JPH02266712A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH02266712A
JPH02266712A JP1089035A JP8903589A JPH02266712A JP H02266712 A JPH02266712 A JP H02266712A JP 1089035 A JP1089035 A JP 1089035A JP 8903589 A JP8903589 A JP 8903589A JP H02266712 A JPH02266712 A JP H02266712A
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JP
Japan
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resistor
voltage
semiconductor device
igbt
emitter
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JP1089035A
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English (en)
Inventor
Shoichi Furuhata
古畑 昌一
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0828Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in composite switches

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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明はモータ制御用インバータ装置などの電力変換装
置における主回路のスイッチング用に用いられる絶縁ゲ
ート素子(即ちゲート印加電圧の有無でオン、オフ駆動
されるパワーMO3FETなどの素子をいう、なおこの
主の絶縁ゲート素子としてはI GBTが代表的なもの
であり、従って以下では、IGBTとも呼ぶ)を備えた
半導体装置に関するもので、 特に、主回路短絡時における短絡電流(素子電流)を低
抵抗値の抵抗を用いて検出し、その制訳を行い得る機能
を備えた半導体装置に関する。 なお以下各図において同一の符号は同一もしくは相当部
分を示す。また論理もしくはレベル旧gh。 Lowは単に“H″゛、“L”と記すものとする。
【従来の技術】
半導体のスイッチングパワー素子を用いたインバータ装
置などの出力回路の短絡時には、スイッチングパワー素
子に過大な電力が印加され、パワー素子は破壊に至るこ
とがある。このようなパワ−素子の破壊耐量を向上させ
るため、従来、種々の工夫がなされており、このような
従来技術として、例えば本出願人の出願になる、特願昭
63−129863号「絶縁ゲート素子の駆動回路」が
ある。 第4図は前記特願昭63−129863号におけるスイ
ッチングパワー素子としてのIGBTの駆動回路の一例
を示す。同図において10はIGBTIのゲートGを駆
動するための例えば15Vの直流電源(以下ゲート駆動
電源という)、8.9はこのゲート駆動電源10の電圧
を断続するための補助トランジスタ、eDはIC,BT
Iに対する駆動信号電圧である。 正常時、駆動信号電圧eDが“H“のときは補助トラン
ジスタ8.9はそれぞれオフ、オンの状態となり、ゲー
ト駆動電源工0の電圧が補助トランジスタ9.抵抗7を
介してIGBTIのゲートC・エミッタE間に印加され
、IGBTIはオン状態となり、そのコレクタC・エミ
ッタE間には図外の主回路電源と主回路負荷とを介して
コレクタ電流としての主回路電流10が流れる。 また逆に駆動信号電圧eDがII L”のときは補助ト
ランジスタ8.9はそれぞれオン、オフの状態となり、
ゲート駆動電源10はIGBTIのゲート回路から切離
されると同時に、IGBTIのゲートG・エミッタE間
は抵抗7.補助トランジスタ8を介して短絡され、IG
BTIはオフ状態となる。このようにして駆動信号電圧
eDによりfGBTlは繰返し断続され主回路負荷に必
要な電流10が流れるようにする。 ところでIGBT1のコレクタC・エミッタE間に挿入
された分圧抵抗2と3およびIGBTIのゲートG・エ
ミッタE間に挿入されたツェナダイオード6と補助トラ
