(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＧＢＴのターンオンまたはターンオフを制御し、ＩＧＢＴで短絡または過電流が検出されればＩＧＢＴを強制的にターンオフさせるゲート駆動部と、
前記ゲート駆動部から出力されるオンまたはオフ制御電流に応じてスイッチングされてＩＧＢＴのゲート端に供給される制御電流を増幅させる第１トランジスタおよび第２トラ
ンジスタと、
前記第１トランジスタのベース端に連結してスイッチングの傾きを調整させる第１抵抗と、
前記第２トランジスタのベース端に連結してスイッチングの傾きを調整させる第２抵抗と、
前記第２抵抗と直列に連結し、前記第２トランジスタのベース端とエミッタ端に連結し、ＩＧＢＴの強制ターンオフ制御電流が前記第２トランジスタのベースに供給されずに、ＩＧＢＴのゲートに直接供給されるように別途のパスを形成する第３抵抗と、を含んで構成されることを特徴とするインバータ駆動装置。
【請求項２】
前記第３抵抗（Ｒｆｌｔ）は、（Ｉｆｌｔ×Ｒｆｌｔ）＜ＶＱ＿ｏｎおよび（ＩＯ×Ｒｆｌｔ）＞ＶＱ＿ｏｎである特性を有することを特徴とする請求項１に記載のインバータ駆動装置。
ここで、ＩｆｌｔはＩＧＢＴの強制ターンオフ制御電流であり、ＶＱ＿ｏｎは電流バッファの前記第１トランジスタと前記第２トランジスタをターンオンさせるための最小電圧であり、ＩＯはＩＧＢＴの定常状態でＩＧＢＴのターンオンまたはターンオフを実行させるための制御電流である。
【請求項３】
前記ゲート駆動部は、ＩＧＢＴの定常状態でターンオンまたはターンオフ制御電流（ＩＯ）を強制ターンオフ制御電流（Ｉｆｌｔ）よりも高い制御電流で出力し、前記第３抵抗にかかる電圧（ＩＯ×Ｒｆｌｔ）が電流バッファの前記第１トランジスタと前記第２トランジスタをターンオンさせるための最小電圧（ＶＱ＿ｏｎ）よりも大きく維持させることを特徴とする請求項１に記載のインバータ駆動装置。
【請求項４】
前記ゲート駆動部は、ＩＧＢＴの過渡状態でＩＧＢＴの強制ターンオフ制御電流（Ｉｆｌｔ）を定常状態の制御電流（ＩＯ）よりも低い電流で出力し、前記第３抵抗にかかる電圧（ＩＯ×Ｒｆｌｔ）が電流バッファの前記第２トランジスタをターンオンさせるための最小電圧（ＶＱ＿ｏｎ）よりも小さく維持させることを特徴とする請求項１に記載のインバータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ駆動装置に係り、より詳細には、インバータのゲート駆動にソフトターンオフ（Ｓｏｆｔ  Ｔｕｒｎ  Ｏｆｆ）を備えてＩＧＢＴを安定して保護できるようにしたインバータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、一般的な電気自動車のパワーシステムを示す図である。図１に示すように、電気自動車のパワーシステムは、ゲート駆動部１０、インバータ２０およびモータ（Ｍ）を含む。ゲート駆動部１０は、運転要求に応じてモータ（Ｍ）の駆動速度およびトルクを制御するためのＰＷＭ信号を、インバータ２０の複数のＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）に出力する。インバータ２０は、ゲート駆動部１０で印加されるＰＷＭ信号によって各相別ＩＧＢＴのスイッチングを介してＤＣリンク（Ｖｄｃ）から供給される高電圧の直流電源を三相交流電源で生成し、モータ（Ｍ）の各相に駆動電源として供給する。したがって、モータ（Ｍ）は、インバータ２０から電力ケーブルを介して供給される三相電源によって駆動され、指定された速度およびトルクを出力する。
【０００３】
図１は、電気自動車の例であるが、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車でもインバータとモータが適用されるので、インバータとモータが適用される自動車には、電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池自動車がある。上述のように、インバータとモータが適用される自動車は特性上、事故発生や整備不良、電力ケーブルおよび電装ケーブルの老朽化、組み立て工程のエラーなどにより、インバータ三相出力の短絡が発生することがある。
【０００４】
