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JP2009278704A - Gate drive of voltage-driven semiconductor device - Google Patents

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JP2009278704A
JP2009278704A JP2008124855A JP2008124855A JP2009278704A JP 2009278704 A JP2009278704 A JP 2009278704A JP 2008124855 A JP2008124855 A JP 2008124855A JP 2008124855 A JP2008124855 A JP 2008124855A JP 2009278704 A JP2009278704 A JP 2009278704A
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JP
Japan
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gate
voltage
threshold voltage
turn
value
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Withdrawn
Application number
JP2008124855A
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Japanese (ja)
Inventor
Kunio Matsubara
邦夫 松原
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.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Systems Co Ltd
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Publication date
Application filed by Fuji Electric Systems Co Ltd filed Critical Fuji Electric Systems Co Ltd
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Abstract

【課題】還流ダイオードが小電流で逆回復する時のサ−ジ電圧や振動電圧を抑制するために、対向アームのIGBTのゲートオン抵抗を大きくする方法があるが、定常時の損失が大きくなる課題がある。
【解決手段】ターンオフ時におけるゲート閾値電圧を検出し、この電圧値が所定値に対して高いか低いかを判定し、次のターンオン時のゲートオン抵抗、オン用ゲート電源電圧などのゲート駆動条件を切替える。従って、還流ダイオードの順方向電流が小さい時だけ、ゲート条件を切替えるので、定常時の損失は大きくならない。
【選択図】図1
There is a method of increasing the gate-on resistance of the IGBT of the opposite arm in order to suppress the surge voltage and the oscillation voltage when the freewheeling diode reversely recovers with a small current. There is.
A gate threshold voltage at turn-off is detected, it is determined whether this voltage value is higher or lower than a predetermined value, and gate drive conditions such as gate-on resistance and gate power supply voltage for turn-on at the next turn-on are determined. Switch. Therefore, since the gate condition is switched only when the forward current of the freewheeling diode is small, the loss during steady state does not increase.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、電力変換装置に適用される電圧駆動型半導体素子のゲート駆動装置に関し、特に電流を検出せずに小電流時の還流ダイオードの逆回復サージを抑制する技術に関する。   The present invention relates to a gate drive device for a voltage-driven semiconductor element applied to a power converter, and more particularly to a technique for suppressing reverse recovery surge of a freewheeling diode at a small current without detecting a current.

図5に電圧駆動型半導体素子としてIGBTを使用した周知の電圧形インバータの回路構成図を示す。図5において、15は三相交流電源、16は整流回路、17は平滑用コンデンサ、18〜23はダイオードが逆並列接続されたIGBTモジュール、24はモータ負荷である。
図6は、図5に示した電圧形インバータの1相分の等価回路図である。図6において、29は平滑用コンデンサ、30は回路の配線インダクタンス、31はL負荷、3、27はIGBT、4、28は還流ダイオード(以下、FWD)、26は上アームのIGBTモジュール、2は下アームのIGBTモジュール、25は上アームのIGBTモジュールに接続するゲート駆動装置1(GDU1)、1は下アームのIGBTモジュールに接続するゲート駆動装置2(GDU2)である。
図7にゲート駆動装置2の主要部の回路図を示す。図7において、5、6はIGBTをターンオンおよびターンオフさせるためのスイッチ素子、7はゲートオン抵抗、8はゲートオフ抵抗、9はオン信号およびオフ信号を出力するインターフェイス回路である。尚、この種のゲート駆動装置としては、特許文献1に開示されているとおりである。
図6において、IGBT3がオン状態のときには、平滑用コンデンサ29→回路配線インダクタンス30→L負荷31→IGBT3→平滑用コンデンサ29の経路で電流が流れる(オンモード)。IGBT3がターンオフすると、IGBT3のコレクタ−エミッタ間電圧VCEが上昇する。VCEが直流電圧Edの達すると、FWD28がオンすることによって、負荷電流ILはFWD28に転流して、L負荷31→FWD28→L負荷31の経路で電流が流れる(還流モード)。
FIG. 5 shows a circuit configuration diagram of a known voltage source inverter using an IGBT as a voltage-driven semiconductor element. In FIG. 5, 15 is a three-phase AC power supply, 16 is a rectifier circuit, 17 is a smoothing capacitor, 18 to 23 are IGBT modules with diodes connected in antiparallel, and 24 is a motor load.
6 is an equivalent circuit diagram for one phase of the voltage source inverter shown in FIG. In FIG. 6, 29 is a smoothing capacitor, 30 is a wiring inductance of the circuit, 31 is an L load, 3 and 27 are IGBTs, 4 and 28 are free-wheeling diodes (hereinafter referred to as FWD), 26 is an IGBT module of the upper arm, and 2 is The lower arm IGBT module 25 is a gate driving device 1 (GDU1) connected to the upper arm IGBT module, and 1 is a gate driving device 2 (GDU2) connected to the lower arm IGBT module.
FIG. 7 shows a circuit diagram of the main part of the gate driving device 2. In FIG. 7, 5 and 6 are switch elements for turning on and off the IGBT, 7 is a gate-on resistance, 8 is a gate-off resistance, and 9 is an interface circuit that outputs an on signal and an off signal. This type of gate driving device is as disclosed in Patent Document 1.
In FIG. 6, when the IGBT 3 is in the ON state, a current flows through the path of the smoothing capacitor 29 → the circuit wiring inductance 30 → the L load 31 → the IGBT 3 → the smoothing capacitor 29 (ON mode). When the IGBT 3 is turned off, the collector-emitter voltage VCE of the IGBT 3 increases. When the VCE reaches the DC voltage Ed, the FWD 28 is turned on, whereby the load current IL is commutated to the FWD 28, and a current flows through the path of L load 31 → FWD 28 → L load 31 (reflux mode).

