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JPH11262243A - Driving device for voltage-driven power element - Google Patents

Driving device for voltage-driven power element

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Publication number
JPH11262243A
JPH11262243A JP10058440A JP5844098A JPH11262243A JP H11262243 A JPH11262243 A JP H11262243A JP 10058440 A JP10058440 A JP 10058440A JP 5844098 A JP5844098 A JP 5844098A JP H11262243 A JPH11262243 A JP H11262243A
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JP
Japan
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voltage
gate
power element
driven power
power
Prior art date
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Application number
JP10058440A
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Japanese (ja)
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JP3383570B2 (en
Inventor
Takeo Koyama
山 建 夫 小
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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 Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP05844098A priority Critical patent/JP3383570B2/en
Publication of JPH11262243A publication Critical patent/JPH11262243A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a driving device for voltage-driven power element which is capable of adjusting miller time through a gate control, making the serial and parallel connection of a power element easier, and suppressing the surge overvoltages. SOLUTION: A driving device for voltage-driven power element is provided with means 56 and 58, which supply on-control voltages to the gate of a power element via a gate resistor 54, means 57 and 59 which supply off-control voltage to the gate terminal of an element 50 via the gate resistor 54, means 61 and 63 which supply an additional on-control signal, having a prescribed quantity of electricity to the gate via a second gate resistor 55 at a prescribed pulse width, when the on-control voltage is supplied to the element 50 and reaches a miller voltage, and means 62 and 64 which supply an additional off-control signal to the element 50 through the second gate resistor 55, when the on-control voltage drops to the miller voltage.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、コンバータやイン
バータの主回路に用いられるMOSゲート入力型電力用
半導体素子からなる電圧駆動型電力素子の駆動装置に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a driving device for a voltage-driven power device comprising a MOS gate input type power semiconductor device used for a main circuit of a converter or an inverter.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOSゲート入力型電力用半導体素子か
らなる電圧駆動型電力用半導体素子として、パワーMO
S FETやIGBT(バイポーラ型MOS FET)、
SIT(静電誘導型トランジスタ)、IEGT(注入促
進絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)等が知られて
いる。MOS構造のゲートを有するこれらの電力用半導
体素子は、スイッチング動作が高速であるという特徴の
ほかに、ゲート電圧Vgを制御することにより、素子電
圧(コレクタ・エミッタ間電圧)Vceのスイッチング
波形を調整することができるという特徴を持っている。
近年、個々のIGBTやIEGTの高耐圧・大電流素子
の商品化と、これらを使用して素子の特徴の一つである
高速性を損なわずに、直列接続や並列接続あるいはスナ
バレス化した電力変換器が求められつつある。このよう
な高速スイッチング動作をする電力素子を複数個直列接
続して、全体をあたかも単一の電力素子であるかのよう
に動作させる、高耐圧化した電力変換器を構成するにあ
たっては、個々の電力素子に特性差が存在するため、ス
イッチング動作時に各素子の電圧を均等にすることは困
難である。大電流化のために複数の素子を並列接続する
場合にも、同じような理由で各素子の電流を均等にする
ことが困難である。また、高速スイッチング動作をする
電力素子では、素子がターンオフするとき、大きなサー
ジ過電圧が発生するため、サージ過電圧の抑制技術が重
要となる。
2. Description of the Related Art As a voltage-driven power semiconductor device comprising a MOS gate input power semiconductor device, a power MO is used.
S FET, IGBT (Bipolar MOS FET),
SIT (static induction type transistor), IEGT (injection promotion insulated gate bipolar transistor) and the like are known. These power semiconductor elements having MOS-structured gates are characterized in that the switching operation is performed at high speed, and in addition, the switching waveform of the element voltage (collector-emitter voltage) Vce is adjusted by controlling the gate voltage Vg. It has the feature of being able to.
In recent years, individual IGBTs and IEGTs have been commercialized with high withstand voltage and large current elements, and using them, series-connected, parallel-connected, or snubberless power conversion without deteriorating one of the characteristics of the elements. Vessels are being sought. In configuring a power converter with a high withstand voltage by connecting a plurality of power elements that perform such high-speed switching operations in series and operating as if they were a single power element, individual Since there is a characteristic difference between the power elements, it is difficult to equalize the voltage of each element during the switching operation. Even when a plurality of elements are connected in parallel to increase the current, it is difficult to equalize the current of each element for the same reason. In addition, in a power element that performs a high-speed switching operation, a large surge overvoltage occurs when the element is turned off. Therefore, a technique for suppressing the surge overvoltage is important.

【0003】以下に従来実施されている電圧駆動型電力
素子を用いた電力変換器、並列接続した電圧駆動型電力
素子を用いた大容量変換器、および直列接続のGTO
(ゲートターンオフサイリスタ)を用いた高耐圧電力変
換器の例について説明する。
A conventional power converter using a voltage-driven power element, a large-capacity converter using a parallel-connected voltage-driven power element, and a GTO connected in series
An example of a high voltage power converter using (gate turn-off thyristor) will be described.

【0004】図11は電圧駆動型電力素子によって構成
された電力変換器の主回路およびその付属回路の一例を
示すものである。図11において、2組の電圧駆動型電
力素子1Pおよび1Nによって電力変換器主回路におけ
るU相の正側アームおよび負側アームが構成され、両ア
ームは中間接続点Vcnで直列接続されて直流正電圧端
子Vpおよび直流負電圧端子Vnの間に接続されてい
る。電力素子1P,1Nはそれぞれエミッタ端子E、コ
レクタ端子C、およびゲート端子Gを持っている。各電
力素子1P,1Nはまた同一構成の制御回路およびスナ
バ回路2を付属している。スナバ回路2は、スナバコン
デンサ3、スナバダイオード4、およびスナバ抵抗5か
らなっており、電力素子1のエミッタ端子Eとコレクタ
端子Cとの間に接続されている。各電力素子1P,1N
のゲート端子G・エミッタ端子E間には、直流電源10
または直流電源11からスイッチ素子12または13を
オンすることにより、ゲート抵抗6およびゲート信号供
給導体7を介して正または負のスイッチング用ゲート信
号電圧Vgが印加される。正側の電力素子1Pでは、ス
イッチ素子制御信号8によりスイッチ素子12または1
3がオンすることにより正のオン制御信号S1または負
のオフ制御信号S2が生じ、そのスイッチ信号がゲート
抵抗6を介してゲート端子Gに印加される。負側の電力
素子1Nでも同様に、スイッチ素子制御信号9によりス
イッチ素子12または13がオンすることにより正のオ
ン制御信号S1または負のオフ制御信号S2が生じ、そ
のスイッチ信号がゲート抵抗6を介してゲート端子Gに
印加される。周知のごとく、基本的には正負両側の電力
素子1P,1Nが同時にオンすることがないようにスイ
ッチ素子制御信号8,9は互いにインターロックされ
る。なお、両電力素子1P,1N用のゲート信号供給導
体7はツイストペアとして構成されている。
FIG. 11 shows an example of a main circuit of a power converter constituted by voltage-driven power elements and an associated circuit thereof. In FIG. 11, two sets of voltage-driven power elements 1P and 1N form a U-phase positive arm and a negative arm in a power converter main circuit, and both arms are connected in series at an intermediate connection point Vcn to provide a DC positive power. It is connected between the voltage terminal Vp and the DC negative voltage terminal Vn. Power elements 1P and 1N each have an emitter terminal E, a collector terminal C, and a gate terminal G. Each power element 1P, 1N also has a control circuit and snubber circuit 2 of the same configuration. The snubber circuit 2 includes a snubber capacitor 3, a snubber diode 4, and a snubber resistor 5, and is connected between the emitter terminal E and the collector terminal C of the power element 1. Each power element 1P, 1N
DC power source 10 between gate terminal G and emitter terminal E
Alternatively, when the switching element 12 or 13 is turned on from the DC power supply 11, a positive or negative switching gate signal voltage Vg is applied via the gate resistor 6 and the gate signal supply conductor 7. In the power element 1P on the positive side, the switch element 12 or 1
When the switch 3 is turned on, a positive ON control signal S1 or a negative OFF control signal S2 is generated, and the switch signal is applied to the gate terminal G via the gate resistor 6. Similarly, when the switch element 12 or 13 is turned on by the switch element control signal 9 in the negative power element 1N, a positive ON control signal S1 or a negative OFF control signal S2 is generated. The voltage is applied to the gate terminal G. As is well known, basically, the switch element control signals 8, 9 are interlocked with each other so that the power elements 1P, 1N on both the positive and negative sides are not simultaneously turned on. The gate signal supply conductors 7 for the power elements 1P and 1N are formed as a twisted pair.

