JPH0378432A - Protective circuit for transistor bridge - Google Patents
Protective circuit for transistor bridgeInfo
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- JPH0378432A JPH0378432A JP1210589A JP21058989A JPH0378432A JP H0378432 A JPH0378432 A JP H0378432A JP 1210589 A JP1210589 A JP 1210589A JP 21058989 A JP21058989 A JP 21058989A JP H0378432 A JPH0378432 A JP H0378432A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
(産業上の利用分野)
本発明はそれぞれ並列接続された複数のモジュール形ト
ランジス、り素子をブリッジ接続したトランジスタブリ
ッジの保護回路に関するものであ(従来の技術)
例えば電圧形インバータではインバータブリッジの素子
としてバイポーラトランジスタ、MOS FET、
IGBT(Insulated Gate Bipol
arTransistor)などが使用されており、イ
ンバータ容量400kVA以下では主としてバイポーラ
トランジスタが用いられている。[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Field of Application) The present invention relates to a protection circuit for a transistor bridge in which a plurality of module type transistors and elements are connected in parallel. For example, in a voltage source inverter, bipolar transistors, MOS FETs,
IGBT (Insulated Gate Bipol)
arTransistor), etc., and bipolar transistors are mainly used for inverter capacities of 400 kVA or less.
交流電動機駆動用トランジスタインバータの一般的な構
成を第6図に示す。FIG. 6 shows a general configuration of a transistor inverter for driving an AC motor.
第6図において、直流電源1とフィルタ用コンデンサ2
から成る電源が高速ヒユーズ3を介してトランジスタブ
リッジ4に供給され、その交流出力によって電動機5が
駆動される。In Figure 6, DC power supply 1 and filter capacitor 2
A power source consisting of is supplied to a transistor bridge 4 through a high-speed fuse 3, and an electric motor 5 is driven by its AC output.
現在これに使用されているトランジスタは主としてモジ
ュール形であり、主電極と冷却面は電気的に絶縁され、
主電極はボンディングワイヤを介してトランジスタのチ
ップに接続されている。The transistors currently used for this purpose are mainly modular, with the main electrode and cooling surface electrically insulated.
The main electrode is connected to the transistor chip via a bonding wire.
第3図はモジュール形トランジスタの構造の一例を示す
もので、冷却フィンに放熱させる銅ベース80の上に熱
伝導性の良い絶縁セラミック81を接着し、その上に銅
材82.83.84が接着されて電極となり、トランジ
スタペレット85のコレクタが銅材82にエミッタ端子
を上側にして接着され、エミッタ端子はボンディングワ
イヤ87でエミッタ電極89にボンディングされ、コレ
クタ側はボンディングワイヤ86でコレクタ電極88に
接続されている。Figure 3 shows an example of the structure of a module type transistor, in which an insulating ceramic 81 with good thermal conductivity is bonded on a copper base 80 that dissipates heat to cooling fins, and copper materials 82, 83, 84 are bonded on top of it. The collector of the transistor pellet 85 is bonded to the copper material 82 with the emitter terminal facing upward, the emitter terminal is bonded to the emitter electrode 89 with the bonding wire 87, and the collector side is bonded to the collector electrode 88 with the bonding wire 86. It is connected.
上下のトランジスタの一方がパンクすると直流電源が短
絡されてトランジスタに過電流が流れ。If one of the upper and lower transistors becomes punctured, the DC power supply is short-circuited and an overcurrent flows through the transistor.
ボンディングワイヤが溶断してアークを出し、モジュー
ル形トランジスタの外壁が飛散して危険となるので、高
速ヒユーズ3によって故障電流を遮断している。Since the bonding wire may melt and generate an arc, causing the outer wall of the module type transistor to scatter and become dangerous, a high-speed fuse 3 is used to cut off the fault current.
インバータの容量が大きくなると、モジュール素子を多
数並列に使用する必要があり、この場合モジュール素子
の外壁の破裂を防ぐために、第7図に示すように各トラ
ンジスタモジュールのコレクタ側にそれぞれ高速ヒユー
ズを接続している。As the capacity of the inverter increases, it is necessary to use a large number of module elements in parallel.In this case, in order to prevent the outer wall of the module elements from bursting, a high-speed fuse must be connected to the collector side of each transistor module, as shown in Figure 7. are doing.
これは第6図のような直流側の共通ヒユーズ3としては
、並列接続したモジュール素子の故障電流に適合するヒ
ユーズが無いからである。This is because there is no fuse suitable for the fault current of the module elements connected in parallel as the common fuse 3 on the DC side as shown in FIG.