この状態から、IGBT3がターンオンすると、FWD28が逆回復して、平滑用コンデンサ29→回路配線インダクタンス30→FWD28→IGBT3→平滑用コンデンサ29の経路で電流が流れ、FWD28の逆回復動作が終了すると、再びIGBT3がオン状態(オンモード)となる。ここで、FWD28の逆回復時にサージ電圧が発生する。
図8および図9に、図6のIGBT3がスイッチングしたときのIGBT3のコレクタ−エミッタ間電圧VCEおよびコレクタ電流Icの動作波形、FWD28のアノード−カソード間電圧VAKおよびダイオード電流IFの動作波形を示す。ここで、図8は電流の大きい通常電流時の動作波形、図9は電流の小さい小電流時(一般的に素子定格電流の約1/10以下)の動作波形である。
FWDに印加される電圧VAKは通常電流時(Vp1)に比べて小電流時(Vp2)の方がピーク値が高く、振動波形となっている。これは、ダイオードの逆回復特性が小電流時は高速化することに起因している。高いサージ電圧Vp2と高周波の振動現象は、最悪の場合発生ノイズの増大と共に、素子破壊に至る可能性がある。このピーク値の大きな振動波形を抑制する方式として、特許文献2に示すように、対向アームのIGBTのゲートオン抵抗値を大きくする方法がある。
特開2002−165435号公報 特開平10−32976号公報
From this state, when the IGBT 3 is turned on, the FWD 28 reversely recovers, a current flows through the path of the smoothing capacitor 29 → the circuit wiring inductance 30 → FWD 28 → IGBT 3 → the smoothing capacitor 29, and the reverse recovery operation of the FWD 28 ends. The IGBT 3 is again turned on (on mode). Here, a surge voltage is generated during reverse recovery of the FWD 28.
8 and 9 show the operation waveforms of the collector-emitter voltage VCE and the collector current Ic of the IGBT 3 and the operation waveforms of the anode-cathode voltage VAK and the diode current IF of the FWD 28 when the IGBT 3 of FIG. 6 is switched. Here, FIG. 8 shows an operation waveform at a normal current with a large current, and FIG. 9 shows an operation waveform at a small current with a small current (generally about 1/10 or less of the element rated current).
The voltage VAK applied to the FWD has a higher peak value at a small current (Vp2) than a normal current (Vp1), and has a vibration waveform. This is due to the fact that the reverse recovery characteristic of the diode is increased when the current is small. A high surge voltage Vp2 and a high-frequency vibration phenomenon may lead to element destruction with an increase in generated noise in the worst case. As a method for suppressing the vibration waveform having a large peak value, there is a method of increasing the gate-on resistance value of the IGBT of the opposing arm as shown in Patent Document 2.
JP 2002-165435 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-32976

上述のように、FWDの小電流逆回復時のサージ電圧と振動現象による素子破壊を防ぐために、図7に示す従来のゲート駆動装置において、IGBT3のゲートオン抵抗7の抵抗値を大きくすることで、サージ電圧と振動現象を抑制することができるが、ゲート抵抗値を大きくして、IGBTのコレクタ電流の立ち上がりを緩和する方法は、特許文献2に開示されているが、ゲートオン抵抗値を大きくすると、電流の大きい通常電流時のターンオン損失が増加してしまうという問題がある。   As described above, in order to prevent the element breakdown due to the surge voltage and the vibration phenomenon at the time of reverse recovery of a small current of FWD, in the conventional gate driving device shown in FIG. 7, by increasing the resistance value of the gate-on resistance 7 of the IGBT 3, Although the surge voltage and the vibration phenomenon can be suppressed, a method of increasing the gate resistance value and relaxing the rise of the collector current of the IGBT is disclosed in Patent Document 2, but if the gate on resistance value is increased, There is a problem that the turn-on loss at a normal current with a large current increases.

