JPH10290562A - ゲート抵抗器及びこれに接続される圧接型ｉｇｂｔ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧接型ＩＧＢＴを適用した装置のノイズ耐量
を向上させ、システムの信頼性を高めることを目的とす
る。 【解決手段】 抵抗体７の一端をリード線５でめねじ３
と接続し、他端をリード線６で接続端子８と接続する。
このように形成されたゲート抵抗器26のめねじ３に圧接
型ＩＧＢＴ１のおねじが加工された制御端子２をねじ込
み両者を接続する。接続端子８にはゲート信号が送信さ
れる単芯シールド線12の芯線が接続用端子10を介して接
続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゲート抵抗器とこ
れに接続される圧接型ＩＧＢＴに関する。

【０００２】

【従来の技術】パワ・エレクトロニクスの発展に伴い、
直流一交流変換器や交流一交流変換器に使用される素子
もゲートターンオフサイリスタ（以下、ＧＴＯサイリス
タという。）から絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
（以下、ＩＧＢＴという。）へと切り替わってきた。素
子の構造面から見て、ＧＴＯサイリスタが金属ケースに
密封されたいわゆる圧接構造であるのに対し、ＩＧＢＴ
は当初プラスチックパッケージのいわゆるモジュール構
造が主流であった。

【０００３】ＩＧＢＴはＧＴＯサイリスタに比べてスイ
ッチング時間が一桁以上速いほか、制御端子（ＧＴＯサ
イリスタにあってはゲート〜カソード間、ＩＧＢＴにあ
ってはゲート〜エミッタ間）のインピーダンスが高く、
僅かな制御電力で大電流を制御できる特徴がある。ＩＧ
ＢＴはスイッチング速度が速いため、高周波のスイッチ
ング用途に用いられる。またＩＧＢＴに内蔵されている
フライホイールダイオードの特性改善が進んだこと、素
子自身のｄｖ／ｄｔ耐量が大きいことより、ブリッジ回
路を組むときにＧＴＯサイリスタでは挿入されるアノ一
ドリアクトルは省略される。したがってＩＧＢＴでブリ
ッジ回路を構成した場合、下アームのＩＧＢＴのフライ
ホイールダイオードに電流が流れているとき上アームの
ＩＧＢＴをターンオンするとフライホイールダイオード
が逆回復するが、ＩＧＢＴのターンオン特性が良いた
め、ｄｉ／ｄｔが大きくフライホイールダイオードの特
性によっては、瞬時に大きな損失が発生する。この損失
を抑制するために、ＩＧＢＴのゲート〜エミッタ間に等
価的に存在するキャパシタンスを利用して、ゲートに直
列に数オームの抵抗を挿入し、抵抗とキャパシタンスで
ＲＣフィルタを構成し、ターンオン特性を制限すること
が行われる。さらにＩＧＢＴはターンオフ時間も短いた
め、フィルタコンデンサとブリッジ回路間のインダクタ
ンス分をＬとすると、ターンオフ時にＬｄｉ／ｄｔの電
圧がフィルタコンデンサ電圧に重畳してＩＧＢＴに過電
圧が印加される。通常このサージ電圧はスナバ回路で抑
制されるが、前述のＲＣフィルタもターンオフ時のｄｉ
／ｄｔ抑制に効果がある。このような目的でゲートに直
列に挿入する抵抗器をゲート抵抗器と呼ぶ。

【０００４】図４はモジュール型ＩＧＢＴにゲート抵抗
器を接続した実装図である。図４において、ＩＧＢＴ40
の制御端子であるゲート端子42にゲート抵抗器41が接続
され、ゲート抵抗器41のもう一方のリード線は固定用の
ダミー端子44に接続される。ゲートアンブからのゲート
リード線45は、エミッタ端子43とダミー端子44に接続さ
れる。

【０００５】ＩＧＢＴ40はターンオフ時間が短いため主
回路のｄｉ／ｄｔが大きく、したがってこれによって生
ずる磁束φの変化も大きく、これがゲートリード線45に
鎖交すると、ゲートリード線45に ｅ＝−ｄφ／ｄｔ （１） の起電力を生ずる。ＩＧＢＴ40は僅かなゲートパワで動
作するため、このような起電力はＩＧＢＴ40を誤動作さ
せ、素子破壊の要因となる。従ってゲート抵抗器41をゲ
ート端子42の直近に設置することは、このような起電力
の影響を前述のＲＣフィルタで減衰させることができる
からＩＧＢＴ40の誤動作防止の点から有効である。