インバータ三相出力が短絡する場合、ＩＧＢＴには過電流が流れるので、過電流によるＩＧＢＴの焼損を防ぐため、ゲート駆動部は過電流状況を感知した場合、強制的にスイッチングを止める強制ターンオフを行なっている。しかしながら、ＩＧＢＴに過電流が流れる状況での急激なスイッチオフは、ＩＧＢＴの両端で瞬間的な過電圧（電圧オーバシュート）を誘発し、この時に発生する瞬間的な過電圧がＩＧＢＴの耐圧電圧よりも高い場合には、ＩＧＢＴが破損するという問題点を発生させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２２４９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、本発明は、インバータのゲート駆動にソフトターンオフ機能を強化してＩＧＢＴの両端で過電流が発生しないようにすることにより、ＩＧＢＴを安定して保護できるようにすることを目的とする。また、本発明は、ＩＧＢＴの耐圧電圧を変化させない状態で高いＤＣリンクの電圧使用を可能にすることを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による第１のインバータ駆動装置は、ＩＧＢＴのターンオンまたはターンオフを制御し、ＩＧＢＴで短絡または過電流が検出されればＩＧＢＴを強制的にターンオフさせるゲート駆動部と、前記ゲート駆動部から出力されるＩＧＢＴのターンオンまたはターンオフ制御電流を増幅させる電流バッファと、前記ゲート駆動部から出力されるＩＧＢＴの強制ターンオフ制御電流を遅延させてＩＧＢＴのソフトターンオフ時間を長く維持させるフィルタと、を含んで構成されることを特徴とする。
【０００８】
前記電流バッファは、フィルタの出力がベース端に連結し、コレクタ端に電源が連結し、エミッタ端はＩＧＢＴのゲート端に連結する第１トランジスタと、前記フィルタの出力がベース端に連結し、エミッタ端にＩＧＢＴのゲート端が連結し、コレクタ端はグラウンドに連結する第２トランジスタと、前記第１トランジスタと第２トランジスタのオンまたはオフに応じて増幅して出力される制御電流を分圧してＩＧＢＴの安定した動作を提供する分圧抵抗とを含むことを特徴とする。
【０００９】
前記フィルタは、キャパシタと抵抗が並列に連結するＲＣフィルタで構成され、時定数はＩＧＢＴの定常状態でオンまたはオフ応答速度の遅延を発生させない値に設定されることを特徴とする。
【００１０】
前記フィルタは、ゲート駆動部から出力されるＩＧＢＴの強制ターンオフ制御電流を遅延させ、電流バッファを構成する第２トランジスタのターンオン時間を遅延させることを特徴とする。
【００１１】
本発明による第２のインバータ駆動装置は、ＩＧＢＴのターンオンまたはターンオフを制御し、ＩＧＢＴで短絡または過電流が検出されればＩＧＢＴを強制的にターンオフさせるゲート駆動部と、前記ゲート駆動部から出力されるＩＧＢＴのターンオンまたはターンオフ制御電流を増幅させる電流バッファと、ゲート駆動部から出力されるＩＧＢＴの強制ターンオフ制御電流が前記電流バッファに供給されずに、ＩＧＢＴのゲート端に直接供給される別途のパスを形成させるフィルタ抵抗と、を含んでなることを特徴とする。
【００１２】
前記フィルタ抵抗は、ゲート駆動部から出力されるＩＧＢＴの強制ターンオフ制御電流が電流バッファで増幅しないようにすることを特徴とする。
【００１３】
前記フィルタ抵抗は、電流バッファを構成する第１トランジスタと第２トランジスタのベース端とエミッタ端に接続することを特徴とする。
【００１４】
前記フィルタ抵抗は、（Ｉｆｌｔ×Ｒｆｌｔ）＜ＶＱ＿ｏｎおよび（ＩＯ×Ｒｆｌｔ）＞ＶＱ＿ｏｎである特性を有することを特徴とする。ここで、ＩｆｌｔはＩＧＢＴの強制ターンオフ制御電流であり、Ｒｆｌｔはフィルタ抵抗値であり、ＶＱ＿ｏｎは電流バッファの第１トランジスタと第２トランジスタをターンオンさせるための最小電圧であり、ＩＯはＩＧＢＴの定常状態でＩＧＢＴのターンオンまたはターンオフを実行させるための制御電流である。
【００１５】
前記ゲート駆動部は、ＩＧＢＴの定常状態でターンオンまたはターンオフ制御電流（ＩＯ）を強制ターンオフ制御電流（Ｉｆｌｔ）よりも高い制御電流で出力し、フィルタ抵抗にかかる電圧（ＩＯ×Ｒｆｌｔ）が電流バッファの第１トランジスタと第２トランジスタをターンオンさせるための最小電圧（ＶＱ＿ｏｎ）よりも大きく維持させることを特徴とする。
【００１６】
前記ゲート駆動部は、ＩＧＢＴの過度状態でＩＧＢＴの強制ターンオフ制御電流（Ｉｆｌｔ）を定常状態の制御電流（ＩＯ）よりも低い電流で出力し、フィルタ抵抗にかかる電圧（ＩＯ×Ｒｆｌｔ）が電流バッファの第２トランジスタをターンオンさせるための最小電圧（ＶＱ＿ｏｎ）よりも小さく維持させることを特徴とする。
【００１７】