【0005】図12は、n個の電圧駆動型電力素子14
−1〜14−nを正極共通導体21および負極共通導体
22を介して並列接続して電力変換器の1アーム(図1
1の電力素子1Pに相当)を構成する例を示すものであ
る。電力素子14−1〜14−nは、スイッチ素子19
または20をオンすることにより、直流電源17または
18からゲート抵抗15およびゲート信号供給導体16
を介して印加される共通のスイッチング用ゲート信号電
圧によってオン・オフ制御される。ここでもスイッチ素
子19,20はスイッチ素子制御信号8により排反的に
オン・オフ動作させられる。
FIG. 12 shows n voltage-driven power devices 14.
-1 to 14-n are connected in parallel via a positive electrode common conductor 21 and a negative electrode common conductor 22 to form one arm of the power converter (FIG. 1).
(Corresponding to one power element 1P). The power elements 14-1 to 14-n are
Or 20 is turned on so that the DC resistor 17 and the gate signal supply conductor 16
ON / OFF control by a common switching gate signal voltage applied via Also in this case, the switch elements 19 and 20 are reciprocally turned on and off by the switch element control signal 8.

【0006】図13は、電力変換器の1アームを、n個
のGTOを直列接続して構成する場合の接続例を示すも
のである。図において、1アーム(図11の電力素子1
Pに相当)は直列接続されたn個のGTO23−1〜2
3−nによって構成されている。各GTOのアノード端
子Aとカソード端子Kとの間にはそれぞれフリーホイー
ルダイオード24、同一構成のスナバ回路25、および
電圧分担抵抗26が接続されている。各GTOには互い
に絶縁されたゲート信号供給回路が設けられている。各
ゲート信号供給回路は同一回路構成を持っており、共通
のオン制御線28からのオン共通御御信号によってスイ
ッチ素子33をオンすることにより、直流電源30から
抵抗32および遅延素子35を介してGTO23−1〜
23−nのゲート端子Gに正のオン制御信号を与え、共
通のオフ制御線29からのオフ共通御御信号によってス
イッチ素子34をオンすることにより、直流電源31か
ら遅延素子36を介してGTO23−1〜23−nのゲ
ート端子Gに負のオフ制御信号を与える。
FIG. 13 shows a connection example when one arm of the power converter is configured by connecting n GTOs in series. In the figure, one arm (power element 1 in FIG. 11)
P) corresponds to n GTOs 23-1 to 2 connected in series.
3-n. A freewheel diode 24, a snubber circuit 25 having the same configuration, and a voltage sharing resistor 26 are connected between the anode terminal A and the cathode terminal K of each GTO. Each GTO is provided with a gate signal supply circuit that is insulated from each other. Each of the gate signal supply circuits has the same circuit configuration. When the switch element 33 is turned on by a common ON control signal from a common ON control line 28, the DC power supply 30 receives the signal through the resistor 32 and the delay element 35. GTO23-1 ~
A positive ON control signal is applied to the gate terminal G of the GTO 23-n, and the switch element 34 is turned ON by the OFF common control signal from the common OFF control line 29. A negative off control signal is applied to the gate terminals G of -1 to 23-n.

【0007】電力用半導体素子を用いた電力変換器のス
イッチング時間やサージ過電圧の抑制は、図11に示す
ゲート抵抗6の抵抗値を減少し、スナバ回路2のスナバ
コンデンサ3の容量を増加する方法で行われるのが一般
的である。しかし、このような方法では、スイッチング
時間の管理やデッドタイムの最短化が難しい。しかもス
ナバ回路に関しては、装置容量に比べてスナバ回路の占
積率が比較的大きくなる傾向がある。
In order to suppress the switching time and surge overvoltage of a power converter using a power semiconductor device, a method of reducing the resistance value of the gate resistor 6 and increasing the capacitance of the snubber capacitor 3 of the snubber circuit 2 shown in FIG. It is generally performed in. However, with such a method, it is difficult to manage the switching time and minimize the dead time. Moreover, regarding the snubber circuit, the space factor of the snubber circuit tends to be relatively large as compared with the device capacity.

【0008】さらに、図12に示した電圧駆動型電力素
子の多重並列接続では、各電力素子14−1〜14−n
に流れる電流分担を等しくするための手段として、並列
接続のための共通導体21,22を十分な表面積を持つ
形状のものとして対向配置し、見掛け上、配線電路を最
短化して配線の低インダクタンス化を図る手法が知られ
ている。この手法の問題は、製造コストの上昇、装置の
大重量化、保守・点検の困難化等である。
Further, in the multiple parallel connection of the voltage-driven power elements shown in FIG. 12, each of the power elements 14-1 to 14-n
As a means for equalizing the distribution of the current flowing through the common conductors, the common conductors 21 and 22 for parallel connection are arranged opposite to each other in a shape having a sufficient surface area, and apparently the wiring circuit is minimized to reduce the wiring inductance. There is a known technique for achieving this. Problems with this method include an increase in manufacturing cost, an increase in the weight of the device, and difficulty in maintenance and inspection.

【0009】図13に示したGTOの多重直列接続で
は、各GTOの分担電圧を等しくするために、過渡時は
スナバ回路25および遅延素子35,36によって分担
電圧の均等化を図り、定常時は分担抵抗26によって分
担電圧の均等化を図るようにしている。GTOのような
比較的低周波用のスイッチング素子の直列接続では、ス
ナバ回路25内のスナバコンデンサの容量を大きく設定
したり、遅延素子35,36の遅延時間調整などをした
りすることによって電圧分担を等しくすることができ
る。しかし、遅延素子35,36の時間調整は例えば1
回/年の割合の保守点検作業になると共に、電力変換装
置に占めるスナバ回路25の占積率が大きくなって好ま
しくない。
In the multiple series connection of the GTOs shown in FIG. 13, in order to equalize the shared voltages of the GTOs, the shared voltages are equalized by the snubber circuit 25 and the delay elements 35 and 36 in the transient state, and are equalized in the steady state. The sharing resistor 26 equalizes the sharing voltage. In the case of a series connection of relatively low-frequency switching elements such as GTO, voltage sharing is performed by setting a large capacitance of the snubber capacitor in the snubber circuit 25 or adjusting the delay time of the delay elements 35 and 36. Can be made equal. However, the time adjustment of the delay elements 35 and 36 is, for example, 1
In addition to the maintenance / inspection work at the rate of times / year, the space factor of the snubber circuit 25 in the power converter becomes large, which is not preferable.

【0010】さらに、図示は省略しているが、高周波用
の電力用スイッチング素子を用いた電力変換器の高耐圧
化策として、小容量の電力変換器の直列多重化も知られ
ている。この場合、各電力変換器のための絶縁された電
源等の必要性から、装置が複雑になると共にコスト高に
なって好ましくない。
Although not shown, series multiplexing of small-capacity power converters is also known as a measure for increasing the withstand voltage of a power converter using a high-frequency power switching element. In this case, the necessity of an insulated power supply or the like for each power converter undesirably complicates the device and increases the cost.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】電圧駆動型電力素子を
直列接続して高速スイッチングする電力変換器では、ス
ナバ回路や低インダクタンスの主回路構造は必要不可欠
のものである。直列接続した場合の各電力素子の分担電
圧は、変換器構造や素子の特性に依存する。このような
ことから高速スイッチングする電力変換器では、主回路
配線の低インダクタンス化は重要なことである。
In a power converter that performs high-speed switching by connecting voltage-driven power elements in series, a snubber circuit and a low-inductance main circuit structure are indispensable. The shared voltage of each power element when connected in series depends on the converter structure and the characteristics of the element. For this reason, in a power converter that performs high-speed switching, it is important to reduce the inductance of the main circuit wiring.

【0012】しかし電力変換器の配線の低インダクタン
ス化は、電力変換器を高コストにするばかりでなく、保
守点検を難しくする。また、サージ過電圧の抑制や、直
列接続時の分担電圧の改善のために挿入されるスナバ回
路の容量は、スイッチング速度に比例して増大させなけ
ればならず、そのためスナバ損失が増大し、変換器効率
を低下させる。
However, reducing the inductance of the wiring of the power converter not only increases the cost of the power converter but also makes maintenance and inspection difficult. Also, the capacity of a snubber circuit inserted to suppress surge overvoltage and improve the shared voltage at the time of series connection must be increased in proportion to the switching speed, so that the snubber loss increases and the converter Decrease efficiency.

【0013】したがって本発明は、ゲート制御によりミ
ラー時間を調整し、電力素子の直・並列接続を容易に
し、サージ過電圧を抑制しうる電圧駆動型電力素子の駆
動装置を提供することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a driving device for a voltage-driven power element which can adjust a mirror time by gate control, facilitate direct / parallel connection of power elements, and suppress a surge overvoltage. .

