JPS61128765A - ゲ−ト制御半導体電力変換装置 - Google Patents
ゲ−ト制御半導体電力変換装置Info
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- JPS61128765A JPS61128765A JP59249341A JP24934184A JPS61128765A JP S61128765 A JPS61128765 A JP S61128765A JP 59249341 A JP59249341 A JP 59249341A JP 24934184 A JP24934184 A JP 24934184A JP S61128765 A JPS61128765 A JP S61128765A
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- Japan
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- semiconductor element
- semiconductor
- semiconductor power
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Power Conversion In General (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野]
本発明はゲート制御用半導体電力変換装置に係シ、特に
、並列接続されたゲート制御付半導体素子毎の過熱保護
を行なうに好適なゲート制御用半導体電力変換装置に関
する。
、並列接続されたゲート制御付半導体素子毎の過熱保護
を行なうに好適なゲート制御用半導体電力変換装置に関
する。
ゲート制御半導体素子の保護に関する先行技術(実公昭
58−59379号公報)として、半導体素子自身の故
障またはゲート制御回路の故障した結果の故障検出方法
がおる。
58−59379号公報)として、半導体素子自身の故
障またはゲート制御回路の故障した結果の故障検出方法
がおる。
この技術は、該半導体素子の故障に至る以前の保護がで
きない問題を有する。
きない問題を有する。
一般には、従来の半導体電力変換装置の半導体素子の過
熱保護は電力変換装置内の代表素子のみに過熱を検出す
る温度センサーを取付け、過電流が継続した場合の過熱
保護および冷却装置の故障による冷却媒体の減少、また
は、停止による過熱保護を図るものである。
熱保護は電力変換装置内の代表素子のみに過熱を検出す
る温度センサーを取付け、過電流が継続した場合の過熱
保護および冷却装置の故障による冷却媒体の減少、また
は、停止による過熱保護を図るものである。
しかも、この保護方式は装置全体のシステム保護が主体
となっておシ、負荷電流が定格電流、で正常運転中に電
流分担する複数半導体素子間の電流不平衡が回路部品の
特性変化、接続部の接触抵抗、インピーダンス変化によ
シ過大となると、電流分担が大きく変化した半導体素子
は順方向電圧降下による発生損失が大きくなシ、過熱が
生じた場合、該半導体素子の保護訃よび、発見ができな
い欠点がある。
となっておシ、負荷電流が定格電流、で正常運転中に電
流分担する複数半導体素子間の電流不平衡が回路部品の
特性変化、接続部の接触抵抗、インピーダンス変化によ
シ過大となると、電流分担が大きく変化した半導体素子
は順方向電圧降下による発生損失が大きくなシ、過熱が
生じた場合、該半導体素子の保護訃よび、発見ができな
い欠点がある。
更に、並列半導体素子毎の冷却用ヒートシンク内を流れ
る冷却媒体がたとえ冷却装置が健全であっても不平衡が
生じることもあシ得る。この場合も前述と同様に冷却媒
体の減少が生じたヒートシンクの冷却効果低下によシ過
熱し、その過熱半導体素子の発見および保護ができない
欠点がめる。
る冷却媒体がたとえ冷却装置が健全であっても不平衡が
生じることもあシ得る。この場合も前述と同様に冷却媒
体の減少が生じたヒートシンクの冷却効果低下によシ過
熱し、その過熱半導体素子の発見および保護ができない
欠点がめる。
本発明の目的は、並列接続された複数半導体素子毎の過
熱保護および発見を効果的、且つ、確実に行ない得る高
信頼性のゲート制御半導体変換装置を提供するにある。
熱保護および発見を効果的、且つ、確実に行ない得る高
信頼性のゲート制御半導体変換装置を提供するにある。
このような目的を達成するために、本発明は、電流分担
されかつ少なくとも1個ヒートシンクに搭載されたゲー
ト制御半導体素子を備えるゲート制御半導体電力変換装
置において、各ヒートシンクに対し、少なくとも1個の
過熱保護手段を設け、さらに、この過熱保護手段の検知
信号によって、該過熱保護手段に対応するヒートシンク
