JPH10322881A - 直列に接続されたターン・オフ型の電力用半導体デバイスに対する短絡回路現象の検出および処理のための方法とデバイス - Google Patents

直列に接続されたターン・オフ型の電力用半導体デバイスに対する短絡回路現象の検出および処理のための方法とデバイス

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JPH10322881A
JPH10322881A JP10074613A JP7461398A JPH10322881A JP H10322881 A JPH10322881 A JP H10322881A JP 10074613 A JP10074613 A JP 10074613A JP 7461398 A JP7461398 A JP 7461398A JP H10322881 A JPH10322881 A JP H10322881A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 直列に接続されたターン・オフ型の電力用半
導体デバイスに対する短絡回路現象の検出および処理の
ための方法とデバイスを提供する。 【解決手段】 直列に接続されたターン・オフ型の複数
個の電力用半導体デバイスを有する回路の中に起こる短
絡回路状態をその検出の後に処理する方法では、個別の
電力用半導体デバイスのおのおのの２個の電極１１、１
２に加わる電圧が測定され、そしてそれに加わる電圧に
応じて電力用半導体デバイスのおのおのに対し、それに
より生ずるターン・オフ工程を個別に制御するために、
前記電圧の大きさに応じて個々の電力用半導体デバイス
のゲート９に電流が供給されるまたはゲート９から電流
が取り出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はその第１の状況で
は、直列に接続されたターン・オフ型の複数個の電力用
半導体デバイスを有する回路の中に生ずる短絡回路状態
をその検出の後に処理するための方法と、このような状
況を処理するためのデバイスとに関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】直列に接続された電力
用半導体デバイスを有するこのような回路は、例えば、
高電圧直流 (ＨＶＤＣ、High Voltage Direct Current)
により電力を送るために、または直流電圧を交流電圧に
変換するおよびその逆に変換するための無効電力補償器
(ＲＰＣ、reactive power compensation)のために、工
場設備の中の大きな耐電圧性を有する変換器に用いるこ
とができる。これらの変換器はこのような工場設備の中
では、他の電圧範囲も考えることができるけれども、典
型的には10kV〜 500kVの範囲の電圧を保持しなければな
らない。電力用半導体デバイスのおのおのは通常 1kV〜
5kVだけを保持することができるから、電力用半導体デ
バイスの間で電圧が分配されるように、比較的多数個の
このような電力用半導体デバイスを直列に接続すること
が行われる。けれども、本発明はこのようないわゆる高
電圧変換器回路に決して限定されるのでないことを強調
しておく。しかし、本発明が基づいている問題点を示す
ためにこの特別の応用の場合が下記で説明されるであろ
う。
【０００３】ターン・オフ型のこのような電力用半導体
デバイスの例は、ターン・オフ・サイリスタ（ＧＴ
Ｏ）、ＭＯＳＦＥＴ、およびＩＧＢＴ (絶縁されたゲー
ト・バイポーラ・トランジスタ、Insulated Gate Bipol
ar Transistor)である。ここで、ＩＧＢＴは多くの点で
好ましいデバイスである。それはＩＧＢＴは、良好な電
力処理能力と、変換器の中のいわゆるＩＧＢＴバルブの
中での直列接続に対して十分に適切である性質と、を組
み合わせて有しているからであり、そしてＩＧＢＴは高
い精度でターン・オンおよびターン・オフを同時に行う
ことができるからである。
【０００４】短絡回路状態がこれらの回路の中でまれに
起こることがある。この場合には、ＩＧＢＴバルブの全
体がブレークダウンしないように、これらの状態を処理
できることが必要である。このような短絡回路は、前記
の応用の場合において、例えば電力用半導体デバイスの
制御を行う制御装置のなんらかの欠陥により生ずること
がある。この短絡回路は、前記工場設備の直流電圧の側
に通常配置されるいわゆる直流コンデンサが放電するこ
とを意味し、したがって短絡回路電流が変換器の位相分
肢の１つを通して流れるであろう。位相分肢は、このよ
うな変換器が同じ方向に有する２個のＩＧＢＴバルブに
より形成される。短絡回路に対するまた別の可能性は、
位相端子と直流コンデンサの端子の１つとの間で短絡回
路が生ずる、または２個の位相端子の間で短絡回路が生
ずる、または位相端子の中でアースに欠陥が生ずる、お
よび中点がアースされた２個のコンデンサにより直流コ
ンデンサが形成されることである。
【０００５】もし短絡回路がＩＧＢＴバルブを備えた位