【0014】さらに本発明は、低損失のスナバ回路を実
現しうる電圧駆動型電力素子の駆動装置を提供すること
を目的とする。
Another object of the present invention is to provide a driving device for a voltage-driven power element capable of realizing a low-loss snubber circuit.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に係る発明は、MOSゲート入力型電力用
半導体素子からなる電圧駆動型電力素子のゲート端子に
第1のゲート抵抗を介してオン制御電圧を供給する第1
のゲート信号供給手段と、ゲート端子に第1のゲート抵
抗を介してオフ制御電圧を供給する第2のゲート信号供
給手段と、電力素子にオン制御電圧が供給されたとき電
力素子のゲート電圧がミラー電圧に達することにより立
ち上がり、電力素子にオフ制御電圧が供給されたとき電
力素子のゲート電圧がミラー電圧に低下することにより
立ち下がるミラー電圧検出信号を出力するしきい値検出
手段と、ミラー電圧検出信号の立ち上がりに応答してゲ
ート端子に所定パルス幅で所定電気量のオン制御信号を
第2のゲート抵抗を介して付加的に供給する第3のゲー
ト信号供給手段と、ミラー電圧検出信号の立ち下がりに
応答してゲート端子に所定パルス幅で所定電気量のオフ
制御信号を第2のゲート抵抗を介して付加的に供給する
第4のゲート信号供給手段とを具備したことを特徴とす
るものである。この発明によれば、電力素子のターンオ
ン時はエネルギーの注入でターンオン動作を速める方向
にしてターンオン損失を少なくする。ターンオフ時は、
ミラー時間を最適化することにより、デッドタイムの予
測ができることから、電力変換器における他相の電力素
子との遅れ時間の整合が可能になる。
According to a first aspect of the present invention, a first gate resistor is provided at a gate terminal of a voltage-driven power device comprising a MOS gate input power semiconductor device. Supply the on-control voltage via the first
A second gate signal supply means for supplying an off-control voltage to the gate terminal via the first gate resistor, and a gate voltage of the power element when the on-control voltage is supplied to the power element. Threshold value detection means for outputting a mirror voltage detection signal that rises when the mirror voltage is reached and falls when the off-control voltage is supplied to the power element and the gate voltage of the power element falls to the mirror voltage; Third gate signal supply means for additionally supplying an ON control signal having a predetermined pulse width and a predetermined amount to the gate terminal through a second gate resistor in response to a rise of the detection signal; A fourth gate signal that additionally supplies an off control signal of a predetermined amount of electricity with a predetermined pulse width to a gate terminal via a second gate resistor in response to the falling edge It is characterized in that it has and a feeding means. According to the present invention, when the power element is turned on, the turn-on operation is accelerated by injecting energy to reduce the turn-on loss. At turn off,
Since the dead time can be predicted by optimizing the mirror time, the delay time can be matched with the power element of another phase in the power converter.

【0016】請求項2に係る発明は、請求項1に記載の
電圧駆動型電力素子の駆動装置において、第2のゲート
信号供給手段のオフゲート電圧供給時間を調整する手段
を設けたことを特徴とするものである。この発明によれ
ば、ターンオフ動作時のスナバ電流が流れたときにエネ
ルギーの注入を行うことにより、素子電圧の変化率dV
ce/dtの制御およびサージ過電圧の抑制が可能にな
る。
According to a second aspect of the present invention, in the driving device for a voltage-driven power element according to the first aspect, means for adjusting the off-gate voltage supply time of the second gate signal supply means is provided. Is what you do. According to the present invention, the energy is injected when the snubber current flows during the turn-off operation, whereby the change rate dV of the element voltage is obtained.
Control of ce / dt and suppression of surge overvoltage become possible.

【0017】請求項3に係る発明は、請求項1または2
に記載の電圧駆動型電力素子の駆動装置において、並列
接続された複数個の電圧駆動型電力素子により主回路が
構成されると共に、第1および第2のゲート信号供給手
段は各電圧駆動型電力素子に対し共通に設けられ、第3
および第4のゲート信号供給手段は各電圧駆動型電力素
子に対し別々に設けられていることを特徴とする。この
発明によれば、請求項1または2に記載の発明の効果に
加えて、各電力素子に流れる電流の分担を均等化するこ
とができる。
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2
Wherein the main circuit is constituted by a plurality of voltage-driven power elements connected in parallel, and the first and second gate signal supply means are connected to each of the voltage-driven power elements. Provided common to the elements,
And a fourth gate signal supply means is provided separately for each voltage-driven power element. According to this invention, in addition to the effect of the invention described in claim 1 or 2, it is possible to equalize the sharing of the current flowing through each power element.

【0018】請求項4に係る発明は、請求項3に記載の
電圧駆動型電力素子の駆動装置において、電圧駆動型電
力素子が主エミッタおよびエミッタ電流検出用検出エミ
ッタを有し、第3および第4のゲート信号供給手段が、
隣接する両電圧駆動型電力素子のエミッタ電流検出信号
を参照して両電圧駆動型電力素子のターンオン時および
ターンオフ時のタイミングずれを解消するように動作す
ることを特徴とする。この発明によっても、請求項3に
記載の発明と同様に、各電力素子に流れる電流の分担を
均等化することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the driving device for a voltage-driven power element according to the third aspect, the voltage-driven power element has a main emitter and a detection emitter for detecting an emitter current, and 4 gate signal supply means,
The present invention is characterized in that it operates so as to eliminate the timing deviation at the time of turn-on and at the time of turn-off of the two voltage-driven power elements with reference to the emitter current detection signals of the adjacent two-voltage driven power elements. According to this invention as well, the sharing of the current flowing through each power element can be equalized, as in the third aspect of the invention.

【0019】請求項5に係る発明は、請求項1または2
に記載の電圧駆動型電力素子の駆動装置において、直列
接続された複数個の電圧駆動型電力素子により主回路が
構成されると共に、第1ないし第4のゲート信号供給手
段が各電圧駆動型電力素子に対して別個に設けられ、第
1および第2のゲート信号供給手段は共通の制御信号に
基づいて駆動されることを特徴とする。この発明によれ
ば、各電力素子の電圧分担を等しくすることができる。
The invention according to claim 5 is the invention according to claim 1 or 2
Wherein the main circuit is constituted by a plurality of voltage-driven power elements connected in series, and the first to fourth gate signal supply means are connected to each of the voltage-driven power elements. It is provided separately for the element, and the first and second gate signal supply means are driven based on a common control signal. According to the present invention, the voltage sharing of each power element can be made equal.

【0020】請求項6に係る発明は、請求項5に記載の
電圧駆動型電力素子の駆動装置において、複数個の電圧
駆動型電力素子にそれぞれスナバ回路が接続されると共
に、隣接する両電圧駆動型電力素子に付属する両スナバ
回路に流れる電流の差をそれぞれ検出する差電流検出手
段を備え、第3および第4のゲート信号供給手段が、差
電流検出手段によって検出される差電流が減少するよう
に付属の電圧駆動型電力素子のターンオン時およびター
ンオフ時のタイミングずれを調整することを特徴とす
る。この発明によっても、各電力素子の電圧分担を等し
くすることができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the driving device for a voltage-driven power element according to the fifth aspect, a snubber circuit is connected to each of the plurality of voltage-driven power elements, and the adjacent two voltage-driven power elements are connected. Current detecting means for detecting the difference between the currents flowing through the two snubber circuits attached to the power element, and the third and fourth gate signal supply means reduce the difference current detected by the differential current detecting means. As described above, the present invention is characterized in that the timing shift at the time of turn-on and at the time of turn-off of the attached voltage-driven power element is adjusted. According to the present invention as well, the voltage sharing of each power element can be made equal.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】(実施の形態の構成)(実施の形
態の作用) 以下に本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明
する。 (第1の実施の形態)(請求項1に対応) 図1は本発明の第1の実施の形態による電力変換器のア
ーム単位の構成例を示示し、図2は動作を説明するため
のタイムチャートである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (Configuration of Embodiment) (Operation of Embodiment) Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) (corresponding to claim 1) FIG. 1 shows an example of a configuration of an arm unit of a power converter according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram for explaining the operation. It is a time chart.

【0022】図1に示す電圧駆動型電力素子50は、コ
レクタ端子C、エミッタ端子E、およびゲート端子Gを
持っており、コレクタ端子C・エミッタ端子E間にスナ
バ回路40が接続されている。スナバ回路40は、直列
接続のスナバダイオード41およびスナバコンデンサ4
2、並びにダイオード41に並列に接続されたスナバ抵
抗43からなっている。コレクタ端子Cは直流正電圧端
子Vpに接続され、エミッタEは中間接続点Vcnに接
続される。電力素子50のゲート端子G・エミッタ端子
E間に、スイッチ素子56をオンすることにより、直流
電源58からゲート抵抗54を介して正のオン制御信号
S1が印加され、また、スイッチ素子57をオンするこ
とにより、直流電源59からゲート抵抗54を介して負
のオフ制御信号S2が印加される。スイッチ素子56お
よび57は互いに排反動作し、一方がオンのときは他方
がオフとなるように、スイッチ素子制御信号60により
駆動される。
The voltage-driven power element 50 shown in FIG. 1 has a collector terminal C, an emitter terminal E, and a gate terminal G. A snubber circuit 40 is connected between the collector terminal C and the emitter terminal E. The snubber circuit 40 includes a snubber diode 41 and a snubber capacitor 4 connected in series.
2 and a snubber resistor 43 connected in parallel with the diode 41. Collector terminal C is connected to DC positive voltage terminal Vp, and emitter E is connected to intermediate connection point Vcn. By turning on the switch element 56 between the gate terminal G and the emitter terminal E of the power element 50, a positive ON control signal S1 is applied from the DC power supply 58 via the gate resistor 54, and the switch element 57 is turned ON. By doing so, the negative off control signal S2 is applied from the DC power supply 59 via the gate resistor 54. The switch elements 56 and 57 are driven by the switch element control signal 60 such that the switch elements 56 and 57 perform a reciprocal operation so that when one is on, the other is off.