また第7図ではヒユーズを各トランジスタのコレクタ側
に挿入しているが、これはトランジスタのベース駆動信
号を各トランジスタのエミッタとベース間に共通な信号
として印加しているのでエミッタ側のインピーダンスを
できるだけ下げる必要があるからである。Also, in Figure 7, fuses are inserted on the collector side of each transistor, but this is because the base drive signal of the transistor is applied as a common signal between the emitter and base of each transistor, so the impedance on the emitter side is reduced as much as possible. This is because it needs to be lowered.
第7図はトランジスタブリッジの1相分を示したもので
、複数のトランジスタ61−1〜61−nの各エミッタ
およびベースをそれぞれ並列に接続すると共にそれぞれ
のトランジスタに高速ヒユーズ31−1〜31−nを挿
入している。FIG. 7 shows one phase of a transistor bridge, in which the emitters and bases of a plurality of transistors 61-1 to 61-n are connected in parallel, and high-speed fuses 31-1 to 31-n are connected to each transistor. n is inserted.
また同じようにトランジスタ62−1〜62−nの各ベ
ースおよびエミッタをそれぞれ並列に接続すると共に、
それぞれのトランジスタに高速ヒユーズ32−1〜32
−nを挿入している。Similarly, the bases and emitters of the transistors 62-1 to 62-n are connected in parallel, and
High speed fuses 32-1 to 32 for each transistor
-n is inserted.
さらにコンデンサ8を直流母線のサージを吸収するため
に出来るだけ素子の近くに配置している。Furthermore, the capacitor 8 is placed as close to the element as possible in order to absorb surges from the DC bus.
(発明が解決しようとする課題)
しかしながら、第7図に示すように各トランジスタのコ
レクタ側にヒユーズを接続すると、配線長が長くなって
インダクタンスLが増加し、ターンオフ時のサージ電圧
CL d l > が高くなって素t
子の信頼性を低下させるという問題がある。(Problem to be Solved by the Invention) However, if a fuse is connected to the collector side of each transistor as shown in FIG. 7, the wiring length becomes long and the inductance L increases, resulting in a surge voltage CL d l at turn-off. There is a problem in that the reliability of the element t decreases due to the increase in t.
特に最近開発されているIGBTやMCT(MOS
Controlled Thyristor)などは、
スイッチング速度がバイポーラトランジスタの数倍高速
であるためにdi/dtも数倍(5〜6倍)高くなり、
その分だけサージ電圧が上昇して従来の回路方式は使用
できない。In particular, recently developed IGBT and MCT (MOS)
Controlled Thyristor) etc.
Since the switching speed is several times faster than that of a bipolar transistor, the di/dt is also several times higher (5 to 6 times).
The surge voltage increases accordingly, making conventional circuit methods unusable.
このため第8図に示すようなサージ電圧の吸収回路が用
いられてきている。For this reason, a surge voltage absorption circuit as shown in FIG. 8 has been used.
第8図において、配線インダクタンスLa、 Lb。In FIG. 8, wiring inductances La and Lb.
Lc、LdがそれぞれのI G B T71.72の主
回路に存在すると、コンデンサ9とダイオード10によ
ってI G B T71のコレクタ・エミッタ間のサー
ジエネルギーをクランプし、抵抗16を介してコンデン
サ2に放電し、またI G B T72に対してもダイ
オード11.コンデンサ12によってサージエネルギー
をクランプし抵抗15を介してコンデンサ2に放電する
。When Lc and Ld are present in the main circuit of each IGBT71.72, the surge energy between the collector and emitter of the IGBT71 is clamped by the capacitor 9 and diode 10, and is discharged to the capacitor 2 via the resistor 16. Also, the diode 11. for the IGBT72. The surge energy is clamped by the capacitor 12 and discharged to the capacitor 2 via the resistor 15.
但しこの回路の欠点は、使用部品が多くなって複雑にな
ること、各素子ごとにサージクランプ回路を設ける必要
があること、抵抗15.16にエネルギーの損失が発生
することなどである。However, the disadvantages of this circuit are that it becomes complicated due to the increased number of parts used, that a surge clamp circuit must be provided for each element, and that energy loss occurs in the resistors 15 and 16.
上記の欠点を解決する1つの方法は、高速ヒユーズを挿
入することによるインダクタンスの増加を抑制すること
である。One way to solve the above drawbacks is to suppress the increase in inductance due to the insertion of high speed fuses.