相分肢の中に生ずるならば、下記のことが起こる。すな
わち、正規動作中のＩＧＢＴバルブを流れる公称電流よ
りも短絡回路電流が通常３〜１０倍大きい値に限定され
るような電圧を、個々のＩＧＢＴが受け取る。他のトラ
ンジスタと丁度同じように、その電流制限ＩＶ特性によ
り、ＩＧＢＴがこのことを行う。電流制限工程の期間
中、電力用半導体デバイスは非常に大きな電力損失を生
じ、このために電力用半導体デバイスは非常に限定され
た時間間隔、典型的には10μｓ、だけ耐えることができ
る。
【０００６】したがって、このような短絡回路が生ずる
時、電力用半導体デバイスのいずれかがブレークダウン
することを防止するために、異なる電力用半導体デバイ
スをできるだけ速やかにターン・オフできることが要請
される。けれども、個々の電力用半導体デバイスのおの
おのを制御する駆動装置の変動のために、１つの問題点
が存在する。この問題点は、異なる速さでターン・オフ
することである。異なる電力用半導体デバイスの間で個
々の変動のために、したがって電流制限工程の期間中に
電力用半導体デバイスは非常に異なる電圧を受け取り、
そして異なる速さでターン・オフしおよびそれらの間で
他の個別の変動も起こる。その結果、短絡回路が生ずる
時、ターン・オフの時にもそうであるが電流制限工程の
期間中にもかなりの問題点が生ずる。電流制限工程とタ
ーン・オフ工程の期間中との両方の間、電力用半導体デ
バイスの直列接続体の全体が一定の電圧を受け取らなけ
ればならなく、一定の１個の電力用半導体デバイスによ
り受け取られるべき電圧が前記の変動により非常に大き
いことがあり、一方他の電力用半導体デバイスにはかな
り小さな電圧が加わるそして完全に受入れ可能な電圧が
加わることがある。このことは、いずれかの電力用半導
体デバイスが故障する危険が高いことを意味する。例え
ばこのことが生ずることが可能であるのは、電力用半導
体デバイスに加わる電圧が非常に大きく、そこに発生す
る大きな電界強度のために「なだれ現象」が起こる時で
あり、この時にはほぼすべての電力が特定の点に集中す
ることを意味する。この大きな電圧は大きな短絡回路電
流と組み合わされ、その結果として電力用半導体デバイ
スの非常にホットなブレークダウンを生ずることがまた
可能である。
【０００７】本発明はその第２の状況では、直列に接続
されたターン・オフ型の複数個の電力用半導体デバイス
を有する回路の中で短絡回路を検出する方法に関する。
この場合、個々の電力用半導体デバイスのおのおのの２
個の電極に加わる電圧が測定され、そしてこの電圧が電
力用半導体デバイスの正規動作における与えられた瞬間
において電極に加わる最大電圧レベルよりも高い基準電
圧値と比較される。ここで、着目する電力用半導体デバ
イスの電圧が基準電圧値を越える時、短絡回路が検出さ
れる。そして本発明は、このような検出を可能にするデ
バイスにも関する。
【０００８】先行技術によるこのような方法では、電力
用半導体デバイスに加わるオン状態電圧は、電力用半導
体デバイスがオンになる時、ダイオードを通して電流が
流れるのを検出することにより間接的に検出される。こ
の場合、ダイオードの陽極は低電圧（典型的には＋15
Ｖ）に接続され、そしてダイオードの陰極は電力用半導
体デバイスのコレクタに接続される。電力用半導体デバ
イスの電極に加わる電圧が前記低電圧以下に降下する
時、ダイオードを流れる電流はオンになると期待され、
そしてこの期待された電流が生じない時、短絡回路の検
出が行われる。けれどもこのことは、短絡回路は場合に
よっては非常に長い遅延でもって検出されることを意味
する。したがって、ターン・オフ工程が開始する前に、
それを流れる電流が非常に高いレベルになるのに時間を
要するのと同じ時間で、着目する電力用半導体デバイス
に加わる電圧が非常に大きくなるのに時間を要する。し
たがって、「なだれ現象」の結果またはその中で非常に
大きな電力が発生する結果として、電力用半導体デバイ
スが破壊する危険がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の目的は、
前記で説明した本発明の第１の状況の問題点を大幅に減
少させる方法およびデバイスを得ることである。
【００１０】この目的は本発明に従い、個々の電力用半
導体デバイスのおのおのの２個の電極に加わる電圧を測
定され、そして加えられた前記電圧に応じて電力用半導
体デバイスのおのおのに対しそれにより達成されるター
ン・オフ工程の個別の制御のために、前記電圧の大きさ
に応じて個々の電力用半導体デバイスのゲートに電流が
供給されるまたはゲートから電流が取り出されることに
より得られる。そしてまた本発明により、個々の電力用
半導体デバイスのおのおのの２個の電極に加わる電圧を
測定するのに適合した部品と、その導電状態を個別に制
御するために個々の電力用半導体デバイスのおのおのの
ゲートに電流が独立に供給されるまたはゲートから電流
が独立に取り出されるのに適合した装置と、前記電圧に
関する情報を受け取るのに適合しそして短絡回路の検出
の後電力用半導体デバイスのおのおのに対しそれにより