上述の課題を解決するために、第1の発明においては、電力変換装置に用いる電圧駆動型半導体素子を駆動するゲート駆動装置において、ターンオフ時のゲート閾値電圧を検出するゲート閾値電圧検出手段と、前記ゲート閾値電圧検出手段で検出したゲート閾値電圧値と予め定められた設定電圧値とを比較するゲート閾値電圧比較手段と、前記ゲート閾値電圧比較手段での比較結果に応じてターンオン用のゲート駆動条件を切替える切替手段を備える。
第2の発明においては、第1の発明におけるゲート駆動条件は、ターンオン用ゲート抵抗値であることを特徴とする。
第3の発明においては、第1の発明において、切替手段はゲート閾値電圧検出手段で検出したゲート閾値電圧が予め定められた設定電圧値より高い時は、ターンオン用のゲート抵抗値が通常抵抗値より低抵抗値になるように動作することを特徴とする。
第4の発明においては、第1の発明において、切替手段はゲート閾値電圧検出手段で検出したゲート閾値電圧が予め定められた設定電圧値より低い時は、ターンオン用のゲート抵抗値が通常抵抗値より高抵抗値になるように動作することを特徴とする。
第5の発明においては、第1の発明におけるゲート駆動条件は、ターンオン用ゲート駆動電源電圧であることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, in the first invention, in a gate driving device for driving a voltage-driven semiconductor element used in a power conversion device, a gate threshold voltage detecting means for detecting a gate threshold voltage at turn-off; Gate threshold voltage comparison means for comparing the gate threshold voltage value detected by the gate threshold voltage detection means with a predetermined set voltage value, and gate drive for turn-on according to the comparison result in the gate threshold voltage comparison means Switching means for switching conditions is provided.
In the second invention, the gate driving condition in the first invention is a gate resistance value for turn-on.
In the third invention, in the first invention, when the gate threshold voltage detected by the gate threshold voltage detecting means is higher than a predetermined set voltage value, the switching means has a normal resistance value for the turn-on gate resistance value. It is characterized by operating so as to have a lower resistance value.
In the fourth invention, in the first invention, when the gate threshold voltage detected by the gate threshold voltage detecting means is lower than a predetermined set voltage value, the switching means has a normal resistance value for the turn-on gate resistance value. It is characterized by operating so as to have a higher resistance value.
The fifth invention is characterized in that the gate drive condition in the first invention is a turn-on gate drive power supply voltage.

第6の発明においては、第1の発明における切替手段は、ゲート閾値電圧検出手段で検出したゲート閾値電圧が予め定められた設定電圧値より高い時は、ターンオン用のゲート駆動電源電圧値が通常電源電圧値より高い電圧値になるように動作することを特徴とする。
第7の発明においては、第1の発明における切替手段は、ゲート閾値電圧検出手段で検出したゲート閾値電圧が予め定められた設定電圧値より低い時は、ターンオン用のゲート駆動電源電圧値が通常電源電圧値より低い電圧値になるように動作することを特徴とする。
In the sixth invention, the switching means in the first invention is such that when the gate threshold voltage detected by the gate threshold voltage detecting means is higher than a predetermined set voltage value, the turn-on gate drive power supply voltage value is normal. It operates so that it may become a voltage value higher than a power supply voltage value.
In the seventh invention, the switching means in the first invention is such that when the gate threshold voltage detected by the gate threshold voltage detecting means is lower than a predetermined set voltage value, the turn-on gate drive power supply voltage value is normal. It operates so that it may become a voltage value lower than a power supply voltage value.

本発明では、自アーム素子のターンオフ時におけるゲート閾値電圧を検出し、この電圧値が所定値に対して高いか低いかを判定し、次のターンオン時のゲート駆動条件を切替えている。その結果、電流が大きい時のターンオン損失を増加させずに、FWDの小電流逆回復時のサージ電圧と振動現象を抑制でき、発生ノイズの低減、素子破壊の防止が可能となる。   In the present invention, the gate threshold voltage at the turn-off time of the self-arm element is detected, it is determined whether the voltage value is higher or lower than a predetermined value, and the gate drive condition at the next turn-on is switched. As a result, without increasing the turn-on loss when the current is large, the surge voltage and vibration phenomenon at the time of reverse recovery of the small current of the FWD can be suppressed, and the generated noise can be reduced and the element breakdown can be prevented.