上のゲート制御半導体素子の動作を停止せしめる手段を
設けるようにしたものである。
されかつ少なくとも1個ヒートシンクに搭載されたゲー
ト制御半導体素子を備えるゲート制御半導体電力変換装
置において、各ヒートシンクに対し、少なくとも1個の
過熱保護手段を設け、さらに、この過熱保護手段の検知
信号によって、該過熱保護手段に対応するヒートシンク
上のゲート制御半導体素子の動作を停止せしめる手段を
設けるようにしたものである。
第2図は本発明の一実施例のゲート制御半導体電力変換
装置の一部のアーム1を示すものである。
装置の一部のアーム1を示すものである。
同図において、並列半導体素子ユニット2(以下ユニッ
トと呼ぶ)はそれぞれUmtt i、 Us息t2・
・・・・・Umtt −n %まで並列接続され電力変
換装置の一つのアーム1t−構成しているものである。
トと呼ぶ)はそれぞれUmtt i、 Us息t2・
・・・・・Umtt −n %まで並列接続され電力変
換装置の一つのアーム1t−構成しているものである。
このアーム1のユニット2の並列数は、本例ではUmt
t −1,Uatt −2++jl@4U1t −n
として、アーム1の母線電流It−それぞれ各並列ユ
ニットの分担電流としてl1pI意・・・・・・工、が
流れるが、装置の容量しだいで当然増減されるものであ
る。
t −1,Uatt −2++jl@4U1t −n
として、アーム1の母線電流It−それぞれ各並列ユ
ニットの分担電流としてl1pI意・・・・・・工、が
流れるが、装置の容量しだいで当然増減されるものであ
る。
各ユニットの冷却はたとえば風冷方式を適用したもので
冷却風3は並列ユニット2のヒートシンクを冷却し、各
ユニットの冷却風量はそれぞれQs 、Qs・・・・・
・Qsで冷却されるようになっている。
冷却風3は並列ユニット2のヒートシンクを冷却し、各
ユニットの冷却風量はそれぞれQs 、Qs・・・・・
・Qsで冷却されるようになっている。
第1図、(a)、 (b)、 (C)はそれぞれ第2図
の並列ユニット2の本実施例の各構成を示す。
の並列ユニット2の本実施例の各構成を示す。
同図において、(a)の方式は本発明の最も基本的な実
施回路構成を示すものである。
施回路構成を示すものである。
この方式は、温度検出センサー12の温度検出によシO
N動作し半導体素子10のグー)G−カソードに間を短
絡(ON)させゲート入力信号を0FFL、半導体素子
10の動作を停止させるものである。
N動作し半導体素子10のグー)G−カソードに間を短
絡(ON)させゲート入力信号を0FFL、半導体素子
10の動作を停止させるものである。
また同図(b)の方式は、前記Ca)の方式とは逆に温
度検出センサー12の温度検出によ!DOFF動作し、
半導体素子10のカソードKit[を開放(OFF)さ
せゲート入力信号を0FFL半導体素子10の動作を停
止させる実施例である。なお、本実施例では温度検出セ
ンサー12のOFF (開放)接点をカソード側として
いるがゲートG側に設けることもできる。
度検出センサー12の温度検出によ!DOFF動作し、
半導体素子10のカソードKit[を開放(OFF)さ
せゲート入力信号を0FFL半導体素子10の動作を停
止させる実施例である。なお、本実施例では温度検出セ
ンサー12のOFF (開放)接点をカソード側として
いるがゲートG側に設けることもできる。
同図(c)の方式は、ゲート入力信号の遮断方式を無接
点方式とした回路構成の実施例を示す。同図(C)にお
いて、半導体素子過熱保農装置11は半導体素子の温度
を検出センサー12と半導体素子の順電圧Vムー区 に
よシ、ホトトランジスタ13−2駆動用発光ダイオード
13−1、と過熱表示用発光ダイオード16、および発
光ダイオードの最適な電流とするための直列抵抗器15
が直列に接続され、半導体素子10のアノードA1カソ
ードに間に並列接続される。ダイオード14は発光ダイ
オード13の逆電圧保護用として並列に接続される。ま
た、半導体素子10のゲート入力信号23のゲート入力
を遮断を目的としたホトトランジスタ13−2はゲート
G−カンードに間に接続される。
点方式とした回路構成の実施例を示す。同図(C)にお
いて、半導体素子過熱保農装置11は半導体素子の温度
を検出センサー12と半導体素子の順電圧Vムー区 に
よシ、ホトトランジスタ13−2駆動用発光ダイオード
13−1、と過熱表示用発光ダイオード16、および発
光ダイオードの最適な電流とするための直列抵抗器15
が直列に接続され、半導体素子10のアノードA1カソ
ードに間に並列接続される。ダイオード14は発光ダイ
オード13の逆電圧保護用として並列に接続される。ま
た、半導体素子10のゲート入力信号23のゲート入力
を遮断を目的としたホトトランジスタ13−2はゲート