生ずるターン・オフ工程を個別に制御するために前記装
置を制御するのに適合した部品と、を有するデバイスが
得られる。
【００１１】短絡回路状態がこのように起こる時、個々
の電力用半導体デバイスのおのおののターン・オフ工程
が個別に完全に制御されるという事実により、一方その
電力用半導体デバイスに正確に加わっている電圧を考え
るならば、電力用半導体デバイスが電流制限モードにあ
る時、与えられたゲート電圧に対する短絡回路安全動作
領域を越えて電力用半導体デバイスが到達する高レベル
を、個々の電力用半導体デバイスに加わる電圧が取得す
ることが防止される。このようにして、直列接続された
異なる電力用半導体デバイスの間の電圧の分布の平滑化
が得られ、そして異なる電力用半導体デバイスの前記で
説明した特性の大きな広がりまたは小さな広がりとは無
関係に、良好な電圧の分割が達成される。この時、低い
電流制限レベルを有する電力用半導体デバイスが前記の
短絡回路安全動作領域を限定する電圧値を越える電極間
電圧を受け取ることが回避される。したがって、電力用
半導体デバイスの電極に加わる電圧に応じて電力用半導
体デバイスのゲートに電流を確実に供給するおよびゲー
トから電流を確実に取り出すことにより、それぞれの電
力用半導体デバイスのターン・オフが分離して制御され
る。ここでこの電流の供給は、電流源または電圧源のい
ずれかを通して達成することができる。
【００１２】本発明の好ましい実施例により、ターン・
オフ工程の期間中のターン・オフ速度は、測定されたそ
れに加わる電圧が増大する時、個々の電力用半導体デバ
イスのおのおのに対して減少する。電圧の増大の遅延が
最大である１個または複数個の電力用半導体デバイスの
電圧の増大のこの遅延が、このようにして得られる。そ
の結果、良好な電圧の分割が得られ、そしてターン・オ
フ工程における瞬間の過大電圧が減少し、そしてそれに
より電力用半導体デバイスを前記の短絡回路安全動作領
域 (ＳＣＳＯＡ、short-circuit safe operation area)
の範囲内に保持することができる。
【００１３】本発明のまた別の好ましい実施例により、
個々の電力用半導体デバイスの２個の電極の間に測定さ
れる電圧が予め定められた値を越える時、この電力用半
導体デバイスのゲートに対する前記電流源の方向をター
ン・オフ期間中の方向に対して反転することにより、電
力用半導体デバイスをオンにするように変えられる。電
力用半導体デバイスをこのように再びオンにすることに
より、その電極に加わる電圧が個々の電力用半導体デバ
イスの最大許容レベルを越えて増大することを回避する
ことができる。
【００１４】本発明のさらに別の好ましい実施例によ
り、個々の電力用半導体デバイスのターン・オン工程の
期間中に前記短絡回路状態が検出される時、そしてそれ
により電力用半導体デバイスが電流制限モードにある
時、電力用半導体デバイスの短絡回路安全動作領域に対
する上限よりも低い前記予め定められた値を電圧が越え
る時に前記検出により生ずるターン・オフ工程の期間中
に電力用半導体デバイスがオンに変えられる。その利点
は前記説明から明らかである。
【００１５】本発明のまた別の好ましい実施例により、
個々の電力用半導体デバイスのおのおのに対し、電力用
半導体デバイスの２個の電極の間に測定された電圧が予
め定められた値よりも低い限り実質的に一定の強度を有
する漏洩電流がゲートから供給され、そして電圧のこの
値が越えられる時、漏洩電流の強度が減少して電力用半
導体デバイスのターン・オフの速度がさらに遅くなる。
個々の電力用半導体デバイスのおのおのの電圧が許容さ
れないレベルにまで増大しないことが、このことにより
得られる。
【００１６】すぐ前で説明された実施例をさらに発展さ
せた本発明の２つの好ましい実施例により、電力用半導
体デバイスの電極に加わる電圧が増大する時、前記減少
が、漏洩電流の強度の階段的減少または線形的減少によ
り達成される。
【００１７】本発明のまた別の好ましい実施例により、
電力用半導体デバイスの中の１つ電力用半導体デバイス
の短絡回路状態が検出される時、この個々の電力用半導
体デバイスの前記ターン・オフ工程が直ちに開始し、そ
して前記検出を知らせる信号が電力用半導体デバイスに
共通である装置に送られる。するとこの装置は、直列に
接続された他のすべての電力用半導体デバイスに信号を
送り、個別に制御されるそのターン・オフ工程を開始す
る。短絡回路が最初に検出される電力用半導体デバイス
に対しターン・オフ工程をこのように直ちに開始するこ
とにより、可能な限り最短の反応時間が得られ、それに
よりバルブの中の電力用半導体デバイスに及ぼすストレ
スを減少させる。
【００１８】本発明によるデバイスの好ましい実施例に
より、本発明による方法に従って前記で説明した好まし
い実施例を実現することができる。
【００１９】本発明のまた別の目的は、前記で説明した
本発明の前記の第２の状況に従う方法およびデバイスを
得ることである。この方法およびデバイスにより、短絡
回路が検出された時の先行技術によるこのような方法お