本発明の要点は、自アーム素子のターンオフ時におけるゲート閾値電圧を検出し、この電圧値が所定値に対して高いか低いかを判定し、次のターンオン時のゲート駆動条件を切替えることである。図10に示すように、ゲート閾値電圧VGEはコレクタ電流Icが小さい時は低く、コレクタ電流が大きい時は高くなる。本願はこの特性に着目した発明であり、電流を検出せずに、ターンオフ時のゲート閾値電圧を検出することにより、ゲート駆動条件を切替えるものである。   The gist of the present invention is to detect the gate threshold voltage when the self-arm element is turned off, determine whether the voltage value is higher or lower than a predetermined value, and switch the gate driving condition at the next turn-on. . As shown in FIG. 10, the gate threshold voltage VGE is low when the collector current Ic is small, and is high when the collector current is large. The present application focuses on this characteristic, and switches the gate drive condition by detecting the gate threshold voltage at turn-off without detecting the current.

図1に、本発明の第1の実施例を示す。図7の従来例と同様な機能を有するものには、同様な符号を付けている。本発明によるゲート駆動装置は、従来のゲート駆動装置(図7)に、ターンオフ動作時のゲート閾値電圧を検出するゲート閾値電圧検出回路12、検出されたゲート閾値電圧値と予め定められた設定電圧値を比較するゲート閾値電圧比較回路13、ゲート閾値電圧比較回路13の結果に応じてゲートオン抵抗値を選定する抵抗値選定回路14、小電流逆回復時に高抵抗11でIGBT3をドライブするスイッチ素子10が接続された構成である。
次に本発明によるゲート駆動装置の動作を、図2及び図3に基づいて説明する。図2は電流の大きい通常電流時の動作波形、図3は電流の小さい小電流時の動作波形である。図1において、インターフェイス回路9からオフ信号が出力されると、スイッチ素子6がオンして、ゲート電圧VGEが低下し、コレクタ−エミッタ間電圧VCEが上昇を始める。このとき、VCEが電源電圧Edまで到達するまでは、コレクタ電流Icが対抗アームのFWDに転流することができないため、ゲート電圧VGEはコレクタ電流値Icに応じたゲート閾値電圧VGE(th)でクランプされる。このゲート閾値電圧VGE(th)をゲート閾値電圧検出回路12が検出すると、ゲート閾値電圧比較回路13が、検出電圧VGE(th)と、予め定められた設定電圧VGE(0)とを比較する。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. Components having functions similar to those of the conventional example of FIG. The gate driving device according to the present invention is different from the conventional gate driving device (FIG. 7) in that a gate threshold voltage detecting circuit 12 for detecting a gate threshold voltage at the time of turn-off operation, a detected gate threshold voltage value and a predetermined set voltage. A gate threshold voltage comparison circuit 13 that compares values, a resistance value selection circuit 14 that selects a gate-on resistance value according to the result of the gate threshold voltage comparison circuit 13, and a switching element 10 that drives the IGBT 3 with a high resistance 11 during small current reverse recovery Is a connected configuration.
Next, the operation of the gate driving apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2 shows an operation waveform at a normal current with a large current, and FIG. 3 shows an operation waveform at a small current with a small current. In FIG. 1, when an off signal is output from the interface circuit 9, the switch element 6 is turned on, the gate voltage VGE decreases, and the collector-emitter voltage VCE starts increasing. At this time, since the collector current Ic cannot be commutated to the FWD of the opposing arm until the VCE reaches the power supply voltage Ed, the gate voltage VGE is a gate threshold voltage VGE (th) corresponding to the collector current value Ic. Clamped. When the gate threshold voltage detection circuit 12 detects the gate threshold voltage VGE (th), the gate threshold voltage comparison circuit 13 compares the detection voltage VGE (th) with a predetermined set voltage VGE (0).