G−カンードに間に接続される。
第1図(d)は半導体素子10の冷却用ヒートシンク3
0と温度検出センサー12の取付の一実施例である。な
お、温度検出センサー12の検出方法としでは冷却用ヒ
ートシンク30には直接取付ず間接的にヒートシンク冷
却媒体の温度を検出する方法もある。
0と温度検出センサー12の取付の一実施例である。な
お、温度検出センサー12の検出方法としでは冷却用ヒ
ートシンク30には直接取付ず間接的にヒートシンク冷
却媒体の温度を検出する方法もある。
ここで注意すべきことは、半導体素子自身の順電圧を利
用して素子自身の過熱検出動作によシゲートG−カンー
ドに間を短絡動作によシ、ゲート信号t−oとし素子の
動作停止保護および過熱検出表示が個々にできることで
ある。
用して素子自身の過熱検出動作によシゲートG−カンー
ドに間を短絡動作によシ、ゲート信号t−oとし素子の
動作停止保護および過熱検出表示が個々にできることで
ある。
一般に、第2図に示す母線電流工は並列ユニット2にI
t、I!・・・・・・工、とほぼ平均に分担して流れる
が、半導体素子がサイリスタの場合、ターンオフ時間の
バラツキ、順方向電圧降下(FVD 1のバラツキ、回
路インピーダンスおよび接続部の接触抵抗のバラツキ等
が大きくなった場合、特定のユニットのみに分担電流が
過大となることが考えられる。
t、I!・・・・・・工、とほぼ平均に分担して流れる
が、半導体素子がサイリスタの場合、ターンオフ時間の
バラツキ、順方向電圧降下(FVD 1のバラツキ、回
路インピーダンスおよび接続部の接触抵抗のバラツキ等
が大きくなった場合、特定のユニットのみに分担電流が
過大となることが考えられる。
このような不具合が生じた場合、本実施例によシ保護お
よび過熱表示ができる。
よび過熱表示ができる。
一例として、第2図のU−+t−1の分担電流の初期値
をIt’v”(A)と仮定する。
をIt’v”(A)と仮定する。
ここで、I s : U−+t−1の初期分担電流(
A)工 :電力変換装置の母線電K (A)n :電力
変換装置の並列半導体ユニ ット数 この場合のU−1t 1の半導体素子の接合部温度T
1および温度検出センサ一部温度T26tt は次のよ
うに表わされる。
A)工 :電力変換装置の母線電K (A)n :電力
変換装置の並列半導体ユニ ット数 この場合のU−1t 1の半導体素子の接合部温度T
1および温度検出センサ一部温度T26tt は次のよ
うに表わされる。
Tr =Ta+r+P tx (R+−*+Rs−*s
s+Ru5−a+r ) (C)T 2 m g =
T a□+P1×几was−atr (C)ここで、T
、:冷却風温度40(C) PK =分担電流工、時の素子順方向電流による損失2
20(W) RJ−*:素子接合部〜素子ケース間の熱抵抗0、os
(C/W) Ram−,6,、素子ケース間〜温度センサー取付部間
の熱抵抗0.04 (C/W) Rsss−air:温度センサー取付部〜冷却空気(ヒ
ートシンク)間の熱抵抗 0.13(C’/W) と仮定すると、T J I THs の各々の温度はT
i=40C+220WX(0,05+0.04+0.1
3)C/W=84C T2g11=40C+220Wx0.13=66Gが通
常の動作となシ、この場合の温度センサーの設定温度を
800とすると、保護動作および過熱検出表示はしない
。
s+Ru5−a+r ) (C)T 2 m g =
T a□+P1×几was−atr (C)ここで、T
、:冷却風温度40(C) PK =分担電流工、時の素子順方向電流による損失2
20(W) RJ−*:素子接合部〜素子ケース間の熱抵抗0、os
(C/W) Ram−,6,、素子ケース間〜温度センサー取付部間
の熱抵抗0.04 (C/W) Rsss−air:温度センサー取付部〜冷却空気(ヒ
ートシンク)間の熱抵抗 0.13(C’/W) と仮定すると、T J I THs の各々の温度はT
i=40C+220WX(0,05+0.04+0.1
3)C/W=84C T2g11=40C+220Wx0.13=66Gが通
常の動作となシ、この場合の温度センサーの設定温度を
800とすると、保護動作および過熱検出表示はしない
。
次に、上記工1の電流が分担電流130%程度に増加し
て不具合が生じたと仮定すると、素子の順方向電流によ
る発生損失Piは、はぼ1501以上に増加し、約33
0(W)に増加したと仮定すると、TJ 、 T!al
l は次のように、T+=400+330WX(0,0
5+0.04+0.13)C/W=11L6G Txag= 40C+330WX0.13 C/W=
82..9 Cとなり、温度センサーの設定値が80C
以上となシ、第1図(C)および(ψの温度センサー1
2が過熱を検出して動作し、ホトトランジスタ用発光ダ