本発明は高速ヒユーズを挿入することによるインダクタ
ンスの増加を抑制するようにヒユーズの挿入位置を考慮
すると共に、ヒユーズの挿入によるインダクタンス分の
エネルギーを簡単な回路で吸収できるようにしたトラン
ジスタブリッジの保護回路を提供することを目的として
いる。The present invention is a protection circuit for a transistor bridge that takes into consideration the insertion position of a fuse so as to suppress an increase in inductance due to the insertion of a high-speed fuse, and also allows a simple circuit to absorb the energy equivalent to the inductance due to the insertion of a fuse. is intended to provide.
(課題を解決するための手段と作用)
本発明はブリッジ接続されたモジュール形トランジスタ
の直流母線の正極側に接続されたトランジスタのコレク
タ側に高速ヒユーズを挿入すると共に、高速ヒユーズと
トランジスタのコレクタとの接続点と直流母線の負極側
との間にスナバコンデンサを接続し、さらにトランジス
タブリッジの出力側に共通の高速ヒユーズを設けたもの
で、これによってトランジスタのコレクタ側に接続した
高速ヒユーズ回路のインダクタンスによるサージエネル
ギーはスナバコンデンサに吸収されると共に、負荷から
の故障電流はブリッジの出力側に設けた高速ヒユーズに
よって高速に遮断されモジュール素子の外壁の破裂を防
ぐことができる。(Means and Effects for Solving the Problems) The present invention inserts a high-speed fuse on the collector side of the transistor connected to the positive electrode side of the DC bus of the bridge-connected module type transistor, and also connects the high-speed fuse and the collector of the transistor. A snubber capacitor is connected between the connection point of The surge energy caused by this is absorbed by the snubber capacitor, and the fault current from the load is quickly cut off by the high-speed fuse provided on the output side of the bridge, thereby preventing the outer wall of the module element from bursting.
(実施例)
本発明の一実施例を第1図に示す。第1図において、従
来の第7図、第8図と同一部分には同一番号を付し、そ
の説明は省略している。なお第1図はインバータブリッ
ジの1相分について示したものである。(Example) An example of the present invention is shown in FIG. In FIG. 1, the same parts as in conventional FIGS. 7 and 8 are given the same numbers, and their explanations are omitted. Note that FIG. 1 shows one phase of the inverter bridge.
第1図において、直流母線の正極側はヒユーズ31−1
〜31− nを介してそれぞれIGBT71−1〜71
−nのコレクタへ接続され、IGBT71−1〜71−
nのエミッタ側は並列接続され、IGBT72−1〜7
2−nのコレクタの並列接続部へ接続されている。さら
にIGBT72−1〜72−nのエミッタは互に並列接
続され、直流母線の負極側に接続されている。In Figure 1, the positive pole side of the DC bus is connected to the fuse 31-1.
~31-n through IGBT71-1~71 respectively
- connected to the collector of IGBT71-1 to 71-
The emitter side of n is connected in parallel, and IGBT72-1 to 7
2-n collectors in parallel connection. Further, the emitters of the IGBTs 72-1 to 72-n are connected in parallel with each other and connected to the negative electrode side of the DC bus.
またI G B T71−1〜71− nの各ゲートお
よびI G B T72−1〜72− nの各ゲートも
それぞれ並列接続され、それぞれ共通の駆動信号が印加
される。Further, each gate of IGBTs 71-1 to 71-n and each gate of IGBTs 72-1 to 72-n are also connected in parallel, and a common drive signal is applied to each gate.
またI G B T71−1〜71− nの各コレクタ
はそれぞれコンデンサ8−1〜8−nを介して直流母線
の負極側に接続されている。Further, the collectors of IGBTs 71-1 to 71-n are connected to the negative electrode side of the DC bus through capacitors 8-1 to 8-n, respectively.
第2図はヒユーズ31を取り付けたことによる浮遊イン
ダクタンスLを含む等価回路を示すもので、IGBT7
1または72がオフしたとき、浮遊インダクタンスLの
エネルギーはコンデンサ8にバイパスされ、I G B
T71のエミッタとI G B T72のコレクタを
できるだけ接近させて表面積の広い導体で接続すること
によってインダクタンス分を減少させることができる。Figure 2 shows an equivalent circuit including the stray inductance L due to the installation of the fuse 31.