本発明による第３のインバータ駆動装置は、ＩＧＢＴのターンオンまたはターンオフを制御し、ＩＧＢＴで短絡または過電流が検出されればＩＧＢＴを強制的にターンオフさせるゲート駆動部と、前記ゲート駆動部から出力されるオンまたはオフ制御電流に応じてスイッチングされてＩＧＢＴのゲート端に供給される制御電流を増幅させる第１トランジスタおよび第２トランジスタと、前記第１トランジスタと第２トランジスタのベース端とエミッタ端に連結し、ＩＧＢＴの強制ターンオフ制御電流が第１トランジスタおよび第２トランジスタのベースに供給されずに、ＩＧＢＴのゲートに直接供給されるように別途のパスを形成させるフィルタ抵抗と、を含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明による第４のインバータ駆動装置は、ＩＧＢＴのターンオンまたはターンオフを制御し、ＩＧＢＴで短絡または過電流が検出されればＩＧＢＴを強制的にターンオフさせるゲート駆動部と、前記ゲート駆動部から出力されるオンまたはオフ制御電流に応じてスイッチングされてＩＧＢＴのゲート端に供給される制御電流を増幅させる第１トランジスタおよび第２トランジスタと、前記第１トランジスタのベース端に連結してスイッチングの傾きを調整させる第１抵抗と、前記第２トランジスタのベース端に連結してスイッチングの傾きを調整させる第２抵抗と、前記第２抵抗と直列に連結し、第２トランジスタのベース端とエミッタ端に連結し、ＩＧＢＴの強制ターンオフ制御電流が第２トランジスタのベースに供給されずに、ＩＧＢＴのゲートに直接供給されるように別途のパスを形成させる第３抵抗と、を含むことを特徴とする。
【００１９】
前記第３抵抗は、（Ｉｆｌｔ×Ｒｆｌｔ）＜ＶＱ＿ｏｎおよび（ＩＯ×Ｒｆｌｔ）＞ＶＱ＿ｏｎである特性を有することを特徴とする。ここで、ＩｆｌｔはＩＧＢＴの強制ターンオフ制御電流であり、Ｒｆｌｔはフィルタ抵抗値であり、ＶＱ＿ｏｎは電流バッファの第１トランジスタと第２トランジスタをターンオンさせるための最小電圧であり、ＩＯはＩＧＢＴの定常状態でＩＧＢＴのターンオンまたはターンオフを実行させるための制御電流である。
【００２０】
前記ゲート駆動部は、ＩＧＢＴの定常状態でターンオンまたはターンオフ制御電流（ＩＯ）を強制ターンオフ制御電流（Ｉｆｌｔ）よりも高い制御電流で出力し、第３抵抗にかかる電圧（ＩＯ×Ｒｆｌｔ）が電流バッファの第１トランジスタと第２トランジスタをターンオンさせるための最小電圧（ＶＱ＿ｏｎ）よりも大きく維持させることを特徴とする。
【００２１】
前記ゲート駆動部は、ＩＧＢＴの過度状態でＩＧＢＴの強制ターンオフ制御電流（Ｉｆｌｔ）を定常状態の制御電流（ＩＯ）よりも低い電流で出力し、第３抵抗にかかる電圧（ＩＯ×Ｒｆｌｔ）が電流バッファの第２トランジスタをターンオンさせるための最小電圧（ＶＱ＿ｏｎ）よりも小さく維持させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、インバータのゲート駆動でソフトターンオフ機能強化を受動素子のみによって容易に構成できる。また、ＩＧＢＴの両端で発生する過電圧を効果的に抑制することができる。さらに、ＩＧＢＴを保護して信頼性を向上させることができる。インバータの信頼性を向上させると共に、ＩＧＢＴの耐圧仕様を変更しない状態で、部品共用化および生産性向上を図り、原価低減の効果を得ることで価格競争力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】一般的な電気自動車のパワーシステムを示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るインバータ駆動装置を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るインバータ駆動装置を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るインバータ駆動装置の定常状態の等価回路を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るインバータ駆動装置の過度状態の等価回路を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係るインバータ駆動装置を示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るインバータ駆動装置の定常状態の等価回路を示す図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係るインバータ駆動装置の故障状態の等価回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。本発明は、多様に相違する形態で実現することができ、この実施形態に限定されるものではない。なお、本発明の説明に必要ない部分の図面は省略している。