ここで、ゲート閾値電圧比較回路13の比較結果が、VGE(th)>VGE(0)であれば(図2参照)、抵抗値選定回路14が、次のターンオン時における対抗アームのFWDが通常電流で逆回復することを推測し、通常のゲートオン抵抗7を選定する。比較結果がVGE(th)<VGE(0)であれば(図3参照)、抵抗値選定回路14が、次のターンオン時における対抗アームのFWDが小電流で逆回復することを推測し、高抵抗のゲートオン抵抗11を選定する。
次にインターフェイス回路9からオン信号が出力されると、上記より通常のゲートオン抵抗7が選定されている場合は、スイッチ素子5がオンして、通常のゲートオン抵抗7でIGBT3がターンオン動作をする。また、高抵抗のゲートオン抵抗11が選定されている場合は、スイッチ素子10がオンして、高抵抗のゲートオン抵抗11でIGBT3がターンオン動作をする。
このことより、対抗アームのFWDが、電流の大きい通常電流で逆回復する時はIGBTを通常抵抗でターンオン、小電流で逆回復する時は高抵抗でIGBTをターンオンさせることができ、通常電流動作時のターンオン損失を増加させずに、FWDが小電流で逆回復する時のサージ電圧と振動現象を抑制することが可能となる。
Here, if the comparison result of the gate threshold voltage comparison circuit 13 is VGE (th)> VGE (0) (see FIG. 2), the resistance value selection circuit 14 has a normal FWD of the opposing arm at the next turn-on. A normal gate-on resistance 7 is selected on the assumption that reverse recovery is caused by the current. If the comparison result is VGE (th) <VGE (0) (see FIG. 3), the resistance value selection circuit 14 estimates that the FWD of the opposing arm at the next turn-on reversely recovers with a small current. The resistance gate-on resistance 11 is selected.
Next, when an ON signal is output from the interface circuit 9, if the normal gate-on resistance 7 is selected from the above, the switch element 5 is turned ON, and the IGBT 3 is turned on by the normal gate-on resistance 7. When the high resistance gate-on resistance 11 is selected, the switch element 10 is turned on, and the IGBT 3 is turned on by the high resistance gate-on resistance 11.
As a result, when the FWD of the opposing arm reversely recovers with a normal current having a large current, the IGBT can be turned on with a normal resistance, and when reversely recovered with a small current, the IGBT can be turned on with a high resistance. It is possible to suppress the surge voltage and vibration phenomenon when the FWD reversely recovers with a small current without increasing the turn-on loss.

尚、通常電流で逆回復する時はスイッチ素子5及び10をオンとし、小電流で逆回復する時はスイッチ素子5又は10の一方をオンさせるように抵抗値を選定しても同様に実現できることは言うまでもない。
また、定常的な電流が小さいパルス出力の装置などにおいては、定常的な状態では抵抗値が大きくなるようにスイッチ素子を制御し、電流の大きいパルス出力時は抵抗値が小さくなるようにすることにより、同様の効果を発揮できる。このような装置においては、定常状態ではVGE(th)<VGE(0)で、パルス出力時はVGE(th)>VGE(0)となるように、設定電圧VGE(0)を定常状態での閾値電圧VGE(th)より高い値に設定すれば良い。
It can be realized in the same way even if the resistance value is selected so that the switch elements 5 and 10 are turned on when reverse recovery is performed with a normal current, and one of the switch elements 5 or 10 is turned on when reverse recovery is performed with a small current. Needless to say.
In addition, in a device that outputs a pulse with a small steady current, the switch element is controlled so that the resistance value increases in a steady state, and the resistance value decreases when a pulse with a large current is output. Therefore, the same effect can be exhibited. In such an apparatus, the set voltage VGE (0) is set to a steady state so that VGE (th) <VGE (0) in a steady state and VGE (th)> VGE (0) at the time of pulse output. A value higher than the threshold voltage VGE (th) may be set.