【０００６】図５はＩＧＢＴ40にゲート抵抗器41を接続
した回路図である。図５において、ゲートアンプ46にゲ
ートリード線45が接続され、ゲートリード線45のもう一
方の端子はゲート抵抗器41を介してＩＧＢＴ40のゲート
端子Ｇ及びエミッタ端子Ｅに接続される。ゲート抵抗器
41はゲート端子Ｇの直近に設置される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このようなモジュール
型のＩＧＢＴは、その内部でＩＧＢＴのチップの載った
セラミックの基板を銅のプレート上にはんだ付けをする
構造となっている。このため、ＩＧＢＴのケース温度が
周期的に大幅に変わる用途、例えば鉄道車両用モータを
駆動するための電力変換器などに用いた場合、装置の小
型軽量化の要求により、電車加速中はＩＧＢＴのケース
温度は許容値ぎりぎりまで上昇するのに対して、折り返
し駅での停車中には外気温度まで低下する。モジュール
型ＩＧＢＴはこのようなヒートサイクルの繰り返しによ
りはんだの劣化をきたし、ＩＧＢＴチップと銅プレート
間の熱抵抗が増大する等寿命に関する問題が生じる可能
性があった。このような問題点を解決すベく重負荷責務
用として開発されたのが圧接型ＩＧＢＴである。圧接型
ＩＧＢＴは構造的にはＧＴＯサイリスタと同一で、内部
にはんだ付け構造がないため原理的にはヒートサイクル
で劣化する部分がない。

【０００８】図６は圧接型ＩＧＢＴへのゲート抵抗器の
取付け図である。図６において、圧接型ＩＧＢＴ31はヒ
ートブロック30によって圧接固定される。圧接型ＩＧＢ
Ｔ31のゲートリード線32は絶縁板35上のスタンドオフ端
子で中継され、ゲート抵抗器33を挿入したのちシールド
線36でゲートアンプ34に接続される。

【０００９】図７は圧接型ＩＧＢＴ31にゲート抵抗器33
を取付けた場合の回路図である。図７において、ゲート
アンプ34に接続されたシールド線36は一旦切断されシー
ルド線36の芯線はゲート抵抗器33を介して、ゲートリー
ド線32の芯線に接続される。また、シールド線36のシー
ルドとゲートリード線32のシールドは互いに接続され
る。ゲートリード線32の芯線は予め圧接型ＩＧＢＴ31の
ゲート端子Ｇに、シールドはＩＧＢＴ38のエミッタ端子
Ｅに接続されている。

【００１０】しかしながら、このような構成では、ゲー
トリード線32は素子表面から直接取り出されるため、モ
ジュール型ＩＧＢＴのようにゲート抵抗器33をゲート端
子Ｇの直近に取り付けることができなかった。圧接型Ｉ
ＧＢＴ31の内部にゲート抵抗器33を入れ込むことも考え
られるが、ゲート抵抗器33の抵抗値は応用によって異な
るので素子製作上の標準化の観点から好ましくない。

【００１１】またゲートリード線32に外来のノイズの影
響を避けるためにシールド線を用いても、ゲート抵抗器
33を接続する部分で信号線のループが開いてしまうた
め、外部磁束の影響を受けやすいばかりか、ゲート抵抗
器33からＩＧＢＴ31のゲート端子Ｇまでの距離が長く、
この間に混入した起電力は減衰させることはできず、モ
ジュール型ＩＧＢＴに比較してノイズ抑制の点から不利
であった。また、配線作業上もシールド線を途中で切断
して接続するという手間のかかる作業を伴うため、配線
工数の増大を招いていた。

【００１２】そこで本発明は上述した問題点を解決する
ためになされたもので、ノイズ耐量を向上させ、信頼性
を高めることのできるゲート抵抗器及びこれに接続され
る圧接型ＩＧＢＴを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、請求項１に記載のゲート抵抗器は、抵抗体の一
方の電極に第１のリード線を介して接続されためねじを
有して構成される。このようなゲート抵抗器を直接圧接
型ＩＧＢＴの制御端子にねじ込み、両者を接続すること
によりゲート抵抗器は圧接型ＩＧＢＴの直近に配置、固
定することができる。

【００１４】請求項２に記載のゲート抵抗器は、抵抗体
の一方の電極に第１のリード線を介して接続されたおね
じを有して構成される。このようなゲート抵抗器を直接
圧接型ＩＧＢＴの制御端子にねじ込み、両者を接続する
ことによりゲート抵抗器は圧接型ＩＧＢＴの直近に配
置、固定することができる。

【００１５】請求項３に記載のゲート抵抗器は、請求項
１又は請求項２に記載のゲート抵抗器において、抵抗体
を覆う金属体を付加することにより構成される。抵抗体
を覆う金属体を圧接型ＩＧＢＴのエミッタ端子に接続す
ることによって、抵抗体が外来の電磁界から遮蔽され、
外来の電磁界による有害な電圧が圧接型ＩＧＢＴの制御
端子に重畳されることを抑制できる。