【0023】電力素子50のゲート端子Gには、ゲート
抵抗54を介して与えられるスイッチング信号のほか
に、ゲート抵抗55を介して与えられるスイッチング信
号も付加的に与えられる。すなわち、スイッチ素子61
がオンすることにより、直流電源63からゲート抵抗5
5を介して正のオン制御信号S3が印加され、スイッチ
素子62がオンすることにより、直流電源64からゲー
ト抵抗55を介して負のオフ制御信号S4が印加される
ように構成されている。スイッチ素子61,62を制御
するために、抵抗66、基準電源67およびコンパレー
タ68を含むしきい値検出回路51が設けられている。
コンパレータ68の基準入力端子には基準電源67から
基準電圧が入力され、比較入力端子には電力素子50の
ゲート端子Gからダイオード65を介してゲート電圧V
gが入力される。コンパレータ68はゲート電圧Vgの
ミラー電圧をしきい値として検出し出力する。このミラ
ー電圧検出信号Vmlはロジック処理回路69によって
ロジック処理され、その第1の出力信号V1により駆動
回路70を介してスイッチ素子61をオン動作し、また
第2の出力信号V2により駆動回路71を介してスイッ
チ素子62をオン動作する。なお、直流電源63,64
は可調整電源であるとする。
To the gate terminal G of the power element 50, in addition to the switching signal supplied through the gate resistor 54, a switching signal supplied through the gate resistor 55 is additionally supplied. That is, the switch element 61
Is turned on, the DC power supply 63 supplies the gate resistance 5
5, a positive ON control signal S3 is applied, and when the switch element 62 is turned ON, a negative OFF control signal S4 is applied from the DC power supply 64 via the gate resistor 55. To control the switch elements 61 and 62, a threshold detection circuit 51 including a resistor 66, a reference power supply 67 and a comparator 68 is provided.
The reference voltage from the reference power supply 67 is input to the reference input terminal of the comparator 68, and the gate voltage V from the gate terminal G of the power element 50 via the diode 65 to the comparison input terminal.
g is input. The comparator 68 detects and outputs the mirror voltage of the gate voltage Vg as a threshold value. The mirror voltage detection signal Vml is subjected to logic processing by the logic processing circuit 69, the switch element 61 is turned on by the first output signal V1 via the drive circuit 70, and the drive circuit 71 is turned on by the second output signal V2. The switch element 62 is turned on via the switch. The DC power supplies 63 and 64
Is an adjustable power supply.

【0024】図2において、(a)は電力変換器に誘導
負荷を接続した場合の電力素子50のゲート端子G・エ
ミッタE間電圧すなわちゲート電圧Vg、およびゲート
端子Gに流れるゲート電流Igを示し、(b)はしきい
値検出回路51のミラー電圧検出信号Vmlを示し、
(c)はロジック処理回路69の第1の出力信号V1す
なわちS3制御信号を示し、さらに(d)はロジック処
理回路69の第2の出力信号V2すなわちS4制御信号
を示すものである。図2から分かるように、しきい値検
出回路51はゲート電圧Vgに基づき時刻t1でミラー
電圧立ち上がりを検出してミラー電圧検出信号Vmlを
立ち上げ、時刻t3でミラー電圧への立ち下がりを検出
してミラー電圧検出信号Vmlを立ち下げる。ロジック
処理回路69の第1の出力信号V1はミラー電圧検出信
号Vmlの立ち上がり時刻t1から所定時間(ここでは
ゼロ)遅れた時刻を基点としてそこから時刻t2までの
所定時間幅の間、継続する。ロジック処理回路69の第
2の出力信号V2はミラー電圧検出信号Vmlの立ち下
がり時刻t3から所定時間遅れた時刻t4を基点として
そこから時刻t5までの所定時間幅の間、継続する。こ
こで所定時間幅は、後述のごとくゲートへの付加的な注
入電気量に従って決定される。
In FIG. 2, (a) shows the voltage between the gate terminal G and the emitter E, that is, the gate voltage Vg, and the gate current Ig flowing through the gate terminal G of the power element 50 when an inductive load is connected to the power converter. , (B) shows the mirror voltage detection signal Vml of the threshold detection circuit 51,
(C) shows the first output signal V1 of the logic processing circuit 69, that is, the S3 control signal, and (d) shows the second output signal V2 of the logic processing circuit 69, that is, the S4 control signal. As can be seen from FIG. 2, the threshold value detection circuit 51 detects the rise of the mirror voltage at time t1 based on the gate voltage Vg, raises the mirror voltage detection signal Vml, and detects the fall to the mirror voltage at time t3. Then, the mirror voltage detection signal Vml falls. The first output signal V1 of the logic processing circuit 69 continues from a time delayed by a predetermined time (here, zero) from the rising time t1 of the mirror voltage detection signal Vml as a base and continues for a predetermined time width from there to time t2. The second output signal V2 of the logic processing circuit 69 continues for a predetermined time width from time t4, which is a predetermined time delay from the falling time t3 of the mirror voltage detection signal Vml, to time t5. Here, the predetermined time width is determined according to the amount of additional electricity injected into the gate as described later.

【0025】図1に示す電力素子50のターンオン動作
時は、スイッチ素子56をオンし、直流電源58からゲ
ート抵抗54を介してゲート端子Gに正のオン制御信号
S1を与えて、電力素子50をターンオンする。ゲート
電圧Vgはダイオード65を介して、コンパレータ68
を含むしきい値検出回路51に入力され、ここで電力素
子50のターンオン時のミラー電圧をしきい値として検
出し、ミラー電圧検出信号Vmlを出力する。ロジック
処理回路69は、コンパレータ68から出力されるミラ
ー電圧検出信号Vmlの立ち上がりに基づいて、第1の
出力信号V1を生成する。この出力信号V1は駆動回路
70で電力増幅され、スイッチ素子61をオン駆動す
る。スイッチ素子61がオン動作すると、直流電源63
で適当な電気量に調整されたエネルギーがゲート制御信
号S3として、ゲート抵抗55を介して電力素子50の
ゲートに付加的に与えられる。この時のゲート電圧Vg
は、ゲート抵抗54を介して与えられる信号と抵抗55
を介して与えられる信号とがゲート端子Gで加算された
ものとなる。
When the power element 50 shown in FIG. 1 is turned on, the switch element 56 is turned on, and a positive ON control signal S1 is supplied from the DC power supply 58 to the gate terminal G via the gate resistor 54, so that the power element 50 is turned on. Turn on. The gate voltage Vg is supplied to the comparator 68 via the diode 65.
, Which detects the mirror voltage when the power element 50 is turned on as a threshold, and outputs a mirror voltage detection signal Vml. The logic processing circuit 69 generates the first output signal V1 based on the rise of the mirror voltage detection signal Vml output from the comparator 68. This output signal V1 is power-amplified by the drive circuit 70 and turns on the switch element 61. When the switch element 61 is turned on, the DC power 63
The energy adjusted to an appropriate amount is supplied to the gate of the power element 50 via the gate resistor 55 as the gate control signal S3. The gate voltage Vg at this time
Is a signal supplied through a gate resistor 54 and a resistor 55
Are added at the gate terminal G.