ンジスタ5は主回路短絡保護のために付加されたもので
ある。 即ち主回路電流10が正常値であるときは、IGBTI
のコレクタ・エミッタ間電圧ecEは小さく、この電圧
ecEを分圧抵抗2,3を介して分圧した該抵抗3間の
電圧、従って補助トランジスタ5のベースB、エミッタ
E間の電圧eBEも充分小さく補助トランジスタ5はオ
フのままである。 これによりツェナーダイオード6も不導通のままで、I
GBTIのゲートG・エミッタ8間電圧(以下ゲート電
圧と略す)egはこのツェナダイオード6等によって何
等の影響も受けず、IGBTlはほぼゲート駆動電源1
0の電圧(この例では約15V)に等しい充分大きいゲ
ート電圧egによって駆動され、そのコレクタ・エミッ
タ電圧ecEも充分小さい値になり得、る。 しかし主回路短絡により主回路電流10が過大となった
ときは、IGBTIのコレクタ・エミッタ電圧ecEも
大になり、従って補助トランジスタ5のベース・エミッ
タ電圧eBEも大になってこのトランジスタ5がオン状
態に切換わる。これによりIGBTIのゲート電圧eg
はツェナダイオード6のツェナ電圧(この例では約7V
)に制限される。これにより主回路の過大電流10はI
GBTlのゲート電圧egの低下に比例して低減され、
IGBTIの破壊に至るまでの時間を長くすることがで
きる。従って図外のさほど高速でないゲート電圧オフ回
路を用いても、充分、主回路短絡保護を行うことができ
る。
【発明が解決しようとする課H】
前述した第4図の回路はインバータ装置の出力短絡時、
スイッチングパワー素子の主端子間電圧が、制御端子に
電圧が加わっているにもかかわらず上昇した場合に、制
御端子間電圧を下げて過大電流を抑制しようとするもの
であるが、この方法では、これらの回路を1チツプ内に
集積することは大変困難であった。その理由は特に第4
図の抵抗2の内蔵化のためにその抵抗値を(100KΩ
程度に)高めることが困難なためである。そこで本発明
はrGBTと直列に主回路過電流検出用の抵抗を設け、
この抵抗の両端電圧を検出してI GBTのゲート制御
電圧を抑制する半導体装置を提供することにより前記の
問題を解消することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために本発明の装置は、「電圧制
御信号(駆動信号電圧eDなと)によって動作する絶縁
ゲート型半導体装置(IGBTI。 ■八など)の主回路電流10またはその一部の電流゛の
流出または流入する端子であって、かつ前記電圧制御信
号を加える端子(エミッタEまたはElなど)側に直列
に第1の抵抗(11など)を接続し、この第1の抵抗の
両端に発生する電圧により動作するように前記絶縁ゲー
ト型半導体装置とは別の3端子型半導体装置(補助トラ
ンジスタ5など)を設け、さらにこの3端子型半導体装
置の前記第1の抵抗と接続されていない端子側に直列に
第2の抵抗(12など)または前記絶縁ゲート型半導体
装置をオンする向きの電圧を阻止する向きのツェナダイ
オード(6など)を接続しこの第2の抵抗またはツェナ
ダイオードの前記3端子型半導体装置と接続されていな
い他方の端子が、少なくとも前記絶縁ゲート型半導体装
置の独立の制御端子(ゲートGなど)側に接続されてい
るjようにするものとする。
【作 用】
主回路電流が所定値以上になると3端子半導体装置がオ
ンし、第2の抵抗またはツェナダイオードが導通し、こ
れにより絶縁ゲート型半導体装置(IGBT)の制御端
子間に加わる電圧制御信号のレベルが制限され、主回路
過電流が抑制される。
【実施例】
以下第1図ないし第3図を用いてそれぞれ本発明の異な
る実施例を説明する。第1図は本発明の第1の実施例と
しての構成回路図で、第4図に対応するものである。第
1図においては第4図の分圧抵抗2,3を取除き2.こ
れに代り新たにIGBTlのエミッタ已に直列に抵抗(
第1の抵抗)11を挿入し、この抵抗11の両端電圧を
補助トランジスタ5のベースB・エミッタ8間に加えて
いる。 第1図においてはIGBTIO主回路電流10が所定値
以下の正常値のときは補助トランジスタ5はオフのまま
でツェナダイオード6はI GBTlの動作と無関係で
あり、IGBTIは第4図で述べた正常時の動作と同様
に動作する。 しかしIGBTIに定格電流以上の過電流が流れて抵抗
11の両端に、補助トランジスタ5のオン時のベース・
エミッタ間電圧eBE嬌0.6Vよりも高い電圧を発生
すると、トランジスタがオンし、IGBTIのゲート電