【実施例１】
【００２５】
図２は本発明の第１実施形態に係るインバータ駆動装置を示す図である。図２に示すように、本発明のインバータ駆動装置は、ゲート駆動部１０１、電流バッファ１０２およびフィルタ１０３を含む。ゲート駆動部１０１は、ＩＧＢＴのターンオンとターンオフを制御し、ＩＧＢＴの短絡および過電流をチェックし、ＩＧＢＴで短絡または過電流が検出された場合にはＩＧＢＴを強制的にターンオフさせる。電流バッファ１０２は、ゲート駆動部１０１から出力される制御電流を増幅してＩＧＢＴのゲートに駆動電流として供給する。
【００２６】
電流バッファ１０２は、ＮＰＮ型である第１トランジスタ（Ｑ１０１）とＰＮＰ型である第２トランジスタ（Ｑ１０２）、および分圧抵抗（Ｒ１０１）（Ｒ１０２）で構成される。第１トランジスタ（Ｑ１０１）は、ベース端にゲート駆動部１０１から出力されるオンまたはオフ信号が連結し、コレクタ端に電源（Ｂ＋）が連結し、エミッタ端はＩＧＢＴのゲート端に連結する。第２トランジスタ（Ｑ１０２）は、ベース端にゲート駆動部１０１から出力されるオンまたはオフ信号が連結し、エミッタ端がＩＧＢＴのゲート端に連結し、コレクタ端はグラウンドに連結する。第１トランジスタ（Ｑ１０１）と第２トランジスタ（Ｑ１０２）は、ゲート駆動部１０１から出力されてベース端に印加されるオンまたはオフ制御電流に対して互いに対応する動作を実行し、ＩＧＢＴのオンまたはオフを実行させる。分圧抵抗（Ｒ１０１）（Ｒ１０２）は、第１トランジスタ（Ｑ１０１）と第２トランジスタ（Ｑ１０２）のオンまたはオフに応じて出力され、ＩＧＢＴのゲート端に供給される制御電流を分圧して、ＩＧＢＴの動作が安定して維持されるようにする。
【００２７】
フィルタ１０３は、ゲート駆動部１０１と電流バッファ１０２の間に構成され、ＩＧＢＴの短絡または過電流が検出されるとゲート駆動部１０１から出力される強制ターンオフ制御電流を遅延させ、ＩＧＢＴのソフトターンオフを長く維持する。フィルタ１０３は、キャパシタ（Ｃ１０１）と抵抗（Ｒ１０３）が並列に連結するＲＣフィルタで構成され、時定数は正常動作状態でＩＧＢＴのオンまたはオフ応答速度に影響を与えるため、保護動作を強化し、応答速度の遅延を最小化する値に設定される。フィルタ１０３は、ゲート駆動部１０１でソフトターンオフを実行するために出力される制御電流を時定数に設定された時間だけ遅延（維持）させ、電流バッファ１０２内の第２トランジスタ（Ｑ１０２）のオンが長く維持されるようにする。すなわちＩＧＢＴのターンオフ時間が長く維持される。
【００２８】
第１実施形態におけるインバータ駆動装置の動作は次のとおりである。まず、ＩＧＢＴの短絡または過電流が検出されない定常状態とする。ゲート駆動部１０１でＩＧＢＴのターンオンを実行させるための制御電流が出力されれば、電流バッファ１０２を構成するＮＰＮ型である第１トランジスタ（Ｑ１０１）がターンオンされる。第１トランジスタ（Ｑ１０１）のターンオンに応じてコレクタ端から供給される電源（Ｂ＋）によって制御電流が増幅してＩＧＢＴのゲート端にゲート電流として供給されるため、ＩＧＢＴをターンオンさせる。このとき、電流バッファ１０２を構成するＰＮＰ型である第２トランジスタ（Ｑ１０２）は、ターンオフの状態を維持する。
【００２９】
また、ゲート駆動部１０１からＩＧＢＴのターンオフを実行させるための制御電流が出力されれば、電流バッファ１０２を構成するＮＰＮ型である第１トランジスタ（Ｑ１０１）はターンオフされ、ＰＮＰ型である第２トランジスタ（Ｑ１０２）はターンオンされる。第２トランジスタ（Ｑ１０２）のターンオンにより、ＩＧＢＴのゲート端に供給されるゲート制御電流は、第２トランジスタ（Ｑ１０２）のエミッタ端を介してコレクタ端に連結するグラウンドに流れるため、ＩＧＢＴはターンオフされる。
【００３０】
ゲート駆動部１０１の制御により、ＩＧＢＴがターンオンまたはターンオフ動作する状態で、ゲート駆動部１０１は、ＩＧＢＴの短絡および過電流をチェックする。ＩＧＢＴの短絡または過電流が検出されれば、ゲート駆動部１０１はＩＧＢＴを強制ターンオフさせるために制御電流を出力する。ＩＧＢＴを強制ターンオフさせるために、ゲート駆動部１０１から出力される制御電流は、フィルタ１０３を介して電流バッファ１０２に供給される。
【００３１】