イオード13−1および過熱表示発光ダイオード16に
素子屓電圧(VA−K)の直列抵抗15による分担電圧
が印加されホトトランジスタのON動作によシゲート入
力の停止および発光加熱表示を行なうことKなる。
て不具合が生じたと仮定すると、素子の順方向電流によ
る発生損失Piは、はぼ1501以上に増加し、約33
0(W)に増加したと仮定すると、TJ 、 T!al
l は次のように、T+=400+330WX(0,0
5+0.04+0.13)C/W=11L6G Txag= 40C+330WX0.13 C/W=
82..9 Cとなり、温度センサーの設定値が80C
以上となシ、第1図(C)および(ψの温度センサー1
2が過熱を検出して動作し、ホトトランジスタ用発光ダ
イオード13−1および過熱表示発光ダイオード16に
素子屓電圧(VA−K)の直列抵抗15による分担電圧
が印加されホトトランジスタのON動作によシゲート入
力の停止および発光加熱表示を行なうことKなる。
この時、素子接合部の温度Tjは11Z6Cであシ、サ
イリスタの場合は接合部許容温度125C以内であり、
サイリスタは加熱から保護されることKなる。
イリスタの場合は接合部許容温度125C以内であり、
サイリスタは加熱から保護されることKなる。
以上は、電流分担の不平衡率が大きくなった場合を詳細
に説明したが、冷却風量の低下、または各素子のヒート
シンク部の冷却風量の不平衡が生じた場合も、ヒートシ
ンク部の熱抵抗R*5s−airが大きくなシ、前述と
全く同様に、保護動作および過熱検出表示器が動作する
ことVCする。
に説明したが、冷却風量の低下、または各素子のヒート
シンク部の冷却風量の不平衡が生じた場合も、ヒートシ
ンク部の熱抵抗R*5s−airが大きくなシ、前述と
全く同様に、保護動作および過熱検出表示器が動作する
ことVCする。
本発明の実施例によれば、不具合加熱素子の加熱表示が
可能となシ、半導体素子の保護とともKその加熱表示装
置により加熱部発見が容易にできる。
可能となシ、半導体素子の保護とともKその加熱表示装
置により加熱部発見が容易にできる。
本発明の一実施例の第1図(C)において、発光ダイオ
ード160代シに、ネオンランプ等も使用可能であシ、
これらの発光表示の光信号を利用して、共通の警報出力
を得る制御部を備えることによシ容易に保護警報信号が
得られることも可能である。
ード160代シに、ネオンランプ等も使用可能であシ、
これらの発光表示の光信号を利用して、共通の警報出力
を得る制御部を備えることによシ容易に保護警報信号が
得られることも可能である。
また、温度検出センサーとして、温度スイッチを使用し
たが、その代シに、感熱抵抗体(正特性、又は負特性)
によシ温度を検出し、加熱によるインピーダンス変化に
よp1加熱表示を点灯(通常消灯の場合)又は消灯(通
常点灯表示の場合)によシ保護および加熱検出表示を行
なうこともできる。
たが、その代シに、感熱抵抗体(正特性、又は負特性)
によシ温度を検出し、加熱によるインピーダンス変化に
よp1加熱表示を点灯(通常消灯の場合)又は消灯(通
常点灯表示の場合)によシ保護および加熱検出表示を行
なうこともできる。
又、本実施例(a)と(c)の回路構成例ではゲート入
力信号のOFFの方法として、半導体素子10のゲート
Gとカソードに間をON動作信号によシ短絡しているが
、ゲート入力直列抵抗器22とゲート直列ダイオード2
1の間とカソードに間をON動作信号によシ短絡してゲ
ート入力信号’eOFFさせる方法もある。
力信号のOFFの方法として、半導体素子10のゲート
Gとカソードに間をON動作信号によシ短絡しているが
、ゲート入力直列抵抗器22とゲート直列ダイオード2
1の間とカソードに間をON動作信号によシ短絡してゲ
ート入力信号’eOFFさせる方法もある。
本発明によれば、ゲート制御半導体素子を使用した電力
変換装置の一例に加熱が生じても、容易に加熱発生部の
保護と発見ができる。
変換装置の一例に加熱が生じても、容易に加熱発生部の
保護と発見ができる。
第1図(a)ないしくd)はそれぞれ本発明によるゲー
ト制御半導体電力変換装置の一実施例を示す回路構成図
および正面図、第2図はゲート制御半導体電力変換装置
の1アーム中の半導体素子エニットの並列接続回路例を
示す図である。 l・・・半導体素子ユニット、10・・・ゲート制御半
導体素子、11・・・素子過熱保護装置、12・・・温
度検出センサー、13・・・ホトカプラー(13−1・
・・発光ダイオード、13−2・・・ホトトランジスタ
)、14・・・ダイオード、15・・・抵抗器、16・
・・発光ダイオード、21・・・ダイオード、22・・
・抵抗器、23・・・ゲートトリガ「信号、30・・・
素子冷却用ヒートシンク。
ト制御半導体電力変換装置の一実施例を示す回路構成図
および正面図、第2図はゲート制御半導体電力変換装置