よびデバイスにおける前記で説明した不便を軽減するこ
とが分かった。
【００２０】この目的は本発明に従い、個々の電力用半
導体デバイスのおのおのに対し、その電極に加わる電圧
が分割され、そしてその小さな比例部分の大きさが測定
され、そして電力用半導体デバイスにターン・オン命令
を送るための時点から少なくともその導電工程の期間中
に基準電圧と比較される、という方法により、そしてこ
のような方法を可能にするように設計されたそして別の
請求項に記載されたデバイスを備えることにより得られ
る。
【００２１】電力用半導体デバイスにターン・オン命令
を提供する時点からすでに、すなわち電極に加わる高い
電圧において、その小さな比例部分を測定することによ
り、個々の電力用半導体デバイスのおのおのの電極に加
わる電圧をこのように測定することが可能であることに
より、電力用半導体デバイスがいつ短絡回路にターン・
オンするかを従来可能であったよりは大幅に速く検出す
ることが可能であるであろう。したがって、着目する電
力用半導体デバイスを流れる短絡回路電流が、ターン・
オフ工程を開始する前に、その高い値に到達する時間的
余裕を有しないであろう。このことにより、電力用半導
体デバイスが損傷を受ける危険が大幅に減少する。また
着目する電力用半導体デバイスがオン状態にありそして
短絡回路が生ずる時、このことを非常に急速に検出する
ことができる。
【００２２】本発明の好ましい実施例により、個々の電
力用半導体デバイスのおのおのに対して前記電圧が測定
され、そして前記基準電圧値と実質的に常時比較され
る、すなわち電力用半導体デバイスがオフになる時にも
比較される。このことは、回路の過大電圧に対して永久
的な保護が得られることを意味し、そしてこの過大電圧
を高速に検出する可能性を意味する。
【００２３】第２状況に従う本発明によるデバイスのま
た別の好ましい実施例により、前記電圧分割器はゼロＨ
ｚから電力用半導体デバイスの典型的なスイッチング周
波数に対して高い周波数領域まで広がる広帯域幅を有す
る。したがって、この電圧分割器は静電圧を測定するこ
とができ、そしてそれにより基準として絶対レベルを有
することができる。個々の電力用半導体デバイスのおの
おのに加わる実際の電圧を同時に小さな遅延をもって測
定することができる。それは、高速の遷移をこのように
検出できるからである。
【００２４】本発明のこの他の利点および有利な特徴
は、下記説明および他の請求項から容易に理解されるで
あろう。
【００２５】
【発明の実施の形態】例として挙げられた本発明の好ま
しい実施例が、添付図面を参照しながら下記で説明され
る。
【００２６】図１は、本発明が応用される高電圧変換器
回路の位相分肢の概要図である。通常、３相交流電圧回
路網に接続された工場設備に共通である直流コンデンサ
３を有する３個の位相分肢が存在する。これは、ここで
はＩＧＢＴの形式である直列に接続された複数個の電力
用半導体デバイス１と、このようなデバイスのおのおの
と反平行に接続されたいわゆるフリー・ホイーリング・
ダイオード２とを、従来の方式で有する。直列に接続さ
れた電力用半導体デバイスの総数は、図１に示されたよ
りも実際には多分大幅に多いであろう。電力用半導体デ
バイスの直列接続体は直流コンデンサ３に接続され、一
方、電力用半導体デバイスの間の位相端子４は交流電圧
回路網の例えば１つの位相に対する位相リアクトル５に
接続される。図１の位相端子４の上に配置されたダイオ
ードを有する電力用半導体デバイスは１つのＩＧＢＴバ
ルブをこのように形成し、そしてその下に配置された電
力用半導体デバイスはまた別のＩＧＢＴバルブを形成す
る。ここで、１つのＩＧＢＴバルブの中のすべての電力
用半導体デバイスは、概略的に示されている駆動装置６
からの信号により、同時にオンになる。したがって、第
１ＩＧＢＴバルブの中の電力用半導体デバイスは、正電
位が位相端子４に要求される時に導電状態になり、そし
て第２ＩＧＢＴバルブの中の電力用半導体デバイスは負
電位が位相端子４に要求される時に導電状態になる。定
められたパルス幅変調（ＰＷＭ、pulse width modulati
on）パターンにより電力用半導体デバイスを制御するこ
とにより、直流コンデンサ３ＮＩ加わる直流電圧は位相
端子４に電圧を発生するために用いることができる。位
相端子４に発生する電圧の基本成分は、要求された振幅
と周波数と位相位置とを有する交流電圧である。このよ
うな制御は、制御パルスを制御装置７から異なる駆動装
置に送ることにより行われ、そして通常このことは光導
電体を通して行われる。前記で説明したいずれかの欠陥
状態の結果として、この形式の変換器回路の中に短絡回
路が生ずることがある。そしてここで、このような短絡
回路が例えば制御装置７の制御の欠陥により行われるこ
とがあり、したがって直流コンデンサ３は放電を開始
し、そしてすべてのＩＧＢＴ１を通して電流が同じ方向
に流れる、ことが繰り返されることがある。本発明の目
的は、このような状況で生ずる問題点を、すべての電力
用半導体デバイスに損傷を与えない満足な方法で解決す
ることである。