このとき、フィルタ１０３を構成するキャパシタ（Ｃ１０１）の充電動作によって電流バッファ１０２を構成している第１トランジスタ（Ｑ１０１）のターンオフがゆっくり実行され、これに対応して第２トランジスタ（Ｑ１０２）のターンオンがゆっくり実行される。したがって、ＩＧＢＴのターンオフもゆっくり進行され、ＩＧＢＴの両端で過度な過電圧が発生することを防ぐためのソフトターンオフ動作を実行する。
【００３２】
また、フィルタ１０３を構成するキャパシタ（Ｑ１０１）に充電された電圧は抵抗（Ｒ１０３）の設定値に応じて放電され、電流バッファ１０２に供給される。したがって、電流バッファ１０２を構成している第１トランジスタ（Ｑ１０１）のターンオフ時間が遅延し、これに対応して第２トランジスタ（Ｑ１０２）のターンオン時間が遅延するため、ＩＧＢＴのターンオフ時間が長く維持されるようになる。したがって、ＩＧＢＴの短絡または過電流の検出による強制ターンオフ動作でソフトターンオフを安定して実行する。
【００３３】
以上で説明したように、本発明に係る第１実施形態は、インバータ駆動装置で強制ターンオフ動作を実行するときに、ソフトターンオフ機能を強化し、過電圧が発生しないようにすることによってＩＧＢＴの焼損を防ぐことができ、インバータの信頼性を向上させることができる。また、強制ターンオフに発生するオーバシュートとＩＧＢＴの正格耐圧の間にマージンを十分に確保することができ、ＩＧＢＴ共用化による原価低減と生産性向上を図ることができる。
【実施例２】
【００３４】
図３は本発明の第２実施形態に係るインバータ駆動装置を示す図である。図３に示すように、本発明のインバータ駆動装置は、ゲート駆動部２０１、電流バッファ２０２およびフィルタ抵抗（Ｒ２０５）を含む。ゲート駆動部２０１は、ＩＧＢＴのターンオンとターンオフを制御し、ＩＧＢＴの短絡および過電流を検出し、ＩＧＢＴで短絡または過電流が検出される場合にはＩＧＢＴを強制ターンオフさせる。
【００３５】
電流バッファ２０２は、ゲート駆動部２０１から出力される制御電流を増幅してＩＧＢＴのゲートに駆動電流に供給する。電流バッファ２０２は、ＮＰＮ型である第１トランジスタ（Ｑ２０１）とＰＮＰ型である第２トランジスタ（Ｑ２０２）、および分圧抵抗（Ｒ２０１）（Ｒ２０２）で構成される。第１トランジスタ（Ｑ２０１）は、ベース端にゲート駆動部２０１から出力されるオンまたはオフ信号が連結し、コレクタ端に電源（Ｂ＋）が連結し、エミッタ端はＩＧＢＴのゲート端に連結する。第２トランジスタ（Ｑ２０２）は、ベース端にゲート駆動部２０１から出力されるオンまたはオフ信号が連結し、エミッタ端がＩＧＢＴのゲート端に連結し、コレクタ端はグラウンドに連結する。第１トランジスタ（Ｑ２０１）と第２トランジスタ（Ｑ２０２）は、ゲート駆動部２０１から出力してベース端に印加されるオンまたはオフ信号に対して対応する動作を実行し、ＩＧＢＴのターンオンおよびターンオフを実行させる。
【００３６】
分圧抵抗（Ｒ２０１）（Ｒ２０２）は、第１トランジスタ（Ｑ２０１）と第２トランジスタ（Ｑ２０２）のオンまたはオフに応じて出力されてＩＧＢＴのゲート端に供給されるゲート電流を分圧し、ＩＧＢＴの動作が安定して維持されるようにする。フィルタ抵抗（Ｒ２０５）は、電流バッファ２０２の間に構成され、ＩＧＢＴの短絡または過電流の検出によってゲート駆動部２０１でＩＧＢＴを強制的にターンオフさせるために出力される制御電流が電流バッファ２０２を経ないように別途のパスに形成する。したがって、ゲート駆動部２０１から出力する制御電流が電流バッファ２０２で増幅されないようにし、ＩＧＢＴのソフトターンオフを安定して提供する。
【００３７】
フィルタ抵抗（Ｒ２０５）は、電流バッファ２０２の第１トランジスタ（Ｑ２０１）と第２トランジスタ（Ｑ２０２）のベース端とエミッタ端に接続する。フィルタ抵抗（Ｒ２０５）は、（Ｉｆｌｔ×Ｒｆｌｔ）＜ＶＱ＿ｏｎおよび（ＩＯ×Ｒｆｌｔ）＞ＶＱ＿ｏｎである特性を有する。Ｉｆｌｔは、ＩＧＢＴの短絡または過電流の検出によってＩＧＢＴを強制的にターンオフさせるための制御電流である。Ｒｆｌｔはフィルタ抵抗（Ｒ２０５）の抵抗値である。ＶＱ＿ｏｎは、電流バッファ２０２内の第１トランジスタ（Ｑ２０１）と第２トランジスタ（Ｑ２０２）をターンオンさせるための最小電圧である。ＩＯは、ＩＧＢＴの定常状態でＩＧＢＴのターンオンおよびターンオフを実行させるための制御電流である。
【００３８】
このような構成を有する第２実施形態に係るインバータ駆動装置の動作は次のとおりに実行される。まず、ＩＧＢＴの短絡または過電流が検出されない定常状態の動作は次のとおりである。ゲート駆動部２０１は、ＩＧＢＴのターンオンを実行させるために、ＩＧＢＴを強制ターンオフさせる制御電流（Ｉｆｌｔ）よりも高い制御電流（ＩＯ）を出力する。このとき、フィルタ抵抗（Ｒ２０５）にかかる電圧（ＩＯ×Ｒｆｌｔ）は、電流バッファ２０２を構成している第１トランジスタ（Ｑ２０１）と第２トランジスタ（Ｑ２０２）をターンオンさせるための最小電圧（ＶＱ＿ｏｎ）よりも大きくなるため、電流バッファ２０２は正常に作動する。