の1アーム中の半導体素子エニットの並列接続回路例を
示す図である。 l・・・半導体素子ユニット、10・・・ゲート制御半
導体素子、11・・・素子過熱保護装置、12・・・温
度検出センサー、13・・・ホトカプラー(13−1・
・・発光ダイオード、13−2・・・ホトトランジスタ
)、14・・・ダイオード、15・・・抵抗器、16・
・・発光ダイオード、21・・・ダイオード、22・・
・抵抗器、23・・・ゲートトリガ「信号、30・・・
素子冷却用ヒートシンク。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、電流分担されかつ少なくとも1個のヒートシンクに
搭載されたゲート制御半導体素子を備えるゲート制御半
導体電力変換装置において、各ヒートシンクに対し、少
なくとも1個の過熱保護手段を設け、さらに、この過熱
保護手段の検知信号によつて、該過熱保護手段に対応す
るヒートシンク上のゲート制御半導体素子の動作を停止
せしめる手段を設けたことを特徴とするゲート制御半導
体電力変換装置。 2、前記過熱保護手段はそれぞれ各ゲート制御半導体素
子毎に設けられている特許請求の範囲第1項記載のゲー
ト制御半導体電力変換装置。 3、前記過熱保護手段の検知信号によつて表示装置を駆
動せしめるようにした特許請求の範囲第1項および第2
項記載のゲート制御半導体電力変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59249341A JPS61128765A (ja) | 1984-11-26 | 1984-11-26 | ゲ−ト制御半導体電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59249341A JPS61128765A (ja) | 1984-11-26 | 1984-11-26 | ゲ−ト制御半導体電力変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61128765A true JPS61128765A (ja) | 1986-06-16 |
Family
ID=17191574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59249341A Pending JPS61128765A (ja) | 1984-11-26 | 1984-11-26 | ゲ−ト制御半導体電力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61128765A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU756851B2 (en) * | 2000-02-03 | 2003-01-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Power converter control device and power converter thereof |
| KR20140111449A (ko) * | 2013-03-11 | 2014-09-19 | 삼성전자주식회사 | 반도체 패키지 및 이를 구비하는 전자 시스템 |
| JP2018050433A (ja) * | 2016-09-23 | 2018-03-29 | 株式会社デンソー | 半導体装置 |
| JP2019126117A (ja) * | 2018-01-12 | 2019-07-25 | トヨタ自動車株式会社 | 電流制御回路 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5233154U (ja) * | 1975-08-30 | 1977-03-08 |
-
1984
- 1984-11-26 JP JP59249341A patent/JPS61128765A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5233154U (ja) * | 1975-08-30 | 1977-03-08 |
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| WO2018055908A1 (ja) * | 2016-09-23 | 2018-03-29 | 株式会社デンソー | 半導体装置 |
| JP2019126117A (ja) * | 2018-01-12 | 2019-07-25 | トヨタ自動車株式会社 | 電流制御回路 |
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