【0026】次に、電力素子50のターンオフ動作時
は、スイッチ素子57をオンして、直流電源59からの
負電圧をゲート抵抗54を介して、電力素子50のゲー
ト端子Gに与える。この時のゲート端子Gの負のオフ制
御信号により、しきい値検出回路51の出力信号は時刻
t3でゼロに低下し、この出力信号の立ち下がりに基づ
きロジック処理回路69は若干の時間遅れをもって適当
な時間幅(時刻t4〜t5)の第2の出力信号V2を出
力する。この出力信号V2は駆動回路71で電力増幅さ
れ、スイッチ素子62をオン駆動する。スイッチ素子6
2がオンすると、直流電源64の適当な電気量に調整さ
れたエネルギーがゲート制御信号S4として、ゲート抵
抗55を介して電力素子50のゲート端子Gに加えら
れ、入力容量を放電し、結果として電力素子50のミラ
ー時間の調整を行う。
Next, when the power element 50 is turned off, the switch element 57 is turned on to apply a negative voltage from the DC power supply 59 to the gate terminal G of the power element 50 via the gate resistor 54. At this time, the output signal of the threshold detection circuit 51 drops to zero at time t3 due to the negative OFF control signal of the gate terminal G, and the logic processing circuit 69 has a slight time delay based on the fall of this output signal. The second output signal V2 having an appropriate time width (time t4 to t5) is output. The output signal V2 is power-amplified by the drive circuit 71, and turns on the switch element 62. Switch element 6
When the power supply 2 is turned on, the energy adjusted to an appropriate amount of electricity of the DC power supply 64 is applied as a gate control signal S4 to the gate terminal G of the power element 50 via the gate resistor 55 to discharge the input capacitance. The mirror time of the power element 50 is adjusted.

【0027】以上のようにして、電力素子50のターン
オン時はゲート電圧Vgを増強して電力素子50のター
ンオン動作を速めることができ、ターンオフ時はターン
オフ時間を自由に調整することから、インバータまたは
コンバータとして用いられる電力変換器の各アームを構
成する電力素子のスイッチングタイミングを合わすこと
ができる。それにより電力素子のデッドタイムを最短化
することができる。 (第2の実施の形態)(請求項2に対応) 図3は本発明の第2の実施の形態を示し、図4は制御信
号のタイムチャートを示すものである。
As described above, when the power element 50 is turned on, the gate voltage Vg can be increased to speed up the turn-on operation of the power element 50. When the power element 50 is turned off, the turn-off time can be freely adjusted. The switching timing of the power elements constituting each arm of the power converter used as a converter can be matched. Thereby, the dead time of the power element can be minimized. (Second Embodiment) (corresponding to claim 2) FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 shows a time chart of control signals.

【0028】図3において、図1の駆動装置と同一の構
成部品には同一の符号を付して個々の説明は省略する。
ここでは、スイッチ素子56,57が制御信号60によ
って直接制御されるのではなく、間接的に制御されるの
が特徴である。すなわち、直列接続関係の直流電源5
8,59すなわちスイッチ素子56,57の両端に抵抗
74、抵抗75およびスイッチ素子73が直列に接続さ
れ、さらに抵抗75およびスイッチ素子73に対しスイ
ッチ素子72が並列に接続されている。抵抗74,75
の接続点の電圧によってスイッチ素子56,57のオン
オフが制御される。スイッチ素子72は常時オン状態に
あり、スイッチ素子制御信号60により、それが“1”
のときオン状態を呈し、“0”のときオフ状態となる。
スイッチ素子73はロジック処理回路76の出力信号V
3により駆動回路77を介して得られる駆動信号V6に
よってオン駆動される。制御信号60は、図4(e)に
示すように、電力素子50に対してオン指令を与える時
刻t1からオフ指令を与える時刻t4までの間、オン状
態を継続する信号であり、電力素子50のオンオフを制
御するための制御信号であって、直接的には排他的オア
回路78を介して常閉型のスイッチ素子72のオンオフ
を制御する。ロジック処理回路76は制御信号60の立
ち下がりの後、所定時間経過した時刻t6に出力信号V
3を発生すると共に、それと同時またはそれから若干の
遅れ時間をもって出力信号V4を発生する。この出力信
号V4は排他的オア回路78の第2の入力端に入力され
る。ロジック処理回路76の出力信号V3,V4は電力
素子50へのオフ動作時のゲート信号注入増強に関連し
ており、制御信号S4の立ち下がり時刻t8の少し後の
時刻t9にオフとなる。
In FIG. 3, the same components as those of the driving device of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
Here, the switch elements 56 and 57 are not directly controlled by the control signal 60 but are indirectly controlled. In other words, the DC power supply 5 connected in series
8, 59, that is, a resistor 74, a resistor 75 and a switch element 73 are connected in series to both ends of the switch elements 56 and 57, and a switch element 72 is connected in parallel to the resistor 75 and the switch element 73. Resistance 74, 75
ON / OFF of the switch elements 56 and 57 is controlled by the voltage at the connection point of. The switch element 72 is always in the ON state, and when the switch element control signal 60 turns it “1”.
At this time, it is turned on, and when it is "0", it is turned off.
The switch element 73 outputs the output signal V of the logic processing circuit 76.
3 is turned on by the drive signal V6 obtained via the drive circuit 77. As shown in FIG. 4E, the control signal 60 is a signal that keeps the ON state from time t1 when the ON command is given to the power element 50 to time t4 when the OFF command is given. Control signal for controlling the on / off of the normally closed switch element 72 via the exclusive OR circuit 78 directly. After a fall of the control signal 60, the logic processing circuit 76 outputs the output signal V
3 and the output signal V4 at the same time or with a slight delay from that. This output signal V4 is input to the second input terminal of the exclusive OR circuit 78. The output signals V3 and V4 of the logic processing circuit 76 are related to the enhancement of the gate signal injection at the time of the OFF operation to the power element 50, and are turned off at a time t9 slightly after the falling time t8 of the control signal S4.

【0029】図4において、(a)は誘導負荷を接続し
た場合のゲート電圧Vgおよびコレクタ・エミッタ間電
圧すなわち素子電圧Vceを示し、(b)はコンパレー
タ68の出力として得られるミラー電圧検出信号Vml
を、(c),(d)はロジック処理回路69の出力信号
すなわち制御信号S3,S4を生じるための第1の出力
信号V1,V2を、(e)はスイッチ素子72に対する
駆動信号60をそれぞれ示すものである。図4(f)は
ロジック処理回路76の出力信号V3に対応して発生さ
れるスイッチ素子73用の駆動信号V6を示す。
4A shows the gate voltage Vg and the collector-emitter voltage when an inductive load is connected, that is, the element voltage Vce, and FIG. 4B shows the mirror voltage detection signal Vml obtained as the output of the comparator 68.
(C) and (d) show output signals of the logic processing circuit 69, that is, first output signals V1 and V2 for generating the control signals S3 and S4, and (e) shows a drive signal 60 for the switch element 72, respectively. It is shown. FIG. 4F shows a drive signal V6 for the switch element 73 generated corresponding to the output signal V3 of the logic processing circuit 76.

【0030】図3に示す電力素子50のターンオン時
は、ロジック処理回路76の出力信号V4は“0”であ
り、制御信号60をオン(“1”)にすることによりナ
ンド回路78を介してスイッチ素子72をオフにする。
これにより、スイッチ素子56をオンし、直流電源58
からゲート抵抗54を介して、電力素子50のゲート端
子Gにオン制御信号を与えて、電力素子50をターンオ
ンする。ターンオン時のスイッチ素子61および直流電
源63による電力素子50のゲート制御(図4(c)参
照)は、請求項1の場合と同様である。
When the power element 50 shown in FIG. 3 is turned on, the output signal V4 of the logic processing circuit 76 is "0", and the control signal 60 is turned on ("1") to output the signal via the NAND circuit 78. The switch element 72 is turned off.
As a result, the switch element 56 is turned on, and the DC power 58
To turn on the power element 50 by applying an ON control signal to the gate terminal G of the power element 50 via the gate resistor 54. Gate control of the power element 50 by the switch element 61 and the DC power supply 63 at the time of turn-on (see FIG. 4C) is the same as that of the first aspect.