【００３９】
すなわち、ゲート駆動部２０１から出力された制御電流（ＩＯ）は、電流バッファ２０２を構成するＮＰＮ型である第１トランジスタ（Ｑ２０１）のベースに供給され、第１トランジスタ（Ｑ２０１）がターンオンする。したがって、第１トランジスタ（Ｑ２０１）のターンオンに応じてコレクタ端から供給される電源（Ｂ＋）によって制御電流が増幅してＩＧＢＴのゲート端にゲート電流として供給されるため、ＩＧＢＴをターンオンさせるようになる。このとき、電流バッファ２０２を構成するＰＮＰ型である第２トランジスタ（Ｑ２０２）は、ターンオフの状態を維持する。また、ゲート駆動部２０１は、ＩＧＢＴのターンオフを実行させるために制御電流（ＩＯ）を出力する。
【００４０】
このとき、フィルタ抵抗（Ｒ２０５）にかかる電圧（ＩＯ×Ｒｆｌｔ）は、電流バッファ２０２を構成する第１トランジスタ（Ｑ２０１）と第２トランジスタ（Ｑ２０２）をターンオンさせるための最小電圧（ＶＱ＿ｏｎ）よりも大きくなるため、電流バッファ２０２は正常に作動する。したがって、ゲート駆動部２０１から出力された制御電流（ＩＯ）は、電流バッファ２０２を構成するＮＰＮ型である第１トランジスタ（Ｑ２０１）のベースに供給されて第１トランジスタ（Ｑ２０１）はターンオフされ、ＰＮＰ型である第２トランジスタ（Ｑ２０２）はターンオンされる。第２トランジスタ（Ｑ２０２）のターンオンに応じて、ＩＧＢＴのゲート端に供給されるゲート電流は第２トランジスタ（Ｑ２０２）のエミッタ端を介してコレクタ端に連結するグラウンドに流れるようになるため、ＩＧＢＴはターンオフする。定常状態の動作は、図４に示す等価回路で表現してもよい。
【００４１】
次に、ゲート駆動部２０１の制御電流によってＩＧＢＴがターンオンまたはターンオフ動作する状態でＩＧＢＴの短絡または過電流が発生すれば、次のように作動する。ＩＧＢＴの短絡または過電流が検出されれば、ゲート駆動部２０１は、ＩＧＢＴを保護するため、ＩＧＢＴを強制ターンオフさせるための制御電流を出力する。このとき、ゲート駆動部２０１は、ＩＧＢＴの両端（Ｖｃｅ）で過度な過電圧が発生しないようにするため、制御電流（Ｉｆｌｔ）を定常状態における制御電流（ＩＯ）よりも小さい電流として出力する。したがって、電流バッファ２０２の間に挿入されたフィルタ抵抗（Ｒ２０５）にかかる電圧は、電流バッファ２０２を構成する第２トランジスタ（Ｑ２０２）をターンオンさせるための最小電圧（ＶＱ＿ｏｎ）よりも小さいため、第２トランジスタ（Ｑ２０２）はターンオフの状態で維持される。
【００４２】
このとき、図５に示す過度状態の等価回路に示すように、フィルタ抵抗（Ｒ２０５）とＩＧＢＴのゲート端に連結する分圧抵抗（Ｒ２０２）は直列に連結し、ゲート駆動部２０１に出力される第２トランジスタ（Ｑ２０２）をターンオンさせるための最小電圧（ＶＱ＿ｏｎ）よりも小さい電圧の駆動電流がＩＧＢＴのゲート端に印加される。したがって、ＩＧＢＴはソフトターンオフし、両端で過度な過電圧が発生しなくなる。以上で説明したように、第２実施形態に係るインバータ駆動装置は、ＩＧＢＴの短絡または過電流が検出されれば、ＩＧＢＴをソフトターンオフさせる電流パスを相違して形成することにより、正常スイッチング動作で応答速度の遅延が発生せず、インバータの信頼性および安定性を提供することができる。
【実施例３】
【００４３】
図６は本発明の第３実施形態に係るインバータ駆動装置の過度状態の等価回路を示す図である。図６に示すように、本発明の第３実施形態に係るインバータ駆動装置は、ゲート駆動部３０１、電流バッファ３０２およびフィルタ３０３を含む。ゲート駆動部３０１は、ＩＧＢＴのターンオンとターンオフを制御し、ＩＧＢＴの短絡および過電流をチェックし、ＩＧＢＴで短絡または過電流が検出される場合にはＩＧＢＴを強制ターンオフさせる。
【００４４】
電流バッファ３０２は、ゲート駆動部３０１から出力される制御電流を増幅してＩＧＢＴのゲートに駆動電流として供給する。電流バッファ３０２は、ＮＰＮ型である第１トランジスタ（Ｑ３０１）とＰＮＰ型である第２トランジスタ（Ｑ３０２）、および分圧抵抗（Ｒ３０１）（Ｒ３０２）で構成される。第１トランジスタ（Ｑ３０１）は、ベース端にゲート駆動部３０１から出力されるオンまたはオフ信号が連結し、コレクタ端に電源（Ｂ＋）が連結し、エミッタ端はＩＧＢＴのゲート端に連結する。第２トランジスタ（Ｑ３０２）は、ベース端にゲート駆動部３０１から出力されるオンまたはオフ信号が連結し、エミッタ端がＩＧＢＴのゲート端に連結し、コレクタ端はグラウンドに連結する。