【００２７】図２は、個別の電力用半導体デバイスのた
めの駆動装置６が、電力用半導体デバイスをオンにする
ために、電圧制限電流源８を通して電力用半導体デバイ
スのゲート９に正電流がどのように接続されるか、また
は、電力用半導体デバイスをオフにするために、第２電
圧制限電流源１０を通してゲートに負電流がどのように
接続されるか、を示した図である。またはそれとは異な
って、電流源８および電流源１０は、それぞれオンにす
るおよびオフにすることにより電流をそのために適切で
ある値に制限する、おのおのが抵抗器と直列に接続され
た２個の制御された電圧源であることができる。ＩＧＢ
Ｔのコレクタ１１とそのエミッタ１２との間に電圧分割
器回路１３が接続されることが、本発明の特徴である。
前記回路は、抵抗性電圧分割器と容量性電圧分割器との
並列接続体である。したがってこの電圧分割器回路は、
０Ｈｚから数ＭＨｚであることが好ましい電力用半導体
デバイスの典型的なスイッチング周波数に関して高い周
波数領域にまで広がる広い帯域幅を有するように設計さ
れる。それによりこの電圧分割器回路は、急速な遷移を
高速に検出することができる。接続点１４にタップ点を
設けることにより、コレクタ１１とエミッタ１２との間
の電圧の小さな比例部分が測定され、そしてこの電圧の
小さな比例部分が駆動装置６に送られる。電力用半導体
デバイスに加えられる全電圧に対するこの小さな比例部
分の比率を知ることにより、前記で説明した電圧をこの
ようにして決定することができる。
【００２８】短絡回路状態が生ずる時に起こることを検
出しおよび処理することを、図３〜図５を参照して次に
説明する。
【００２９】図３は、本発明の方法により短絡回路がど
のようにして検出されるかを示した図である。個々の電
力用半導体デバイスの２個の主要な電極に加わる電圧Ｕ
CEが、制御装置７から電力用半導体デバイスの駆動装置
６にターン・オン命令を送るために、そして駆動装置６
をゲート９に接続するために電流源８および電流源１０
にそれからさらにターン・オン命令を送るために、時点
１５からの時間の関数として示されている。ターン・オ
ン工程の開始プロセスの期間中、着目している電力用半
導体デバイスは電流制限モードにあり、そしてそれに加
えられる電圧が電力用半導体デバイスの安全動作領域に
対する上限を越える値にまでは増大しないことが重要で
ある。与えられた瞬間における電力用半導体デバイスの
正規動作における電極間の最大電圧レベル１７よりも大
きくそして時間と共に変化する基準電圧値１６が、電圧
分割器回路１３により決定された電力用半導体デバイス
の電極に加えられる電圧と、部品３１の中で比較され
る。電力用半導体デバイスが短絡回路にターン・オンす
る時、そのように測定された電圧は、通常よくあるよう
に、電力用半導体デバイスの低いオン状態電圧にまで低
下しなく、ほぼ鎖線にしたがって継続し、そして時点１
９で基準電圧値を越えるであろう。このことが起こる
時、短絡回路が駆動装置６により検出され、そして電流
源１０をゲート９に接続することにより着目している電
力用半導体デバイスに対しこのことはターン・オフ工程
を直ちに開始させ、そして負ターン・オフ電流をゲート
に供給する。矢印２０で示されているように、前記検出
を知らせる信号が制御装置７に同時に送られ、ここで、
直列に接続されたすべての電力用半導体デバイスをオフ
にするように個別に制御されたターン・オフ工程を開始
するために、制御装置７が２個の電流バルブのすべての
他の電力用半導体デバイスに信号を送る。線路２０およ
び線路３３が駆動装置と制御装置との間の光ファイバ通
信路を形成することが好ましく、そして異なるコードを
用いて例えば「短絡回路ターン・オフ」、「ターン・オ
ン」、などを指示することができる。３２は、前記で説
明した先行技術による短絡回路検出デバイスが短絡回路
の存在を検出する時点を示す。
【００３０】図４は、着目している電力用半導体デバイ
スを流れる電流２１が時間と共にどのように発展するか
を示した図であり、そして電流がどのように最大値に到
達し、そしてその後、ターン・オフ工程が開始する時点
１９に関してどのように減少するかを示した図である。
グラフ２２は、電力用半導体デバイスの正規のターン・
オンにおける電流の発展を示し、一方グラフ２３は、も
し前記で説明した先行技術の方法が短絡回路の検出のた
めに用いられそして短絡回路が時点３２で検出されるな
らば、電力用半導体デバイスを流れる電流がどのように
発展するかを示している。ここで、電力用半導体デバイ
スが短絡回路工程の期間中に発揮する典型的な電流の積
分値は、本発明により、グラフ２３に従い先行技術の方
法による場合の一部分である。電力用半導体デバイスの
電流制限レベルがまた、点線３４で示されている。
【００３１】電力用半導体デバイスがオンになる時に起
こる短絡回路が、２４において電力用半導体デバイスの
電極に加わる電圧の増大によりどのように検出されるか
が、図３にまた示されている。２５は、その正規動作に
ある電力用半導体デバイスに対しターン・オフ命令を送
る時点を示す。
【００３２】図５は、本発明によるターン・オフ工程