図4に、本発明の第2の実施例を示す。図7の従来例と同様な機能を有するものには、同様な符号を付けている。図4において、本発明によるゲート駆動装置は、従来のゲート駆動装置(図7)に、ターンオフ動作時のゲート閾値電圧を検出するゲート閾値電圧検出回路12、検出されたゲート閾値電圧値と予め定められた設定電圧値を比較するゲート閾値電圧比較回路13、ゲート閾値電圧比較回路13の結果に応じて電源電圧値を選定する電源電圧値選定回路32、小電流逆回復時に通常の電源電圧値(15V)より低い電圧値(15V―α)でIGBT3をドライブするスイッチ素子33が接続された構成である。
次に本発明によるゲート駆動装置の動作を説明する。図4において、上述した図1の実施例と同様に、ゲート閾値電圧比較回路13で、検出したゲート閾値電圧VGE(th)と、予め定められた設定電圧VGE(0)とを比較する。ゲート閾値電圧比較回路13の比較結果が、VGE(th)>VGE(0)であれば、電源電圧値選定回路32が、次のターンオン時における対抗アームのFWDが電流の大きい通常電流で逆回復することを推測し、通常の電源電圧値(15V)を選定する。比較結果がVGE(th)<VGE(0)であれば、電源電圧値選定回路32が、次のターンオン時における対抗アームのFWDが小電流で逆回復することを推測し、通常の電源電圧値より低い電圧値(15V―α)を選定する。ここで、αは素子特性に見合った任意の値を選ぶ。
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. Components having functions similar to those of the conventional example of FIG. 4, the gate driving device according to the present invention is different from the conventional gate driving device (FIG. 7) in that a gate threshold voltage detecting circuit 12 for detecting a gate threshold voltage at the time of turn-off operation and a detected gate threshold voltage value are predetermined. A gate threshold voltage comparison circuit 13 that compares the set voltage values, a power supply voltage value selection circuit 32 that selects a power supply voltage value according to the result of the gate threshold voltage comparison circuit 13, a normal power supply voltage value ( The switch element 33 that drives the IGBT 3 with a voltage value (15V−α) lower than 15V) is connected.
Next, the operation of the gate driving apparatus according to the present invention will be described. 4, the gate threshold voltage comparison circuit 13 compares the detected gate threshold voltage VGE (th) with a predetermined set voltage VGE (0) as in the above-described embodiment of FIG. If the comparison result of the gate threshold voltage comparison circuit 13 is VGE (th)> VGE (0), the power supply voltage value selection circuit 32 reversely recovers the FWD of the opposing arm at the next turn-on with a normal current having a large current. The normal power supply voltage value (15 V) is selected. If the comparison result is VGE (th) <VGE (0), the power supply voltage value selection circuit 32 estimates that the FWD of the opposing arm at the next turn-on will reversely recover with a small current, and the normal power supply voltage value A lower voltage value (15V-α) is selected. Here, α is selected to an arbitrary value corresponding to the element characteristics.

次にインターフェイス回路9からオン信号が出力されると、上記より通常の電源電圧値が選定されている場合は、スイッチ素子5がオンして、通常の電源電圧値(15V)でIGBT3がターンオン動作をする。また、通常の電源電圧値より低い電圧値が選定されている場合は、スイッチ素子33がオンして、通常の電源電圧値より低い電圧値(15V―α)でIGBT3がターンオン動作をする。
このことより、対抗アームのFWDが、電流の大きい通常電流で逆回復する時はIGBTを通常の電源電圧でターンオンさせ、小電流で逆回復する時は通常よりも低い電源電圧でIGBTをターンオンさせることができ、通常電流動作時のターンオン損失を増加させずに、FWDが小電流で逆回復する時のサージ電圧と振動現象を抑制することが可能となる。
尚、電源電圧を二つの電源電圧の直列回路として構成し、高い電圧を出力する時は直列分の電源電圧を、低い電圧を出力する時は片方の電源電圧を、各々出力するように構成しても、同様の機能を発揮することができる。
また、定常的な電流が小さいパルス出力の装置などにおいては、定常的な状態では電源電圧が低くなるように、電流の大きいパルス出力時は電源電圧が高くなるように、各々スイッチ素子を制御することにより、同様の効果を発揮できる。このような装置においては、電流の小さい定常状態ではVGE(th)<VGE(0)で、電流の大きいパルス出力時はVGE(th)>VGE(0)となるように、設定電圧VGE(0)を定常状態での閾値電圧VGE(th)より高い値に設定すれば良い。
Next, when an on signal is output from the interface circuit 9, if the normal power supply voltage value is selected from the above, the switch element 5 is turned on, and the IGBT 3 is turned on at the normal power supply voltage value (15V). do. When a voltage value lower than the normal power supply voltage value is selected, the switch element 33 is turned on, and the IGBT 3 is turned on at a voltage value (15V−α) lower than the normal power supply voltage value.
As a result, when the FWD of the opposing arm reversely recovers with a normal current having a large current, the IGBT is turned on with a normal power supply voltage, and when reversely recovered with a small current, the IGBT is turned on with a power supply voltage lower than normal. It is possible to suppress the surge voltage and vibration phenomenon when the FWD is reversely recovered with a small current without increasing the turn-on loss during normal current operation.
The power supply voltage is configured as a series circuit of two power supply voltages, and is configured to output the power supply voltage for the series when outputting a high voltage, and one of the power supply voltages when outputting a low voltage. However, the same function can be exhibited.
In addition, in a device with a pulse output with a small steady current, each switch element is controlled so that the power supply voltage is low in a steady state and the power supply voltage is high when a pulse with a large current is output. Therefore, the same effect can be exhibited. In such a device, the set voltage VGE (0) is set so that VGE (th) <VGE (0) in a steady state where the current is small and VGE (th)> VGE (0) when a pulse with a large current is output. ) May be set to a value higher than the threshold voltage VGE (th) in the steady state.