【００４５】
第１トランジスタ（Ｑ３０１）と第２トランジスタ（Ｑ３０２）は、ゲート駆動部３０１から出力してベース端に印加されるオンまたはオフ信号に対して対応する動作を実行し、ＩＧＢＴのターンオンおよびターンオフを実行させる。分圧抵抗（Ｒ３０１）（Ｒ３０２）は、前記第１トランジスタ（Ｑ３０１）と第２トランジスタ（Ｑ３０２）のオンまたはオフに応じて出力されてＩＧＢＴのゲート端に供給されるゲート電圧を分圧し、ＩＧＢＴの動作が安定して維持されるようにする。
【００４６】
フィルタ３０３はゲート駆動部２０１と電流バッファ３０２の間に構成され、ＩＧＢＴの短絡または過電流の検出によってゲート駆動部３０１がＩＧＢＴを強制的にターンオフさせるために出力する制御電流の電流パスを、電流バッファ３０２を経由しない他のパスで形成する。したがって、ゲート駆動部３０１から出力される信号が電流バッファ３０２で増幅されないようにし、ＩＧＢＴのソフトターンオフを安定して提供する。
【００４７】
フィルタ３０３は、電流バッファ３０２を構成する第１トランジスタ（Ｑ３０１）のベース端に連結する第１抵抗（Ｒ３０７）、電流バッファ３０１を構成する第２トランジスタ（Ｑ３０２）のベース端に連結する第２抵抗（Ｒ３０８）、および第２トランジスタ（Ｑ３０２）のベース端とエミッタ端の間に接続する第３抵抗（Ｒ３０９）で構成される。第１抵抗（Ｒ３０７）は、ゲート駆動部３０１で第１トランジスタ（Ｑ３０１）のベース端にゲート信号として供給される制御電流の大きさ（電流量）を制限し、ＩＧＢＴのターンオンに対するスイッチングの傾きを調整する。第２抵抗（Ｒ３０８）は、ゲート駆動部３０１で第２トランジスタ（Ｑ３０２）のベース端にゲート信号として供給される制御電流の大きさ（電流量）を制限し、ＩＧＢＴのターンオフに対するスイッチングの傾きを調整する。
【００４８】
スイッチングの傾きは次のとおりに決定される。Ｖｃｅ（ＩＧＢＴの両端間の電圧）／△ｔ（経過時間）∝１／第１、２抵抗値（Ｒ３０７）（Ｒ３０８）
第２トランジスタ（Ｑ３０２）のベース端とエミッタ端の間に接続する第３抵抗は、（Ｉｆｌｔ×Ｒｆｌｔ）＜ＶＱ＿ｏｎおよび（ＩＯ×Ｒｆｌｔ）＞ＶＱ＿ｏｎである特性を有する。Ｉｆｌｔは、ＩＧＢＴの短絡または過電流の検出によってＩＧＢＴを強制的にターンオフさせるための制御電流である。Ｒｆｌｔは第３抵抗（Ｒ３０９）の抵抗値である。ＶＱ＿ｏｎは、電流バッファ３０２を構成する第１トランジスタ（Ｑ３０１）と第２トランジスタ（Ｑ３０２）をターンオンさせるための最小電圧である。ＩＯは、ＩＧＢＴの定常状態でＩＧＢＴのターンオンおよびターンオフを実行させるための制御電流である。
【００４９】
前記構成を有する第３実施形態に係るインバータ駆動装置の動作は次のとおりに実行される。まず、ＩＧＢＴの短絡または過電流が検出されない定常状態の動作は次のとおりとなる。ゲート駆動部３０１は、ＩＧＢＴのターンオンを実行させるために、ＩＧＢＴを強制ターンオフさせる制御電流（Ｉｆｌｔ）よりも高い制御電流（ＩＯ）を出力する。このとき、フィルタ３０３に構成される第３抵抗（Ｒ３０９）にかかる電圧（ＩＯ×Ｒｆｌｔ）は、電流バッファ３０２を構成している第１トランジスタ（Ｑ３０１）と第２トランジスタ（Ｑ３０２）をターンオンさせるための最小電圧（ＶＱ＿ｏｎ）よりも大きくなるため、電流バッファ３０２は正常に作動する。
【００５０】
すなわち、ゲート駆動部３０１から出力された制御電流（ＩＯ）は、電流バッファ３０２を構成するＮＰＮ型である第１トランジスタ（Ｑ３０１）のベースに供給され、第１トランジスタ（Ｑ３０１）をターンオンさせる。したがって、第１トランジスタ（Ｑ３０１）のターンオンに応じてコレクタ端から供給される電源（Ｂ＋）によって増幅した制御電流は、ＩＧＢＴのゲート端にゲート電流として供給されるため、ＩＧＢＴをターンオンさせるようになる。このとき、電流バッファ３０２を構成するＰＮＰ型である第２トランジスタ（Ｑ３０２）は、ターンオフの状態を維持する。また、ゲート駆動部３０１は、ＩＧＢＴのターンオフを実行させるために制御電流（ＩＯ）を出力する。
【００５１】
このとき、第３抵抗（Ｒ３０９）にかかる電圧（ＩＯ×Ｒｆｌｔ）は、電流バッファ３０２を構成している第１トランジスタ（Ｑ３０１）と第２トランジスタ（Ｑ３０２）をターンオンさせる最小電圧（ＶＱ＿ｏｎ）よりも大きくなるため、電流バッファ３０２は正常に作動する。したがって、ゲート駆動部３０１から出力された制御電流（ＩＯ）は電流バッファ３０２を構成するＮＰＮ型である第１トランジスタ（Ｑ３０１）のベースに供給され、第１トランジスタ（Ｑ３０１）はターンオフし、ＰＮＰ型である第２トランジスタ（Ｑ３０２）はターンオンする。