1 or 72 is turned off, the energy of the stray inductance L is bypassed to the capacitor 8, and I G B
The inductance can be reduced by connecting the emitter of T71 and the collector of IGBT72 as close as possible using a conductor with a large surface area.
IGBTが劣化して短絡状態になった場合1例えばI
G B T71−1〜71− nの一部が短絡すると、
IGBT72−1〜72−nがオンしたとき直流電源が
一瞬短絡状態となって過電流が流れる。If the IGBT deteriorates and becomes short-circuited 1. For example, I
If some of G B T71-1 to 71-n are short-circuited,
When the IGBTs 72-1 to 72-n are turned on, the DC power supply becomes momentarily short-circuited and an overcurrent flows.
この場合、−殻内には過電流による保護回路が動作し、
IGBT72−1〜72−nのゲートを介して故障電流
を遮断する。In this case, an overcurrent protection circuit operates inside the -shell.
The fault current is cut off through the gates of IGBTs 72-1 to 72-n.
この場合も浮遊インダクタンスLを小さくすることは、
IGBTがターンオフ時に安全動作領域内で電流を遮断
するのに重要である。In this case as well, reducing the stray inductance L is
It is important for the IGBT to interrupt current within a safe operating area when turned off.
保護回路が動作せずにI G B T72−1〜72−
nも短絡故障になると、ヒユーズ31−1〜31−n
が直流電源からの短絡電流を遮断し、また負荷電動機か
らの事故電流はヒユーズ33が遮断してモジュール素子
はアークによる破裂から保護される。The protection circuit does not operate and the IGBT72-1 to 72-
If n also suffers from a short circuit failure, fuses 31-1 to 31-n
The fuse 33 interrupts the short-circuit current from the DC power supply, and the fuse 33 interrupts the fault current from the load motor, thereby protecting the module elements from bursting due to arcing.
最も複雑な故障は例えばIGBT72−1が1個だけ短
絡状態になった時であり、並列素子数が少ない場合はヒ
ユーズ31−1〜31−nおよび33が溶断して故障電
流を遮断するが、並列素子が多い場合は故障電流が小さ
いのでヒユーズが溶断する前にIGBT72−1のエミ
ッタ側が溶断する。The most complicated failure occurs, for example, when only one IGBT 72-1 becomes short-circuited, and if the number of parallel elements is small, the fuses 31-1 to 31-n and 33 will melt and cut off the fault current. When there are many parallel elements, the fault current is small, so the emitter side of the IGBT 72-1 blows out before the fuse blows out.
この場合、前記第3図に示すようにボンディングワイヤ
86の冷却効果は良く、ボンディングワイヤ87の冷却
効果は悪いので、ボンディングワイヤ87が先に溶断す
る。IGBT72−1のエミッタ側が溶断を始めると、
IGBT72−1のゲート電位が上昇する。すなわちバ
イポーラトランジスタの場合はゲートは電気的に接続さ
れており、IGBTの場合はゲートは絶縁されているが
耐圧が数十Vであるので、エミッタが溶断開始するとコ
レクタ電位がゲートに出力される。In this case, as shown in FIG. 3, the bonding wire 86 has a good cooling effect and the bonding wire 87 has a poor cooling effect, so the bonding wire 87 is fused first. When the emitter side of IGBT72-1 starts to melt,
The gate potential of IGBT 72-1 rises. That is, in the case of a bipolar transistor, the gate is electrically connected, and in the case of an IGBT, the gate is insulated, but the withstand voltage is several tens of volts, so when the emitter starts blowing out, the collector potential is output to the gate.
これによって並列に接続された他のIGBTをオンさせ
て故障電流を増大させ、ヒユーズ31−1〜31−nお
よび33を溶断して故障電流を遮断するので、IGBT
の破裂もほとんど生じないように保護することができる
。This turns on other IGBTs connected in parallel, increasing the fault current, and blows out the fuses 31-1 to 31-n and 33 to cut off the fault current.
rupture can be prevented from occurring.
なお、第1図においてトランジスタ或いはIGBTなど
のコレクタとエミッタが逆特性の場合や、コレクタ或い
はアノード側にゲート駆動回路を持つ素子の場合にも、
ヒユーズを直流母線の負極側に接続することによって対
応することができる。In addition, in the case of a transistor or IGBT in which the collector and emitter have opposite characteristics in FIG. 1, or in the case of an element having a gate drive circuit on the collector or anode side,
This can be handled by connecting a fuse to the negative pole side of the DC bus.