さらに、本発明は各アームにIGBTが複数個直列接続された電力変換装置に適用した場合においても同様な効果があることは言うまでもない。   Furthermore, it goes without saying that the present invention has the same effect when applied to a power converter in which a plurality of IGBTs are connected in series to each arm.

本発明は、負荷の電力変動の大きな装置や出力電流波形の変化の大きな装置への適用での効果が特に大きい。可変速インバータ、パルス電源、無効電力補償装置、無停電電源装置(UPS)などへの適用が可能である。   The present invention is particularly effective when applied to a device having a large load power fluctuation or a device having a large change in output current waveform. It can be applied to variable speed inverters, pulse power supplies, reactive power compensators, uninterruptible power supplies (UPS), and the like.

本発明の第1の実施例を示す。1 shows a first embodiment of the present invention. 図1の動作を説明するための第1の動作波形図である。FIG. 2 is a first operation waveform diagram for explaining the operation of FIG. 図1の動作を説明するための第2の動作波形図である。FIG. 6 is a second operation waveform diagram for explaining the operation of FIG. 1. 本発明の第2の実施例を示す。2 shows a second embodiment of the present invention. 電圧形インバータの回路構成図を示す。The circuit block diagram of a voltage type inverter is shown. 図5の一相分の等価回路図である。FIG. 6 is an equivalent circuit diagram for one phase of FIG. 5. 従来のゲート駆動回路図を示す。A conventional gate drive circuit diagram is shown. 図7における通常電流時の動作波形図を示す。FIG. 8 is an operation waveform diagram at normal current in FIG. 7. 図7における小電流時の動作波形図を示す。The operation waveform figure at the time of the small electric current in FIG. 7 is shown. ゲート電圧VGEに対するVce−Ic特性を示す。The Vce-Ic characteristic with respect to the gate voltage VGE is shown.

符号の説明Explanation of symbols

1、25・・・ゲート駆動回路
2、18〜23、26・・・IGBTモジュール
3、27・・・IGBT 4、28・・・還流ダイオード
5、6、10、33・・・半導体スイッチ 7、8、11・・・抵抗
9・・・インターフェイス回路 12・・・ゲート閾値電圧検出回路
13・・・ゲート閾値電圧比較回路 14・・・抵抗値選定回路
32・・・電源電圧値選定回路 15・・・交流電源
16・・・整流回路 17、29・・・平滑コンデンサ
24・・・モータ負荷 30・・・配線インダクタンス
31・・・L負荷
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 25 ... Gate drive circuit 2, 18-23, 26 ... IGBT module 3, 27 ... IGBT 4, 28 ... Freewheeling diode 5, 6, 10, 33 ... Semiconductor switch 7, 8, 11 ... Resistance 9 ... Interface circuit 12 ... Gate threshold voltage detection circuit 13 ... Gate threshold voltage comparison circuit 14 ... Resistance value selection circuit 32 ... Power supply voltage value selection circuit 15 ..AC power supply 16 ... rectifier circuit 17, 29 ... smoothing capacitor 24 ... motor load 30 ... wiring inductance 31 ... L load

Claims (7)