【0031】電力素子50のターンオフ時は、制御信号
60をオフ(“0”)とすることによりスイッチ素子7
2をオンにし、それによりスイッチ素子S1をオフ、ス
イッチ素子S2をオンにして請求項1の場合と同様に直
流59からゲート抵抗54を介して、電力素子50のゲ
ート端子Gにオフ制御信号を与え、電力素子50をター
ンオフさせる。このとき、ロジック処理回路69により
直流電源64から付加的なゲート制御信号を加える(図
4(d)参照)ことは請求項1の場合と変わりが無い。
ロジック処理回路76は、信号V5の立ち下がりを監視
し、それから所定時間後、すなわち電力素子50のター
ンオフ時の素子電圧Vceの跳ね上がりが終了するまで
の時間幅(図4(f):t6〜t8)を考慮した時刻t
6でパルス信号V3を生成し、それを駆動回路77を介
してスイッチ素子73を暫時オンし、それと同時に、出
力信号V4により排他的オア回路78を介して、一旦オ
ンに復帰したスイッチ素子72をオフとし、その間、抵
抗74と抵抗75により構成される分圧器の分圧比で、
電力素子50のゲート電圧Vgを、ある一定の値に保持
する。ロジック処理回路69の出力信号V2による素子
電圧Vceのターンオフ開始から、跳ね上がり電圧の間
で、スイッチ素子62をオンして、直流電源64のエネ
ルギーをゲート抵抗55を介して、電力素子50のゲー
トに注入することにより、素子電圧Vceの変化率dV
ce/dtを調整し跳ね上がり電圧を抑制することがで
きる。 (第3の実施の形態)(請求項3に対応) 図5は多重並列接続の主回路の単位アームに対する駆動
装置の実施の形態を示すものである。ここには、MOS
ゲート入力型電力用半導体素子からなるn個の電力素子
80−1〜80−nが正極側共通導体21および負極側
共通導体22を介して多重並列接続された主回路の単位
アームが示されている。各電力素子に付属する各駆動装
置は同一回路構成を持っており、制御信号60によって
制御されるスイッチ素子82または83のオンオフ状態
に応じ、スイッチ素子82がオンすることにより直流電
源84からゲート抵抗81を介して正のゲート制御信号
が各電力素子のゲート端子に共通に加えられ、スイッチ
素子82と排反的に動作するスイッチ素子83オンする
ことにより直流電源85からゲート抵抗81を介して負
のゲート制御信号が各電力素子のゲート端子に共通に加
えられる。個々の電力素子のオンオフ動作の態様は、図
1を参照して説明した第1の実施の形態と同様である。
When the power element 50 is turned off, the control signal 60 is turned off ("0") so that the switch element 7 is turned off.
2 is turned on, thereby turning off the switch element S1 and turning on the switch element S2. An off control signal is supplied from the direct current 59 to the gate terminal G of the power element 50 via the gate resistor 54 as in the case of claim 1. The power element 50 is turned off. At this time, adding an additional gate control signal from the DC power supply 64 by the logic processing circuit 69 (see FIG. 4D) is no different from the case of the first aspect.
The logic processing circuit 76 monitors the fall of the signal V5, and after a predetermined time, that is, a time width until the end of the rise of the element voltage Vce when the power element 50 is turned off (FIG. 4 (f): t6 to t8). ) Considering the time t
6, a pulse signal V3 is generated, and the pulse signal V3 is turned on for a while through the drive circuit 77. At the same time, the switch element 72 which has been once turned on is output via the exclusive OR circuit 78 by the output signal V4. Off, meanwhile, by the voltage dividing ratio of the voltage divider constituted by the resistor 74 and the resistor 75,
The gate voltage Vg of the power element 50 is kept at a certain value. The switch element 62 is turned on from the start of the turn-off of the element voltage Vce by the output signal V2 of the logic processing circuit 69 to the jump voltage, and the energy of the DC power supply 64 is transferred to the gate of the power element 50 via the gate resistor 55. By implanting, the rate of change dV of the element voltage Vce
By adjusting ce / dt, the jump voltage can be suppressed. (Third Embodiment) (corresponding to claim 3) FIG. 5 shows an embodiment of a driving device for a unit arm of a main circuit of multiple parallel connection. Here, MOS
A unit arm of a main circuit in which n power elements 80-1 to 80-n each composed of a gate input type power semiconductor element are multiplexed and connected via a positive-side common conductor 21 and a negative-side common conductor 22 is shown. I have. Each drive device attached to each power element has the same circuit configuration. When the switch element 82 is turned on in accordance with the on / off state of the switch element 82 or 83 controlled by the control signal 60, the gate resistance is changed from the DC power supply 84. A positive gate control signal is applied in common to the gate terminal of each power element via 81, and the switch element 83 which operates in a reciprocal manner with the switch element 82 is turned on. Is commonly applied to the gate terminals of the power devices. The mode of the on / off operation of each power element is the same as that of the first embodiment described with reference to FIG.

【0032】図5に示す複数の電力素子が多重並列接続
された主回路において、出力電力が増強された、スイッ
チ素子82,83および直流電源84,85を含むゲー
ト駆動回路により、ゲート抵抗81を介して一斉にスイ
ッチング動作を行う。この制御により電力素子のターン
オン時は、第1の実施の形態と同様にターンオン動作が
速められ、ターンオン時の遅れが補正改善され、ターン
オフ時は電力素子のミラー時間が一斉に調整されるの
で、素子の容量蓄積時間による遅れを補正改善すること
ができるので、電力素子の多重並列接続時の素子間の電
流不平衡を小さくすることができる。 (第4の実施の形態)(請求項4に対応) 図6はダブルエミッタ構造のMOSゲート入力型電力用
半導体素子からなる3個の電力素子86−1,86−
2,86−3を並列接続して単位アームを構成すると共
に、それに応じたロジック処理回路88を備えた実施の
形態を示すものである。他の回路部分は図5のものと同
一である。電力素子86−1〜86−3はエミッタ電流
を流す主エミッタとエミッタ電流検出用の検出エミッタ
とを備えている。各電力素子の検出エミッタは抵抗87
から動作電源を得て動作し、その検出信号をロジック処
理回路88に入力される。ただし、原則的には各ロジッ
ク処理回路88は隣接する2つの電力素子の検出エミッ
タからの検出信号を入力し、後述のごとく両素子の動作
時間差すなわち遅れ時間差を検出し、それをなくすよう
に調整動作する。そのため電力素子86−3に付属する
ロジック処理回路88には両電力素子86−3,86−
2からのゲート電流検出信号が入力され、同様に電力素
子86−2に付属するロジック処理回路88には両電力
素子86−2,86−1からのゲート電流検出信号が入
力される。
In the main circuit shown in FIG. 5 in which a plurality of power elements are multiplexed and connected in parallel, the gate resistance 81 is increased by a gate drive circuit including switch elements 82 and 83 and DC power supplies 84 and 85 whose output power is enhanced. The switching operation is performed all at once. With this control, when the power element is turned on, the turn-on operation is accelerated as in the first embodiment, the delay at the time of turn-on is corrected and improved, and the mirror time of the power element is simultaneously adjusted at the time of turn-off. Since the delay due to the capacitance storage time of the elements can be corrected and improved, the current imbalance between the elements at the time of multiple parallel connection of the power elements can be reduced. (Fourth Embodiment) (Corresponding to Claim 4) FIG. 6 shows three power devices 86-1 and 86- composed of a MOS gate input type power semiconductor device having a double emitter structure.
This shows an embodiment in which a unit arm is configured by connecting 2, 86-3 in parallel, and a logic processing circuit 88 corresponding to the unit arm is provided. Other circuit parts are the same as those in FIG. Power elements 86-1 to 86-3 include a main emitter through which an emitter current flows and a detection emitter for detecting an emitter current. The detection emitter of each power element is a resistor 87
The operation is performed by obtaining an operation power supply from the CPU, and the detection signal is input to the logic processing circuit 88. However, in principle, each logic processing circuit 88 receives the detection signals from the detection emitters of the two adjacent power elements, detects the operation time difference between the two elements, that is, the delay time difference, and adjusts so as to eliminate the difference. Operate. Therefore, the logic processing circuit 88 attached to the power element 86-3 includes both power elements 86-3 and 86-.
The gate current detection signals from the power elements 86-2 and 86-1 are input to the logic processing circuit 88 attached to the power element 86-2.

【0033】図7は図6の装置の動作を説明するための
タイムチャートであって、(a)は誘導負荷の場合のゲ
ート電圧Vg、(b)は電力素子86−1,86−2の
特性差によって生じた素子電流Ic1とIc2とのズレ
の状態を示し、(c)はターンオン時の両素子電流間の
遅れ時間差(t1〜t2)を表す遅れ時間差検出信号、
(d)はターンオフ時の両素子電流の遅れ時間差(t3
〜t4)を表す遅れ時間差検出信号をそれぞれ示すもの
である。
FIG. 7 is a time chart for explaining the operation of the device shown in FIG. 6, wherein (a) shows the gate voltage Vg in the case of an inductive load, and (b) shows the gate voltages of the power elements 86-1 and 86-2. FIG. 3C shows a state of a deviation between the element currents Ic1 and Ic2 caused by the characteristic difference, and FIG. 4C shows a delay time difference detection signal representing a delay time difference (t1 to t2) between the two element currents at the time of turn-on;
(D) is the delay time difference (t3
To t4) respectively.

【0034】図6に示すダブルエミッタ型の電力素子が
多重接続された主回路において、検出エミッタによって
検出されたエミッタ電流信号から、互いに隣接する電力
素子の電流状態を比較し、その差をなくすように調整制
御することにより、リアルタイムにスイッチング遅れを
補正し、ダブルエミッタの電力素子の多重並列接続の電
流不平衡を小さくすることができる。 (第5の実施の形態)(請求項5に対応) 図8はn個の電力素子89−1〜89−nを多重直列接
続した主回路の単位アームを示すものである。図におい
て、各電力素子には分担電圧を均等にするための分担抵
抗90が接続されている。その他の回路部分の符号は第
1の実施の形態と同様である。この実施の形態において
は、各電力素子89−1〜89−nは共通の制御信号6
0によってオンオフ制御される。
In a main circuit shown in FIG. 6 in which double-emitter type power elements are multiplexed, current states of power elements adjacent to each other are compared based on an emitter current signal detected by a detection emitter to eliminate the difference. , The switching delay can be corrected in real time, and the current imbalance of the multiple parallel connection of the double-emitter power elements can be reduced. (Fifth Embodiment) (Corresponding to Claim 5) FIG. 8 shows a unit arm of a main circuit in which n power elements 89-1 to 89-n are connected in multiplex series. In the figure, a sharing resistor 90 for equalizing the sharing voltage is connected to each power element. The reference numerals of the other circuit parts are the same as in the first embodiment. In this embodiment, each of power elements 89-1 to 89-n has a common control signal 6
On / off control is performed by 0.