が、個別の電力用半導体デバイスのおのおのに対し残り
の他の電力用半導体デバイスとは無関係にどのように実
行されるかを示した図である。その正規ターン・オフに
おける電力用半導体デバイスのゲート９に送られる負タ
ーン・オフ電流が、点線２６により示されている。この
電流は比較的に大きな強度を有することが好ましく、し
たがって低いターン・オフ損失を得るためにこのターン
・オフは速いであろう。けれどもその結果、電力用半導
体デバイスを流れる比較的小さな電流により比較的に大
きいが劇的ではない電圧のオーバシュートを生ずる。け
れども短絡回路がおこる時、丁度に高速であるターン・
オフを実行することは可能ではないであろうが、電力用
半導体デバイスのゲートに供給される負ターン・オフ電
流２７は小さな強度を有しなければならない。それは、
電力用半導体デバイスを流れる比較的大きな短絡回路電
流の結果として、大きな電圧オーバシュートを受け入れ
ることができないからである。個別の電力用半導体デバ
イスの電極に加わる電圧が、まさにこのターン・オフ工
程の期間中、電圧分割器回路１３により常時測定され
る。そしてもしこの電圧が一定のレベル２８を越えるな
らば、電力用半導体デバイスのゲートに送られる負電流
の強度を減少させることにより、ターン・オフ速度が減
少するであろう。ターン・オフ電流の強度を減少させる
これとは異なる２つの可能な方式が、図５に示されてい
る。すなわち、階段的方式と線形的方式である。もし電
力用半導体デバイスの２つの電極に加わる電圧が電力用
半導体デバイスの短絡回路安全動作領域の上限３０より
低い予め定められた値２９を越えるならば、電力用半導
体デバイスのゲートに供給される電流の方向が反転され
るであろう。そしてその電極に加わる電圧が受け入れ可
能な値に減少するように再びオンにされ、それによりタ
ーン・オフを持続することができる。直列に接続された
電力用半導体デバイスのおのおののターン・オフ工程の
このような個別の制御により、それらに加えられている
電圧の差が平滑化され、そしてターン・オフ工程の全期
間中それらの間に良好な電圧分布が得られる。したがっ
て、いずれかの電力用半導体デバイスが「なだれ現象」
の結果としてブレーク・ダウンすること、およびそれら
の中に過大な熱が発生すること、が回避される。着目す
る電力用半導体デバイスに加わる電圧が直列に接続され
た電力用半導体デバイスに加わる平均電圧を一定の余裕
量だけ越えるという事実にこのことが対応するように、
電圧レベル２８が選定されるべきであることが指摘され
る。それにより、着目する電力用半導体デバイスに加わ
る電圧が前記の平均電圧を明らかに越える前に、ターン
・オフ工程の速度を遅くすることができる。階段的方式
を簡単化することができ、そしてそれは２８において電
圧を直接にゼロ電圧に変えられることを意味する。
【００３３】もちろん本発明は前記で説明された実施例
に限定されるわけでは決してなく、請求項に記載されて
いる本発明の基本的概念の範囲内において、前記で既に
説明した実施例以外の多くの変更実施例が可能であるこ
とは当業者には容易に理解されるであろう。
【００３４】図１に示されている高電圧変換器回路は、
本発明の考えられる１つの応用例にすぎない。直列に接
続された電力用半導体デバイスを備えた他の多くの回路
は、短絡回路状態を処理するために本発明から利点を得
ることができるであろう。
【００３５】「短絡回路状態」という用語は、短絡回路
がどこで生じてもそれには関係なくすべての短絡回路の
結果として、直列に接続された電力用半導体デバイスに
生ずる諸問題に本発明が関係していることを示すために
選定されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う問題点が応用可能である、直列に
接続された複数個の電力用半導体デバイスを備えた可能
な回路の概要図。
【図２】個別の電力用半導体デバイスの電極に加えられ
た電圧がどのようにして測定することができるか、およ
び電力用半導体デバイスが駆動装置によりどのように制
御できるか、を示した図。
【図３】本発明の方法により短絡回路がどのように検出
できるかを示した図。
【図４】先行技術によりおよび本発明の方法により短絡
回路を検出することに関し、短絡回路の後に電力用半導
体デバイスを流れる電流の発展を比較したグラフ。
【図５】短絡回路の検出の後の個別の電力用半導体デバ
イスのターン・オフ工程が、本発明の方法による電力用
半導体デバイスの電極に加えられた電圧に応じてどのよ
うにして制御できるかを示したグラフ。
【符号の説明】
１ 電力用半導体デバイス ６ 制御部品 ８、１ 電流源 ９ ゲート １１、１２ 電極 １３ 電圧分割器 ３１ 比較部品

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 個々の電力用半導体デバイスのおのおの
    の両方の電極１１、１２に加わる電圧が測定されること
    と、および加わる前記電圧に応じて電力用半導体デバイ
    スのおのおのに対してそれにより達成されるターン・オ
