JPH0378432A - トランジスタブリッジの保護回路 - Google Patents
トランジスタブリッジの保護回路Info
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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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- Japan
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- igbt
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- fuses
- bridge
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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。
め要約のデータは記録されません。
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。
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。
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。
成を第６図に示す。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
絡されてトランジスタに過電流が流れ。
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。
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。
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。
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。
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。
、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。
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。
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。
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。
、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。
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。
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。
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。
に出来るだけ素子の近くに配置している。
（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。
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。
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。
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。
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。
いられてきている。
第８図において、配線インダクタンスＬａ、 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
。
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
。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
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。
〜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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ＩＧＢＴ７２−１〜７２−ｎのゲートを介して故障電流
を遮断する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
。
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
。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (1)
- 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
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1210589A JPH0378432A (ja) | 1989-08-17 | 1989-08-17 | トランジスタブリッジの保護回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1210589A JPH0378432A (ja) | 1989-08-17 | 1989-08-17 | トランジスタブリッジの保護回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0378432A true JPH0378432A (ja) | 1991-04-03 |
Family
ID=16591824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1210589A Pending JPH0378432A (ja) | 1989-08-17 | 1989-08-17 | トランジスタブリッジの保護回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0378432A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014147755A1 (ja) * | 2013-03-19 | 2014-09-25 | 三菱電機株式会社 | 電力変換器 |
-
1989
- 1989-08-17 JP JP1210589A patent/JPH0378432A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014147755A1 (ja) * | 2013-03-19 | 2014-09-25 | 三菱電機株式会社 | 電力変換器 |
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