【0035】図8に示す単位アームを構成するn個の電
力素子からなる主回路において、図1と同様の制御回路
を電力素子89−1〜89−nのそれぞれに取付け、制
御信号60によりスイッチ素子56を介して電力素子8
9−1〜89−nを一斉にターンオンし、あるいはスイ
ッチ素子57を介して電力素子89−1〜89−nを一
斉にターンオフさせる。その場合、電力素子のミラー電
圧近辺で図1の実施の形態と同様の付加的なゲート制御
を行う。この制御によりターンオン時は、全ての電力素
子のターンオン動作が速められ、ターンオン時の遅れが
補正改善され、ターンオフ時はミラー時間が一斉に調整
できるので、素子の容量蓄積時間による遅れを補正改善
することができるので、複数個の電力素子を多重直列接
続したときの各電力素子間の電圧不平衡を小さくするこ
とができる。電圧不平衡が小さくなることによって、図
示していないが、スナバ回路(図1参照)の低容量化を
達成することができる。 (第6の実施の形態)(請求項6に対応) 図9は3個の電力素子91−1〜91−3を直列接続し
て単位アームを構成すると共に、各電力素子に、図1の
ものと同一構成のスナバ回路92を並列に接続し、かつ
分担電圧均等化用分担抵抗93およびこれに直列の分圧
抵抗94からなる抵抗回路を並列に接続している。各電
力素子に付属するロジック処理回路96には、すでに述
べたゲート電圧Vgの検出に関係するコンパレータ68
の出力信号のほかに、抵抗93,94の接続点の電圧を
表す電圧信号、およびスナバ回路92と対応する電力素
子とを接続する回路部分に挿入された電流検出器95に
よって検出される隣接両スナバ回路の電流の差を表す電
流差信号が導入される。その他の回路部分は図1に示し
た第1の実施の形態と同様である。
In the main circuit composed of n power elements constituting the unit arm shown in FIG. 8, a control circuit similar to that of FIG. 1 is attached to each of the power elements 89-1 to 89-n, and a switch is provided by a control signal 60. Power element 8 via element 56
9-1 to 89-n are simultaneously turned on, or power elements 89-1 to 89-n are simultaneously turned off via switch element 57. In that case, additional gate control similar to the embodiment of FIG. 1 is performed near the mirror voltage of the power element. By this control, at the time of turn-on, the turn-on operation of all the power elements is accelerated, and the delay at the time of turn-on is corrected and improved. At the time of turn-off, the mirror time can be adjusted at the same time. Therefore, the voltage imbalance between the power elements when a plurality of power elements are connected in multiplex series can be reduced. Although not shown, a reduction in the capacity of the snubber circuit (see FIG. 1) can be achieved by reducing the voltage imbalance. (Sixth Embodiment) (Corresponding to Claim 6) FIG. 9 shows a configuration in which three power elements 91-1 to 91-3 are connected in series to form a unit arm, and each power element is A snubber circuit 92 having the same configuration as that of the first embodiment is connected in parallel, and a resistance circuit composed of a shared voltage equalizing shared resistor 93 and a series voltage dividing resistor 94 is connected in parallel. The logic processing circuit 96 attached to each power element includes a comparator 68 related to the detection of the gate voltage Vg described above.
, A voltage signal representing the voltage at the connection point of the resistors 93 and 94, and both adjacent signals detected by a current detector 95 inserted in a circuit portion connecting the snubber circuit 92 and the corresponding power element. A current difference signal is introduced that represents the difference between the currents of the snubber circuits. Other circuit portions are the same as those of the first embodiment shown in FIG.

【0036】図10は図9の回路装置の制御動作を説明
するためのタイムチャートであって、(a)は誘導負荷
の場合のゲート電圧Vgを示し、(b)は各電力素子の
特性差に基づく動作遅れによって生じた両電力素子、例
えば電力素子91−1,91−2の素子電圧Vce1,
Vceのズレを示し、(c)は電流検出器95によって
検出される電流差信号Isを示すものである。
FIGS. 10A and 10B are time charts for explaining the control operation of the circuit device of FIG. 9, wherein FIG. 10A shows the gate voltage Vg in the case of an inductive load, and FIG. , The element voltages Vce1 of the power elements 91-1 and 91-2.
Vc shows a deviation, and (c) shows a current difference signal Is detected by the current detector 95.

【0037】図9に示す多重直列接続された電力素子9
1−1〜91−3からなるアーム主回路において、分圧
抵抗94によって素子電圧Vceを検出すると共に、電
流検出器95によって不平衡電流を検出する。これと図
8に示した回路手段とを組み含わせた制御回路を、各電
力素子91−1〜91−3に取付け、スイッチ素子制御
信号60により各電力素子を一斉にターンオン/オフさ
せ、同時にミラー電圧近辺で図1の実施の形態で述べた
制御を行う。この制御によりターンオン時は、全ての電
力素子のターンオン動作が速められ、ターンオン時の遅
れが補正改善され、ターンオフ時は不平衡の監視と適切
なミラー時間幅の制御から、電力素子の多重直列接続時
の電圧不平衡を小さくすることができる。電圧不平衡が
小さくなることに付随してスナバ回路の低容量化を達成
することができる。
The power elements 9 connected in multiplex series shown in FIG.
In the arm main circuit composed of 1-1 to 91-3, the element voltage Vce is detected by the voltage dividing resistor 94, and the unbalanced current is detected by the current detector 95. A control circuit including this and the circuit means shown in FIG. 8 is attached to each of the power elements 91-1 to 91-3, and the respective power elements are simultaneously turned on / off by the switch element control signal 60, and at the same time, The control described in the embodiment of FIG. 1 is performed near the mirror voltage. This control speeds up the turn-on operation of all power devices at turn-on, corrects and improves the delay at turn-on, and monitors the unbalance and controls the appropriate mirror time width at turn-off to enable multiple series connection of power devices. The voltage imbalance at the time can be reduced. A reduction in the capacity of the snubber circuit can be achieved accompanying a reduction in the voltage imbalance.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明によれば、電力素子のゲート制御
を通してスイッチング時の素子電圧や素子電流を制御す
ることにより、ターンオン時はターンオン時間を高速化
し、ターンオフ時はミラー時間幅の制御によって遅れ時
間を適正化することができる。さらにスナバ動作時の制
御によりサージ過電圧を抑制し、スイッチング遅れを適
正化して、スナバ回路の小容量化またはスナバレス化、
多重直列接続の各素子の電圧分担および多重並列接続の
電流分担の均等化を低スナバ容量のもとで容易に達成す
ることができる。これにより、電力変換器の小型化、軽
量化、低コスト化を達成することができる。
According to the present invention, by controlling the device voltage and device current at the time of switching through the gate control of the power device, the turn-on time is shortened at the time of turn-on, and the mirror is controlled by controlling the mirror time width at the time of turn-off. Time can be optimized. Furthermore, by controlling the snubber operation, the surge overvoltage is suppressed, the switching delay is optimized, and the snubber circuit is reduced in capacity or snubberless.
Equalization of the voltage sharing of each element of the multiple series connection and the current sharing of the multiple parallel connection can be easily achieved with a low snubber capacity. This makes it possible to reduce the size, weight, and cost of the power converter.

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

【図1】請求項1に係る発明の実施の形態を示す接続
図。
FIG. 1 is a connection diagram showing an embodiment of the invention according to claim 1;

【図2】図1の装置の作用を説明するためのタイムチャ
ート。
FIG. 2 is a time chart for explaining the operation of the apparatus shown in FIG. 1;

【図3】請求項2に係る発明の実施の形態を示す接続
図。
FIG. 3 is a connection diagram showing an embodiment of the invention according to claim 2;

【図4】図3の装置の作用を説明するためのタイムチャ
ート。
FIG. 4 is a time chart for explaining the operation of the device shown in FIG. 3;

【図5】請求項3に係る発明の実施の形態を示す接続
図。
FIG. 5 is a connection diagram showing an embodiment of the invention according to claim 3;

【図6】請求項4に係る発明の実施の形態を示す接続
図。
FIG. 6 is a connection diagram showing an embodiment of the invention according to claim 4;

【図7】図6の装置の作用を説明するためのタイムチャ
ート。
FIG. 7 is a time chart for explaining the operation of the apparatus shown in FIG. 6;

【図8】請求項5に係る発明の実施の形態を示す接続
図。
FIG. 8 is a connection diagram showing an embodiment of the invention according to claim 5;

【図9】請求項6に係る発明の実施の形態を示す接続
図。
FIG. 9 is a connection diagram showing an embodiment of the invention according to claim 6;

【図10】図9の装置の作用を説明するためのタイムチ
ャート。
FIG. 10 is a time chart for explaining the operation of the apparatus shown in FIG. 9;

【図11】電力変換器の従来の駆動装置を示す接続図。FIG. 11 is a connection diagram showing a conventional driving device for a power converter.