    フ工程の個別の制御のために前記電圧の大きさに応じて
    個別の電力用半導体デバイスのゲート９に電流を供給す
    るおよびゲート９から電流が取り出されることとを特徴
    とする、直列に接続されたターン・オフ型の複数個の電
    力用半導体デバイス１を有する回路の中に起こる短絡回
    路状態を処理する方法。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の方法において、個々の電
    力用半導体デバイスのおのおののターン・オフ速度が、
    測定されたそれに加わる電圧が増大する時、ターン・オ
    フ工程の期間中減少することを特徴とする、前記方法。
  3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載された方法
    において、個々の電力用半導体デバイスの２個の電極の
    間の測定された電圧が予め定められた値２９を越える
    時、ターン・オンの期間中方向に関してこの電力用半導
    体デバイスのゲート９への前記電流供給の方向を反転す
    ることにより前記電力用半導体デバイスをオンにするよ
    うに変えられることを特徴とする、前記方法。
  4. 【請求項４】請求項３に記載の方法において、個々の電
    力用半導体デバイスのターン・オン工程の期間中に前記
    短絡回路状態が検出される時およびそれにより電力用半
    導体デバイスが電流制限モードにある時、前記電力用半
    導体デバイスの短絡回路安全動作領域 (ＳＣＳＯＡ、sh
    ort-circuit safe operating area)に対する上限３０よ
    りも低い前記予め定められた値２９を電圧が越える時に
    前記電力用半導体デバイスをオンにするように変えられ
    ることが前記検出により生ずるターン・オフ工程の期間
    中に行われることを特徴とする、前記方法。
  5. 【請求項５】請求項１〜請求項４のいずれかに記載され
    た方法において、個々の電力用半導体デバイス１のおの
    おのに対し、前記電力用半導体デバイスの２個の電極の
    間の測定された電圧が予め定められた値２８以下である
    間は実質的に一定の電流強度を有する漏洩電流がゲート
    から供給され、そして電圧のこの値が越えられる時漏洩
    電流の強度が減少されて前記電力用半導体デバイスのタ
    ーン・オフがさらに遅い速度で行われることを特徴とす
    る、前記方法。
  6. 【請求項６】請求項５に記載の方法において、漏洩電流
    の強度の減少が開始されることに関する前記予め定めら
    れた電圧値２８が越えられる時、定められたさらに高い
    電圧値が通過される時にこの漏洩電流の強度が階段的に
    減少されることを特徴とする、前記方法。
  7. 【請求項７】請求項５に記載の方法において、漏洩電流
    の強度の減少が開始されることに関する前記予め定めら
    れた電圧値２８が越えられる時、前記電力用半導体デバ
    イスの電極に加えられる電圧の立上がりに対し漏洩電流
    の強度が実質的に線形的に減少されることを特徴とす
    る、前記方法。
  8. 【請求項８】請求項１〜請求項７のいずれかに記載され
    た方法において、前記電力用半導体デバイスの中の１つ
    に短絡回路状態が検出される時、この個別の電力用半導
    体デバイスに対する前記ターン・オフ工程が直ちに開始
    され、そして前記電力用半導体デバイスに共通の装置７
    に前記検出を知らせる信号が送られ、その後、個別に制
    御されるそのターン・オフ工程を開始するために直列に
    接続された他のすべての電力用半導体デバイスにこの装
    置７が信号を送ることを特徴とする、前記方法。
  9. 【請求項９】個々の電力用半導体デバイスのおのおのの
    ２個の電極１１、１２に加わる電圧を測定するのに適合
    した部品１３と、その導電を個別に制御するために個々
    の電力用半導体デバイスのおのおののゲート９に独立に
    電流を供給するまたはゲート９から独立に電流を供給す
    るのに適合した装置８、１０と、前記電圧に関する情報
    を受け取るのに適合しおよび短絡回路の検出の後電力用
    半導体デバイスのおのおのに対しそれにより生ずるター
    ン・オフ工程を個別に制御するために前記装置を制御す
    るのに適合した部品６と、を有することを特徴とする、
    その検出の後において直列に接続されたターン・オフ型
    の複数個の電力用半導体デバイス１を有する回路の中に
    生ずる短絡回路状態を処理するためのデバイス。
  10. 【請求項１０】請求項９に記載のデバイスにおいて、個
    々の電力用半導体デバイスのおのおのに加わる測定され
    た電圧と前記電力用半導体デバイスに付随する基準電圧
    値とを比較するのに適合し、および電力用半導体デバイ
    スのおのおののターン・オフ工程を個別に制御するため