【００１６】請求項４に記載のゲート抵抗器は、請求項
３に記載のゲート抵抗器において、接続端子はゲート信
号が送信される同軸ケーブル線のシールド側と抵抗体を
覆う金属体とを接続しかつ、同軸ケーブル線の芯線側と
第２のリード線とを接続することにより、ゲート抵抗器
とゲート信号を送信する同軸ケーブル線が外来の電磁界
による有害な電圧が圧接型ＩＧＢＴの制御端子に重畳さ
れることを抑制できる。 請求項５又は請求項６に記載
の圧接型ＩＧＢＴは、制御端子におねじまたはめねじ加
工を施すことによって構成される。この制御端子のねじ
加工によって、請求項１又は請求項２のゲート抵抗器が
取付け可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態
を示すゲート抵抗器の構成図である。図１において、圧
接型ＩＧＢＴ１の制御端子であるゲート端子２にはおね
じ加工が施される。これに接続されるゲート抵抗器26
は、抵抗体７の一方の電極とめねじ３をリード線５で接
続し、かつ抵抗体７の他方の電極とゲートリード線接続
用の端子８をリード線６で接続し、これらを絶縁物４で
覆い固定することにより構成される。絶縁物４は予め成
形されたパイプ状のものでも、抵抗体７、端子８、リー
ド線５、６を組み立てた後、これらを固定するモールド
材でもよい。このようなゲート抵抗器26を圧接型ＩＧＢ
Ｔ１の制御端子２にねじ込んで固定する。さらに、図示
しないゲートアンプに接続された単芯シールド線12の芯
線11の先端に接続用端子10を圧着し、ゲート抵抗器26の
端子８と接続用端子10は半田で接続される。単芯シール
ド線12のシールド線９は圧接型ＩＧＢＴ１のエミッタ電
極24に接続される。

【００１８】次に、ゲート信号の流れを説明する。ＩＧ
ＢＴ１の点弧信号は単芯シールド線12の芯線11にシール
ド線９との間の電圧信号としてゲートアンプから供給さ
れるが、芯線11は単芯シールド線12の中では、外部の電
磁界からシールド線12によって遮蔽されており、ゲート
アンプから接続端子10に伝送されるまで、ゲート信号に
ノイズが重畳する可能性は少ない。また、多少ノイズが
ゲート信号に重畳したとしても、圧接型ＩＧＢＴ１のゲ
ート端子２の直近に抵抗体７が直列に接続されるので、
抵抗体７と圧接型ＩＧＢＴ１のゲート端子２とエミッタ
電極24間に存在するキャパシタンスにより、ＲＣフィル
タにより周波数の高い成分が減衰し、ノイズ成分は著し
く減衰する。このようにゲート抵抗器26を圧接型ＩＧＢ
Ｔ１の直近に取り付けることができるため、外来のノイ
ズに対して強いシステムを構成することができる。

【００１９】図２は本発明の第２の実施の形態を示すゲ
ート抵抗器の構成図である。図２において、圧接型ＩＧ
ＢＴ１のゲート端子21にはおねじ加工が施される。これ
に接続されるゲート抵抗器27は、抵抗体７の一方の電極
とおねじ22をリード線５で接続し、かつ抵抗体７の他方
の電極とゲートリード線接続用の端子８をリード線６で
接続し、これらを絶縁物４で覆い固定することにより構
成される。絶縁物４はあらかじめ成形されたパイプ状の
ものでも、抵抗体７、端子８、リード線５、６を組み立
てた後、これらを固定するモールド材でもよい。このよ
うなゲート抵抗器27を圧接型ＩＧＢＴ１の制御端子21に
ねじ込んで固定する。さらに、図示しないゲートアンプ
に接続された単芯シールド線12の芯線11の先端に接続用
端子10を圧着し、ゲート抵抗器27の端子８と接続用端子
10は半田で接続される。単芯シールド線12のシールド線
９は圧接型ＩＧＢＴ１のエミッタ電極24に接続される。