圧egが、はぼツェナダイオード6のツェナ電圧にまで
下降する。これにより、IGBTI自体で過電流を制限
することができる。この第1の回路では抵抗11に大き
な電流が流れるので、その抵抗値は極めて小さなものと
なり集積回路化が容易となる。 第2図は本発明の第2図の実施例を示し、第1図のツェ
ナダイオード6に代って抵抗(第2の抵抗)12を用い
たものである。 なお第2図ではさらに第1図のツェナダイオード6とは
逆向きのツェナダイオード13が抵抗12と直列に挿入
されているが、このツェナダイオード13はIGBTI
のゲートG・エミッタ8間を逆バイアスするとき、この
逆バイアス電圧を制限するためのものである。 第2図においては主回路電流10が過大となって補助ト
ランジスタ5がオンすると抵抗12が導通して有効とな
り、駆動信号電圧eDが抵抗7と12とで分圧されてI
GBTIのゲートGに加わるようになり、IGBTIが
主回路過電流10を制限する。 第3図は本発明の第3の実施例の要部構成を示す。同図
においては第1図のツェナダイオード6と直列に第2図
のツェナダイオード13が設けられているほか、IGB
TIに代わり、電流センス端子付の絶縁ゲート素子(I
GBT)IAが用いられている。このI GBTIAに
おいては一方のエミッタ已に主回路電流10の大部分が
流れ、他方のエミッタEl(電流センス端子)には主回
路電流10の残りの部分としての10の所定割合の部分
電流が流れる。 この第3図においても主回路電流10が所定値を越える
と抵抗11の両端電圧によって補助トランジスタ5がオ
ンし、ツェナダイオード6が導通して第1図とほぼ同様
に過電流10が制限される。 この第3図の回路では第1図、第2図の回路よりも抵抗
11の損失が少く、この抵抗11を小型化することがで
きる。
【発明の効果】
本発明によればIGBTIのエミッタ側に直列に抵抗I
Iを接続して、この直列抵抗11に主回路電流10また
はその部分電流を流すようにし、この直列抵抗11の両
端電圧が所定値を越えたとき、補助トランジスタ5をオ
ンさせて[GBTlの電圧制御信号を抑制し、IGBT
Iに主回路の過電流を抑制させるようにしたので、 主回路電流検出用の抵抗11を低抵抗とすることができ
、IC;BTIの制御回路の1チツプ化が可能となり、
これらのスイッチングパワー素子(IGBTI)を複数
内蔵したモジュール製品に関しては、内部構造が大変簡
単になる。また、制御回路をバラバラの個別部品で構成
させる場合に比べ、モジュールの組立工数低減2歩留向
上が期待できる。 なお補助トランジスタ5はMO3型素子でも同様の効果
が期待できる。さらに絶縁ゲート素子(IGBT)1は
MOSFETであっても、他の素子でも構わない。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第3図はそれぞれ本発明の異なる実施例を
示す構成回路図、 第4図は第1図に対応する従来の回路図である。 1:絶縁ゲート素子(IGBT)、1八 二重流センス
端子付絶縁素子、5,8,9:補助トランジスタ、6.
13:ツェナダイオード、7.11,12:抵抗(1■
:第1の抵抗、12:第2の抵抗)、10:牙1図 第3図 第2図 −?4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)電圧制御信号によって動作する絶縁ゲート型半導体
    装置の主回路電流またはその一部の電流の流出または流
    入する端子であって、かつ前記電圧制御信号を加える端
    子側に直列に第1の抵抗を接続し、この第1の抵抗の両
    端に発生する電圧により動作するように前記絶縁ゲート
    型半導体装置とは別の3端子型半導体装置を設け、さら
    にこの3端子型半導体装置の前記第1の抵抗と接続され
    ていない端子側に直列に第2の抵抗または前記絶縁ゲー
    ト型半導体装置をオンする向きの電圧を阻止する向きの
    ツェナダイオードを接続し、この第2の抵抗またはツェ
    ナダイオードの前記3端子型半導体装置と接続されてい
    ない他方の端子が、少なくとも前記絶縁ゲート型半導体
    装置の独立の制御端子側に接続されていることを特徴と
    する半導体装置。
JP1089035A 1989-04-07 1989-04-07 半導体装置 Pending JPH02266712A (ja)

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