【００５２】
第２トランジスタ（Ｑ３０２）のターンオンに応じてＩＧＢＴのゲート端に供給されるゲート電流は、第２トランジスタＱ３０２のエミッタ端を介してコレクタ端に連結するグラウンドに流れるようになるため、ＩＧＢＴはターンオフする。ゲート駆動部３０１から出力される制御電流は、フィルタ３０３に構成される第１抵抗（Ｒ３０７）を介して第１トランジスタ（Ｑ３０１）のベース端に供給されて第１トランジスタ（Ｑ３０１）をターンオンさせ、第１トランジスタ（Ｑ３０１）のオンに応じて増幅した制御電流はＩＧＢＴをターンオンさせる。したがって、第１抵抗（Ｒ３０７）の大きさによって第１トランジスタ（Ｑ３０１）のベース端に供給される制御電流が調整されてスイッチング動作時間が調節されるため、ＩＧＢＴをターンオンさせる制御電流の大きさが調節され、ターンオンの傾きが調節される。
【００５３】
また、ゲート駆動部３０１から出力される制御電流は、フィルタ３０３に構成される第２抵抗（Ｒ３０８）を介して第２トランジスタ（Ｑ３０２）のベース端に供給されて第２トランジスタ（Ｑ３０２）をオフさせ、第２トランジスタ（Ｑ３０２）のオフに応じて増幅した制御電流はＩＧＢＴをターンオフさせる。したがって、第２抵抗（Ｒ３０８）の大きさによって第２トランジスタ（Ｑ３０２）のベース端に供給される制御電流が調整されてスイッチング動作時間が調節されるため、ＩＧＢＴをターンオフさせる制御電流の大きさが調節され、ターンオフの傾きが調節される。ＩＢＧＴの定常状態動作は、図７に示す等価回路で表現されてもよい。
【００５４】
次に、上述の正常動作状態でＩＧＢＴの短絡または過電流が発生すれば、次のとおりに作動する。ＩＧＢＴの短絡または過電流が検出されれば、ゲート駆動部３０１は、ＩＧＢＴを保護するために、ＩＧＢＴを強制ターンオフさせるための制御電流を出力する。このとき、ゲート駆動部２０１は、ＩＧＢＴの両端で過度な過電圧（Ｖｃｅ）が発生しないようにするために、制御電流（Ｉｆｌｔ）を定常状態における制御電流（ＩＯ）よりも小さい電流として出力する。したがって、第２トランジスタ（Ｑ３０２）のベース端とエミッタ端に連結してフィルタ３０３に構成される第３抵抗（Ｒ３０９）にかかる電圧は、電流バッファ３０２を構成する第２トランジスタ（Ｑ３０２）をターンオンさせるための最小電圧（ＶＱ＿ｏｎ）よりも小さいため、第２トランジスタ（Ｑ３０２）はターンオフの状態で維持される。
【００５５】
このとき、図８に示す過度状態の等価回路に示すように、スイッチングの傾きを調整するための第２抵抗（Ｒ３０８）とフィルタを提供する第３抵抗（Ｒ３０９）、およびＩＧＢＴのゲート端に連結する分圧抵抗（Ｒ３０２）は直列に連結し、ゲート駆動部３０１に出力される第２トランジスタ（Ｑ３０２）をターンオンさせるための最小電圧（ＶＱ＿ｏｎ）よりも小さい電圧の駆動電流がＩＧＢＴのゲート端に印加される。したがって、ＩＧＢＴはソフトターンオフし、両端で過度な過電圧が発生しなくなる。
【００５６】
以上で説明したとおり、第３実施形態に係るインバータ駆動装置は、ＩＧＢＴの短絡または過電流が検出されれば、ＩＧＢＴをソフトターンオフさせる電流パスを通常と相違して形成することにより、正常スイッチング動作で応答速度の遅延が発生せず、インバータの信頼性および安定性を提供することができる。また、ＩＧＢＴのターンオンとターンオフ動作の傾きをそれぞれ調節することができてスイッチング損失を最小化し、応答時間の最適化を提供することができる。
【００５７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、要素の付加、変更、追加、削除などによって他の実施形態にできる。これらも本発明の技術範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、ＩＧＢＴに過電流が流れないようにソフトターンオフの回路を備えたので、電気自動車のモータのインバータ駆動装置に適する。
【符号の説明】
【００５９】
１０１、２０１、３０１    ゲート駆動部
１０２、２０２、３０２    電流バッファ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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