【図12】単位アームを多重並列接続した電力素子によ
り構成した従来の電力変換器の接続図。
FIG. 12 is a connection diagram of a conventional power converter including a power element in which unit arms are multiplexed and connected in parallel.

【図13】単位アームを多重直列接続した電力素子によ
り構成した従来の電力変換器の接続図。
FIG. 13 is a connection diagram of a conventional power converter configured by power elements in which unit arms are connected in multiple series.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21 正極側共通導体 22 負極側共通導体 40 スナバ回路 50 電圧駆動型電力素子 51 しきい値検出回路 54,55 ゲート抵抗 56,57 スイッチ素子 61,62 スイッチ素子 58,59 直流電源 60 スイッチ素子制御信号 63,64 直流電源 68 コンパレータ 69 ロジック処理回路 70,71 駆動回路 72,73 スイッチ素子 74,75 抵抗 76 ロジック処理回路 77 駆動回路 78 アンド回路 79 ロジック処理回路 80−1〜80−n 電圧駆動型電力素子 82,83 スイッチ素子 84,85 直流電源 86−1〜86−3 電圧駆動型電力素子 88 ロジック処理回路 89−1〜89−n 電圧駆動型電力素子 91−1〜91−3 電圧駆動型電力素子 92 スナバ回路 95 電流検出器 96 ロジック処理回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Positive-side common conductor 22 Negative-side common conductor 40 Snubber circuit 50 Voltage-driven power element 51 Threshold detection circuit 54, 55 Gate resistance 56, 57 Switch element 61, 62 Switch element 58, 59 DC power supply 60 Switch element control signal 63, 64 DC power supply 68 Comparator 69 Logic processing circuit 70, 71 Drive circuit 72, 73 Switch element 74, 75 Resistance 76 Logic processing circuit 77 Drive circuit 78 AND circuit 79 Logic processing circuit 80-1 to 80-n Voltage driven power Element 82, 83 Switching element 84, 85 DC power supply 86-1 to 86-3 Voltage driven power element 88 Logic processing circuit 89-1 to 89-n Voltage driven power element 91-1 to 91-3 Voltage driven power Element 92 Snubber circuit 95 Current detector 96 Logic processing circuit

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】MOSゲート入力型電力用半導体素子から
なる電圧駆動型電力素子のゲート端子に第1のゲート抵
抗を介してオン制御電圧を供給する第1のゲート信号供
給手段と、前記ゲート端子に前記第1のゲート抵抗を介
してオフ制御電圧を供給する第2のゲート信号供給手段
と、前記電力素子に前記オン制御電圧が供給されたとき
前記電力素子のゲート電圧がミラー電圧に達することに
より立ち上がり、前記電力素子に前記オフ制御電圧が供
給されたとき前記電力素子のゲート電圧がミラー電圧に
低下することにより立ち下がるミラー電圧検出信号を出
力するしきい値検出手段と、前記ミラー電圧検出信号の
立ち上がりに応答して前記ゲート端子に所定パルス幅で
所定電気量のオン制御信号を第2のゲート抵抗を介して
付加的に供給する第3のゲート信号供給手段と、前記ミ
ラー電圧検出信号の立ち下がりに応答して前記ゲート端
子に所定パルス幅で所定電気量のオフ制御信号を前記第
2のゲート抵抗を介して付加的に供給する第4のゲート
信号供給手段とを具備したことを特徴とする電圧駆動型
電力素子の駆動装置。
A first gate signal supply means for supplying an on-control voltage to a gate terminal of a voltage-driven power element comprising a MOS gate input type power semiconductor element via a first gate resistor; and the gate terminal A second gate signal supply means for supplying an off control voltage to the power element via the first gate resistor, and a gate voltage of the power element reaches a mirror voltage when the on control voltage is supplied to the power element. Threshold value detection means for outputting a mirror voltage detection signal that rises when the off-control voltage is supplied to the power element and falls when the gate voltage of the power element falls to the mirror voltage, and the mirror voltage detection An ON control signal having a predetermined pulse width and a predetermined amount of electricity is additionally supplied to the gate terminal via a second gate resistor in response to a rise of the signal. And a gate signal supply means for supplying an off control signal having a predetermined pulse width and a predetermined amount to the gate terminal through the second gate resistor in response to a fall of the mirror voltage detection signal. A driving device for a voltage-driven power element, comprising: fourth gate signal supply means.
【請求項2】請求項1に記載の電圧駆動型電力素子の駆
動装置において、前記第2のゲート信号供給手段のオフ
ゲート電圧供給時間を調整する手段を設けたことを特徴
とする電圧駆動型電力素子の駆動装置。
2. The voltage-driven power device driving device according to claim 1, further comprising means for adjusting an off-gate voltage supply time of said second gate signal supply means. Device driving device.
【請求項3】請求項1または2に記載の電圧駆動型電力
素子の駆動装置において、並列接続された複数個の電圧
駆動型電力素子により主回路が構成されると共に、前記
第1および第2のゲート信号供給手段は各電圧駆動型電
力素子に対し共通に設けられ、前記第3および第4のゲ
ート信号供給手段は各電圧駆動型電力素子に対し別々に
設けられていることを特徴とする電圧駆動型電力素子の
駆動装置。
3. A driving device for a voltage-driven power element according to claim 1, wherein a main circuit is constituted by a plurality of voltage-driven power elements connected in parallel, and said first and second power-elements are connected to each other. The gate signal supply means is provided in common for each voltage-driven power element, and the third and fourth gate signal supply means are separately provided for each voltage-driven power element. A driving device for a voltage-driven power element.
【請求項4】請求項3に記載の電圧駆動型電力素子の駆
動装置において、前記電圧駆動型電力素子が主エミッタ
およびエミッタ電流検出用検出エミッタを有し、前記第
3および第4のゲート信号供給手段が、隣接する両電圧
駆動型電力素子のエミッタ電流検出信号を参照して両電
圧駆動型電力素子のターンオン時およびターンオフ時の
タイミングずれを解消するように動作することを特徴と
する電圧駆動型電力素子の駆動装置。
4. A driving apparatus for a voltage-driven power element according to claim 3, wherein said voltage-driven power element has a main emitter and a detection emitter for detecting an emitter current, and said third and fourth gate signals. A voltage driving device, wherein the supply means operates so as to eliminate a timing deviation at the time of turn-on and at the time of turn-off of the dual-voltage driven power element with reference to an emitter current detection signal of an adjacent dual-voltage driven power element. Driving device for power devices.
【請求項5】請求項1または2に記載の電圧駆動型電力
素子の駆動装置において、直列接続された複数個の電圧
駆動型電力素子により主回路が構成されると共に、前記
第1ないし第4のゲート信号供給手段が各電圧駆動型電
力素子に対して別個に設けられ、前記第1および第2の
ゲート信号供給手段は共通の制御信号に基づいて駆動さ
れることを特徴とする電圧駆動型電力素子の駆動装置。
5. A driving apparatus for a voltage-driven power element according to claim 1, wherein a main circuit is constituted by a plurality of voltage-driven power elements connected in series, and said first to fourth elements are connected to each other. Is provided separately for each voltage-driven power element, and the first and second gate signal supply means are driven based on a common control signal. Driving device for power element.
【請求項6】請求項5に記載の電圧駆動型電力素子の駆
動装置において、前記複数個の電圧駆動型電力素子にそ
れぞれスナバ回路が接続されると共に、隣接する両電圧
駆動型電力素子に付属する両スナバ回路に流れる電流の
差をそれぞれ検出する差電流検出手段を備え、前記第3
および第4のゲート信号供給手段が、前記差電流検出手
段によって検出される差電流が減少するように付属の電
圧駆動型電力素子のターンオン時およびターンオフ時の
タイミングずれを調整することを特徴とする電圧駆動型
電力素子の駆動装置。
6. A driving device for a voltage-driven power element according to claim 5, wherein a snubber circuit is connected to each of said plurality of voltage-driven power elements, and said plurality of voltage-driven power elements are attached to adjacent two voltage-driven power elements. Current difference means for respectively detecting the difference between the currents flowing through the two snubber circuits.
And the fourth gate signal supply means adjusts the timing shift at the time of turn-on and turn-off of the attached voltage-driven power element so that the difference current detected by the difference current detection means decreases. A driving device for a voltage-driven power element.
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