またブリッジのスナバ回路としては、第4図に示すよう
にダイオードとコンデンサを用いる方法や、第5図に示
すように各素子にスナバを設けることも可能である。さ
らに第4図に示すように複数個の素子をグループにして
ヒユーズを設けることも可能である。Further, as a bridge snubber circuit, it is also possible to use a diode and a capacitor as shown in FIG. 4, or to provide a snubber in each element as shown in FIG. Furthermore, as shown in FIG. 4, it is also possible to provide a fuse by grouping a plurality of elements.
以上説明したように本発明によれば、ヒユーズを一方の
極だけに設けることによってインバータブリッジのイン
ダクタンス分を小さくしているのでスイッチングの安全
動作領域に余裕を持たせることができて信頼性が向上す
る。As explained above, according to the present invention, by providing a fuse on only one pole, the inductance of the inverter bridge is reduced, making it possible to provide a margin for the safe operation area of switching and improving reliability. do.
さらに制御回路や素子劣化時もスナバ回路およびブリッ
ジの共通のヒユーズを含む高速ヒユーズで故障電流を速
かに遮断してモジュール素子の拡大故障を防いでいるの
で、モジュール素子を用いたトランジスタブリッジの保
護回路として極めて有効である。Furthermore, even when the control circuit or elements deteriorate, the high-speed fuses, including the common fuses of the snubber circuit and the bridge, quickly cut off the fault current and prevent further failures of the module elements, protecting transistor bridges using module elements. It is extremely effective as a circuit.
第1図は本発明の一実施例を示す回路図、第2図は本発
明の詳細な説明するための等価回路図、第3図はモジュ
ール形トランジスタの概略構造図、第4図および第5図
はそれぞれ本発明の他の実施例を示す回路図、第6図お
よび第7図は従来の一例を示す回路図、第8図は従来回
路の説明図である。
1・・・直流電源、 2・・・コンデンサ、3 、
31.32.33・・・高速ヒユーズ。
4・・・トランジスタブリッジ、 5・・・電動機、6
1.62・・・トランジスタ、 71.72・・・IG
BT、8.9.12・・・コンデンサ、
10、11・・・ダイオード、 15.16・・・抵
抗。FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an equivalent circuit diagram for explaining the present invention in detail, FIG. 3 is a schematic structural diagram of a module type transistor, and FIGS. The figures are circuit diagrams showing other embodiments of the present invention, FIGS. 6 and 7 are circuit diagrams showing a conventional example, and FIG. 8 is an explanatory diagram of the conventional circuit. 1... DC power supply, 2... Capacitor, 3,
31.32.33...high speed fuse. 4...Transistor bridge, 5...Electric motor, 6
1.62...Transistor, 71.72...IG
BT, 8.9.12... Capacitor, 10, 11... Diode, 15.16... Resistor.
Claims (1)
タをブリッジ接続したトランジスタブリッジの保護回路
において、直流母線の正極側に接続された各トランジス
タのコレクタ側にそれぞれ高速ヒューズを挿入すると共
に、高速ヒューズとトランジスタのコレクタとの接続点
と直流母線の負極側との間にそれぞれスナバ回路を接続
し、さらにトランジスタブリッジの出力側に共通の高速
ヒューズを設けたことを特徴とするトランジスタブリッ
ジの保護回路。In a transistor bridge protection circuit in which multiple modular transistors connected in parallel are bridge-connected, a high-speed fuse is inserted into the collector side of each transistor connected to the positive pole side of the DC bus, and a high-speed fuse is inserted into the collector side of each transistor. A protection circuit for a transistor bridge, characterized in that a snubber circuit is connected between the connection point and the negative electrode side of the DC bus, and a common high-speed fuse is provided on the output side of the transistor bridge.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1210589A JPH0378432A (en) | 1989-08-17 | 1989-08-17 | Protective circuit for transistor bridge |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1210589A JPH0378432A (en) | 1989-08-17 | 1989-08-17 | Protective circuit for transistor bridge |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0378432A true JPH0378432A (en) | 1991-04-03 |
Family
ID=16591824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1210589A Pending JPH0378432A (en) | 1989-08-17 | 1989-08-17 | Protective circuit for transistor bridge |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0378432A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014147755A1 (en) * | 2013-03-19 | 2014-09-25 | 三菱電機株式会社 | Power converter |
-
1989
- 1989-08-17 JP JP1210589A patent/JPH0378432A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014147755A1 (en) * | 2013-03-19 | 2014-09-25 | 三菱電機株式会社 | Power converter |
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