【００２０】このような構成を取ることによりゲート信
号の流れ及びゲート抵抗器の効果を第１の実施の形態と
同様に得ることができる。図３は本発明の第３の実施の
形態を示すゲート抵抗器の構造図である。図３におい
て、圧接型ＩＧＢＴ１のゲート端子２にはおねじ加工が
施される。これに接続されるゲート抵抗器28は、抵抗体
７の一方の電極とめねじ３をリード線５で接続し、かつ
抵抗体７の他方の電極と同軸ケーブル線の芯線と嵌合す
るコネクタ14をリード線６で接続し、めねじ３の周囲お
よびコネクタ14の周囲には絶縁物15をそれぞれ配置した
うえ、これらを金属製ケース13に収納することによって
構成される。さらに、図示しないゲートアンプに接続さ
れた同軸ケーブル線20の先端にシールド線接続金具18、
絶縁物16からなるコネクタを圧入する。絶縁物16の中心
には同軸ケーブル線の芯線19が貫通している。さらにシ
ールド線接続用金具18の外側にはシールド線接続用金具
18と電気的接続を保ちながら自由に回転できる金属ケー
ス17が取り付けられる。金属ケース17の内側はめねじ加
工されており、またゲート抵抗器28の金属ケース13の外
側にはおねじ加工されている。このようなゲート抵抗器
28をＩＧＢＴ１のゲート端子２にねじ込んで固定する。
さらに、ゲートアンプに接続された同軸ケーブル線20の
先端に固定されたシールド線接続用金具18、絶縁物16か
らなるコネクタをゲート抵抗器28のコネクタ14と嵌合さ
せ、かつ金属ケース17をねじ込んで同軸ケーブル線20を
ゲート抵抗器28に固定する。さらに、ゲート抵抗器28の
金属ケース13と圧接型ＩＧＢＴ１のエミッタ電極24との
間はリード線25によって接続される。

【００２１】次に、ゲート信号の流れを説明する。ＩＧ
ＢＴ１の点弧信号は同軸ケーブル線20の芯線19にシール
ド線23との間の電圧信号としてゲートアンプから供給さ
れるが、芯線19は同軸ケーブル線20の中では、外部の電
磁界からシールド線23によって遮蔽されており、ゲート
アンプからゲート抵抗器28に至るまで、ゲート信号にノ
イズが重畳する可能性は少ない。また、抵抗体７も金属
ケース13により覆われているので、第１、第２の実施の
形態に比べて更に外部の電磁界よりの遮蔽効果が高い。
また、多少ノイズがゲート信号に重畳したとしても、圧
接型ＩＧＢＴ１の直近に抵抗体７が直列に接続されるの
で、ノイズ成分が著しく減衰するのは第１、第２の実施
の形態と同様である。本実施の形態も、ゲート抵抗器28
を圧接型ＩＧＢＴ１の直近に取付けることができるた
め、外来のノイズに対して強いシステムを構成すること
ができる。なお、第３の実施の形態は第１の実施の形態
の適用例だが、第２の実施の形態に適用しても良い。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧接型ＩＧＢＴに対しても、制御端子の直近にゲート抵
抗器を容易に設置できるため、圧接型ＩＧＢＴを適用し
たパワエレクトロニクス装置のノイズ耐量を向上させ、
システムの信頼性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示すゲート抵抗器
の構成図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態を示すゲート抵抗器
の構成図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態を示すゲート抵抗器
の構成図である。

【図４】モジュール型ＩＧＢＴにゲート抵抗器を接続し
た実装図である。

【図５】モジュール型ＩＧＢＴにゲート抵抗器を接続し
た回路図である。

【図６】従来の圧接型ＩＧＢＴにゲート抵抗器を接続し
た図である。

【図７】従来の圧接型ＩＧＢＴにゲート抵抗器を接続し
た回路図である。

【符号の説明】

１…圧接型ＩＧＢＴ ２，21…ゲート端子（制御端子） ３…めねじ ４，15，16…絶縁物 ５，６，25…リード線 ７…抵抗体 ８…接続端子 ９，23…シールド線 10…接続用端子 11，19…芯線 12…単芯シールド線 13，17…金属ケース 14…コネクタ 18…シールド線接続用金具 20…同軸ケーブル線 22…おねじ 24…エミッタ電極 26，27，28…ゲート抵抗器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 抵抗体と、 この抵抗体の一方の電極に第１のリード線を介して接続
   されるめねじと、 前記抵抗体の他方の電極に第２のリード線を介して接続
   される接続端子とを有するゲート抵抗器。
2. 【請求項２】 抵抗体と、 この抵抗体の一方の電極に第１のリード線を介して接続
   されるおねじと、 前記抵抗体の他方の電極に第２のリード線を介して接続
   される接続端子とを有するゲート抵抗器。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載のゲート抵
   抗器において、 前記抵抗体を覆う金属体を有するゲート抵抗器。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のゲート抵抗器におい
   て、 前記接続端子は、ゲート信号が送信される同軸ケーブル
   線のシールド側と前記金属体とを接続し、前記同軸ケー
   ブル線の芯線と前記第２のリード線とを接続することを
   特徴とするゲート抵抗器。
5. 【請求項５】 請求項１に記載のゲート抵抗器のめねじ
   にねじ止めするおねじが形成された制御端子を有する圧
   接型ＩＧＢＴ。
6. 【請求項６】 請求項２に記載のゲート抵抗器のおねじ
   がねじ止めされるめねじが形成された制御端子を有する
   圧接型ＩＧＢＴ。