state logic abnormality occurrence signal which is the output of the element firing state logic abnormality detection means according to claim 1. And a means for transferring the gate signal logic abnormality occurrence signal output from the gate signal logic abnormality detecting means to the gate signal generation circuit of another phase.
【請求項7】請求項6において、前記故障時保護論理設
定手段は、自相の不一致信号または素子点弧状態論理異
常発生信号またはゲート信号論理異常発生信号、または
他相の不一致信号または素子点弧状態論理異常発生信号
またはゲート信号論理異常発生信号のいずれかの発生に
より、全ての半導体素子をオフするようにゲート信号指
令をマスクする手段を備えたゲート信号発生回路。
7. The failure protection logic setting means according to claim 6, wherein the self-phase mismatch signal, the element firing state logic abnormality occurrence signal, the gate signal logic abnormality occurrence signal, or the other phase mismatch signal or element point. A gate signal generation circuit provided with means for masking a gate signal command so as to turn off all semiconductor elements when either an arc state logic abnormality occurrence signal or a gate signal logic abnormality occurrence signal is generated.
【請求項8】請求項6において、前記故障時保護論理設
定手段は、自相の不一致信号またはゲート信号論理異常
発生信号、または他相の不一致信号またはゲート信号論
理異常発生信号のいずれかの発生により、全ての半導体
素子をオフするように、また自相の素子点弧状態論理異
常発生信号または他相の素子点弧状態論理異常発生信号
の発生により全ての半導体素子をオンするようにゲート
信号指令をマスクする手段を備えたゲート信号発生回
路。
8. The failure protection logic setting means according to claim 6, wherein either a self-phase mismatch signal or a gate signal logic abnormality occurrence signal, or another phase mismatch signal or a gate signal logic abnormality occurrence signal is generated. Gate signal to turn off all semiconductor elements, and to turn on all semiconductor elements by the occurrence of the self-phase element firing state logic abnormality occurrence signal or the other phase element firing state logic abnormality occurrence signal. A gate signal generation circuit having means for masking a command.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002315303A (en) * 2001-04-17 2002-10-25 Mitsubishi Electric Corp Power module
JP2002359964A (en) * 2001-05-31 2002-12-13 Fuji Electric Co Ltd Driving device for semiconductor switching element and driving device for power converter
US6518791B2 (en) 2000-03-21 2003-02-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Gate driver for driving a switching element, and a power converter in which the gate driver and an output element are integrated in one-chip
US6704212B2 (en) 2002-01-30 2004-03-09 Hitachi, Ltd. PWM inverter with long carrier wave insertion
JP2007116773A (en) * 2005-10-18 2007-05-10 Toyota Motor Corp DRIVE DEVICE, VEHICLE MOUNTING THE SAME, AND DRIVE DEVICE CONTROL METHOD
JP2010246309A (en) * 2009-04-08 2010-10-28 Hitachi Ltd Abnormality detection system of power converter
JP2012186937A (en) * 2011-03-07 2012-09-27 Denso Corp Circuit for driving switching element
JP2013110905A (en) * 2011-11-24 2013-06-06 Hitachi Ltd Power conversion apparatus
JP5802315B1 (en) * 2014-08-13 2015-10-28 株式会社日立製作所 Drive circuit board, power unit, and power converter
WO2018008333A1 (en) * 2016-07-04 2018-01-11 日立オートモティブシステムズ株式会社 Inverter driving device
JP2021083211A (en) * 2019-11-18 2021-05-27 日立Astemo株式会社 Inverter controller

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6518791B2 (en) 2000-03-21 2003-02-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Gate driver for driving a switching element, and a power converter in which the gate driver and an output element are integrated in one-chip
JP2002315303A (en) * 2001-04-17 2002-10-25 Mitsubishi Electric Corp Power module
JP2002359964A (en) * 2001-05-31 2002-12-13 Fuji Electric Co Ltd Driving device for semiconductor switching element and driving device for power converter
US6704212B2 (en) 2002-01-30 2004-03-09 Hitachi, Ltd. PWM inverter with long carrier wave insertion
DE10237882B4 (en) 2002-01-30 2018-06-28 Hitachi, Ltd. Pulse Width Modulation, Voltage Transformer and Inverter
JP4692207B2 (en) * 2005-10-18 2011-06-01 トヨタ自動車株式会社 DRIVE DEVICE, VEHICLE MOUNTING THE SAME, AND DRIVE DEVICE CONTROL METHOD
JP2007116773A (en) * 2005-10-18 2007-05-10 Toyota Motor Corp DRIVE DEVICE, VEHICLE MOUNTING THE SAME, AND DRIVE DEVICE CONTROL METHOD
JP2010246309A (en) * 2009-04-08 2010-10-28 Hitachi Ltd Abnormality detection system of power converter
JP2012186937A (en) * 2011-03-07 2012-09-27 Denso Corp Circuit for driving switching element
JP2013110905A (en) * 2011-11-24 2013-06-06 Hitachi Ltd Power conversion apparatus
JP5802315B1 (en) * 2014-08-13 2015-10-28 株式会社日立製作所 Drive circuit board, power unit, and power converter
WO2018008333A1 (en) * 2016-07-04 2018-01-11 日立オートモティブシステムズ株式会社 Inverter driving device
JPWO2018008333A1 (en) * 2016-07-04 2019-03-07 日立オートモティブシステムズ株式会社 Inverter drive
JP2021083211A (en) * 2019-11-18 2021-05-27 日立Astemo株式会社 Inverter controller

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