電力変換装置に用いる電圧駆動型半導体素子を駆動するゲート駆動装置において、ターンオフ時のゲート閾値電圧を検出する閾値電圧検出手段と、前記閾値電圧検出手段で検出したゲート閾値電圧値と予め定められた設定電圧値とを比較するゲート閾値電圧比較手段と、前記ゲート閾値電圧比較手段での比較結果に応じてターンオン用のゲート駆動条件を切替える切替手段とを備えることを特徴とする電圧駆動型半導体素子のゲート駆動装置。   In a gate driving device for driving a voltage-driven semiconductor element used in a power converter, a threshold voltage detecting means for detecting a gate threshold voltage at turn-off, and a gate threshold voltage value detected by the threshold voltage detecting means are predetermined. A voltage drive type semiconductor device comprising: gate threshold voltage comparison means for comparing a set voltage value; and switching means for switching a gate drive condition for turn-on according to a comparison result in the gate threshold voltage comparison means Gate drive device. 前記ゲート駆動条件は、ターンオン用ゲート抵抗値であることを特徴とする請求項1に記載の電圧駆動型半導体素子のゲート駆動装置。 2. The voltage-driven semiconductor device gate driving apparatus according to claim 1, wherein the gate driving condition is a turn-on gate resistance value. 前記切替手段は、前記ゲート閾値電圧検出手段で検出したゲート閾値電圧が予め定められた設定電圧値より高い時は、ターンオン用のゲート抵抗値が通常抵抗値より低抵抗値になるように動作することを特徴とする請求項1または2に記載の電圧駆動型半導体素子のゲート駆動装置。   The switching means operates such that when the gate threshold voltage detected by the gate threshold voltage detection means is higher than a predetermined set voltage value, the turn-on gate resistance value is lower than the normal resistance value. 3. The gate drive device for a voltage driven semiconductor device according to claim 1, wherein the gate drive device is a voltage driven semiconductor device. 前記切替手段は、前記ゲート閾値電圧検出手段で検出したゲート閾値電圧が予め定められた設定電圧値より低い時は、ターンオン用のゲート抵抗値が通常抵抗値より高抵抗値になるように動作することを特徴とする請求項1または2に記載の電圧駆動型半導体素子のゲート駆動装置。   The switching means operates so that the gate resistance value for turn-on is higher than the normal resistance value when the gate threshold voltage detected by the gate threshold voltage detection means is lower than a predetermined set voltage value. 3. The gate drive device for a voltage driven semiconductor device according to claim 1, wherein the gate drive device is a voltage driven semiconductor device. 前記ゲート駆動条件は、ターンオン用ゲート駆動電源電圧であることを特徴とする請求項1に記載の電圧駆動型半導体素子のゲート駆動装置。   2. The voltage-driven semiconductor device gate driving apparatus according to claim 1, wherein the gate driving condition is a turn-on gate driving power supply voltage. 前記切替手段は、前記ゲート閾値電圧検出手段で検出したゲート閾値電圧が予め定められた設定電圧値より高い時は、ターンオン用のゲート駆動電源電圧値が通常電源電圧値より高い電圧値になるように動作することを特徴とする請求項1または5に記載の電圧駆動型半導体素子のゲート駆動装置。   The switching means is configured such that when the gate threshold voltage detected by the gate threshold voltage detecting means is higher than a predetermined set voltage value, the turn-on gate drive power supply voltage value is higher than the normal power supply voltage value. 6. The gate drive device for a voltage driven semiconductor device according to claim 1, wherein the gate drive device operates as described above. 前記切替手段は、前記ゲート閾値電圧検出手段で検出したゲート閾値電圧が予め定められた設定電圧値より低い時は、ターンオン用のゲート駆動電源電圧値が通常電源電圧値より低い電圧値になるように動作することを特徴とする請求項1または5に記載の電圧駆動型半導体素子のゲート駆動装置。

The switching means is configured such that when the gate threshold voltage detected by the gate threshold voltage detecting means is lower than a predetermined set voltage value, the turn-on gate drive power supply voltage value is lower than the normal power supply voltage value. 6. The gate drive device for a voltage driven semiconductor device according to claim 1, wherein the gate drive device operates as described above.

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011217538A (en) * 2010-03-31 2011-10-27 Toshiba Corp Power conversion apparatus
JP2012204985A (en) * 2011-03-24 2012-10-22 Denso Corp Load drive device
CN110729880A (en) * 2019-11-18 2020-01-24 阳光电源股份有限公司 Driving circuit of power conversion device and its application device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06291631A (en) * 1993-03-31 1994-10-18 Hitachi Ltd Method and circuit for driving voltage driven element
JP2004112916A (en) * 2002-09-19 2004-04-08 Fuji Electric Holdings Co Ltd Gate drive device for voltage driven semiconductor device
JP2007228447A (en) * 2006-02-27 2007-09-06 Hitachi Ltd Gate drive circuit for switching element

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06291631A (en) * 1993-03-31 1994-10-18 Hitachi Ltd Method and circuit for driving voltage driven element
JP2004112916A (en) * 2002-09-19 2004-04-08 Fuji Electric Holdings Co Ltd Gate drive device for voltage driven semiconductor device
JP2007228447A (en) * 2006-02-27 2007-09-06 Hitachi Ltd Gate drive circuit for switching element

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011217538A (en) * 2010-03-31 2011-10-27 Toshiba Corp Power conversion apparatus
JP2012204985A (en) * 2011-03-24 2012-10-22 Denso Corp Load drive device
CN110729880A (en) * 2019-11-18 2020-01-24 阳光电源股份有限公司 Driving circuit of power conversion device and its application device

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