    に前記制御部品６にこの比較に関する情報を送るのに適
    合する、部品３１を有することを特徴とする、前記デバ
    イス。
  11. 【請求項１１】請求項９または請求項１０に記載された
    デバイスにおいて、電力用半導体デバイスに加わる測定
    された電圧が増大する時、ターン・オフ工程の期間中に
    個々の電力用半導体デバイスのおのおのに対するターン
    ・オフ速度を減少させるために前記制御部品６が前記供
    給装置を制御するのに適合していることを特徴とする、
    前記デバイス。
  12. 【請求項１２】請求項１０に記載のデバイスにおいて、
    個々の電力用半導体デバイスの２個の電極１１、１２に
    加わる電圧が予め定められた基準値２９を越える時、タ
    ーン・オフにおける方向に関してこの電力用半導体デバ
    イスのゲート９に供給される電流の方向を反転すること
    により電力用半導体デバイスのオンへの遷移を引き起こ
    させるように前記制御部品６が前記供給装置を制御する
    のに適合していることを特徴とする、前記デバイス。
  13. 【請求項１３】請求項９〜請求項１２のいずれかに記載
    されたデバイスにおいて、個々の電力用半導体デバイス
    のおのおのの２個の電極に加わる電圧を測定するための
    前記部品が、それぞれの電力用半導体デバイスと並列に
    接続されおよび実際の電圧を決定するために前記電圧の
    一定の比例部分を測定するのに適合している電圧分割器
    １３を有することを特徴とする、前記デバイス。
  14. 【請求項１４】請求項１３に記載のデバイスにおいて、
    前記電圧分割器１３がゼロＨｚから電力用半導体デバイ
    スの典型的なスイッチング周波数に対して高い周波数領
    域にまで広がった大きな帯域幅を有することを特徴とす
    る、前記デバイス。
  15. 【請求項１５】個々の電力用半導体デバイスのおのおの
    の電極に加わる電圧が分割され、そしてその小さな比例
    部分の大きさが測定され、そして電力用半導体デバイス
    にターン・オン命令を送るための時点から少なくとも導
    電工程の期間中に基準電圧と比較されることを特徴とす
    る、個々の電力用半導体デバイスのおのおのの２個の電
    極１１、１２に加わる電圧が測定され、そして電力用半
    導体デバイスの正規動作における１つの与えられた瞬間
    において電極に加わる最大電圧レベルよりも高い基準電
    圧と比較され、そして着目する電力用半導体デバイスの
    電圧が基準電圧値を越える時に短絡回路が検出される、
    直列に接続されたターン・オフ型の複数個の電力用半導
    体デバイス１を有する回路の中の短絡回路を検出するた
    めの方法。
  16. 【請求項１６】請求項１５に記載の方法において、前記
    電圧が測定され、そして個々の電力用半導体デバイスの
    おのおのに対し実質的にすべての時刻に前記基準電圧値
    と比較される、すなわち電力用半導体デバイスがオフで
    ある時にもまた比較される、ことを特徴とする、前記デ
    バイス。
  17. 【請求項１７】個々の電力用半導体デバイスのおのおの
    の電極に加わる全電圧の値を決定するために前記測定部
    品によりその小さな比例部分の大きさを測定するために
    電極に加わる電圧を分割するのに適合した電圧分割器１
    ３をまた有することと、電力用半導体デバイスにターン
    ・オン命令を送るための時点から少なくともこのターン
    ・オン工程の期間中に前記比較部品が前記比較を実行す
    るのに適合することと、を特徴とする、電力用半導体デ
    バイスの２個の電極１１、１２に加わる電圧を個々の電
    力用半導体デバイスのおのおのに対して個別に測定する
    のに適合した部品１３と、および測定された電圧と電力
    用半導体デバイスの正規動作における１つの与えられた
    瞬間において電極に加わる最大電圧よりも高い基準電圧
    値とを比較するのに適合しそして前記電圧が基準電圧値
    を越える時に短絡回路が検出されることを指示するのに
    適合した部品３１と、を有する、直列に接続されたター
    ン・オフ型の複数個の電力用半導体デバイス１を有する
    回路の中に生ずる短絡回路状態を検出するためのデバイ
    ス。
  18. 【請求項１８】請求項１７に記載のデバイスにおいて、
    前記電圧分割器１３がゼロＨｚから電力用半導体デバイ
    スの典型的なスイッチング周波数に対して高い周波数領
    域にまで広がる大きな帯域幅を有することを特徴とす
    る、前記デバイス。
  19. 【請求項１９】請求項１８に記載のデバイスにおいて、
    前記帯域幅が少なくともＭＨｚの領域にまで広がってい
    ることを特徴とする、前記デバイス。
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