(57)【要約】【課題】高耐圧半導体スイッチ用ドライブ回路の電源供給部の高耐圧化を不要とし、電源供給部の小型化を図る。【解決手段】従来の高耐圧半導体スイッチ用ドライブ回路では、半導体スイッチ用の共通の電圧を降圧して用いているため、ドライブ回路に半導体スイッチと同等の電圧が掛り高耐圧を要し大型化していたが、この発明では、例えば冷却フィン２０１１〜２０１４の温度と周囲温度との差で発電する熱発電素子２０２１〜２０２４を各半導体スイッチ１１〜１４対応に設け、その発生電力をドライブ回路１０１〜１０４へそれぞれ供給可能とすることにより、掲記課題の解決を図る。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己消弧形半導体素子を駆動するドライブ回路ごとに発電手段を設け、この発電手段からそれぞれ電源を供給することを特徴とする半導体素子用ドライブ回路の電源供給回路。
【請求項２】
前記発電手段として、熱発電素子を用いることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子用ドライブ回路の電源供給回路。
【請求項３】
前記発電手段として、発電モータを用いることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子用ドライブ回路の電源供給回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高耐圧半導体スイッチ素子を駆動するドライブ回路、特にこのドライブ回路への電源供給回路の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に、半導体スイッチ直列接続構成の２レベル電力変換装置の従来例を示す（例えば、非特許文献１参照）。この文献１では直列数は４であるが、図６では２として簡略化して示している。
この２レベル回路は半導体スイッチ１１，１２，１３，１４およびこれと逆並列に接続されるダイオード２１，２２，２３，２４と、半導体スイッチ１１，１２，１３，１４のゲートを駆動するドライブ回路３１，３２，３３，３４と、このドライブ回路３１，３２，３３，３４へ点弧信号Ａ，Ｂを生成する制御装置４と、直流電圧源５とを備えている。
【０００３】
ドライブ回路は図７に示すように、直流電圧降圧手段１００と、点弧信号増幅手段１０１とを備え、直流電圧降圧手段１００は、半導体スイッチ１のコレクタＣ・エミッタＥ間の電圧を入力し、ドライブ回路で使用する電圧レベルにまで降圧する。点弧信号増幅手段１０１と半導体スイッチの動作について、図８のタイミングチャートを参照して説明する。
【０００４】
ドライブ回路３１，３２内の点弧信号増幅手段１０１１，１０１２は、入力される点弧信号Ａの信号レベルを増幅して、正側の半導体スイッチ１１，１２のゲートＧ１，Ｇ２・エミッタＥ１，Ｅ２間に電圧を印加する。同様に、ドライブ回路３３，３４内の点弧信号増幅手段１０１３，１０１４は、入力される点弧信号Ｂの信号レベルを増幅して、正側の半導体スイッチ１３，１４のゲートＧ３，Ｇ４・エミッタＥ３，Ｅ４間に電圧を印加する。半導体スイッチは、ゲートＧ・エミッタＥ間に正の基準値以上の電圧が印加された際にオンし、負の電圧が印加された際にオフする。このように、２レベル回路では、常に点弧信号Ａと点弧信号Ｂとのいずれか一方をオン，他方をオフする動作を繰り返し、所望の交流電圧を出力する。
【０００５】
【非特許文献１】
江口，高橋，丸山「電力・産業用パワーエレクトロニクスを支える要素技術」富士時報、Ｖｏｌ．７４、Ｎｏ．５、２００１、ｐ２６６−２６７
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来方式ではドライブ回路の電源を、半導体スイッチの電圧を降圧させて得るようにしている。そのため、直流電圧降圧手段に半導体スイッチと同じ電圧がかかることになり、直流電圧降圧手段に半導体素子と同等の耐圧が必要になると言う問題がある。特に、半導体素子を高耐圧品とする場合は直流電圧降圧手段が数１０００ｃｍ３となり、非常に大きくなる。
したがって、この発明の課題は、電源供給部の高耐圧化を不要とし、小型化を図ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ドライブ回路で使用する電力を個々に発電すれば電源供給部の高耐圧化が不要になること、およびドライブ回路での消費電力は少なく発電部の体積が小さくて済むことに着目して成されたものである。
すなわち、半導体素子を電力変換回路装置に用いると、半導体素子からは、半導体素子での電圧降下にともなう電圧・電流積とスイッチング動作時の電圧・電流積とによる熱が発生する。そのため、電力変換回路装置では、半導体素子の温度が規定値以上になるのを防ぐために、図４のように半導体素子パッケージ２００１，２００２，２００３，２００４に例えば冷却フィン２０１１，２０１２，２０１３，２０１４を設けている。半導体素子の温度限界と冷却性能との関係から、一般に冷却フィンの温度は７０℃〜１２０℃になるようにしている。
【０００８】
したがって、冷却フィン２０１１，２０１２，２０１３，２０１４に、常温付近での熱起電力の高い、例えばＢｉＴｅ合金などの熱発電素子２０２１，２０２２，２０２３，２０２４を貼り付けることで、冷却フィン２０１１，２０１２，２０１３，２０１４と室温との温度差を利用して発電することができる。ＢｉＴｅ合金では、大きさ１ｃｍ３程度での熱起電力が０．２Ｖ／℃以上なので、ドライブ回路で必要な電力を非常に小型の発電素子で得ることができる。また、各冷却フィン２０１１，２０１２，２０１３，２０１４に加熱素子２０３１，２０３２，２０３３，２０３４を貼り付けることで、半導体素子が発熱するまでの期間でも、ドライブ回路を動作させるに十分な電力を確実に発電できるようにすることができる。
【０００９】
また、熱発電素子の代わりに、図５に示すように原動モータ３００に発電モータ３０１１，３０１２，３０１３，３０１４を動力伝達シャフト３０２１，３０２２，３０２３，３０２４を介して直列に接続し、原動モータ３００を駆動することでも各発電モータ３０１１，３０１２，３０１３，３０１４がドライブ回路に必要な電力を発電することができる。ドライブ回路の動作に必要な電力を発電する発電モータの大きさは数ｃｍ３程度であり、発電モータによる発電でも大幅な小型化を実現できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成図である。
この２レベル回路は、半導体スイッチ１１，１２，１３，１４およびこれと逆並列に接続されるダイオード２１，２２，２３，２４と、半導体スイッチ１１，１２，１３，１４のゲートを駆動するドライブ回路１０１，１０２，１０３，１０４と、このドライブ回路１０１，１０２，１０３，１０４への点弧信号Ａ，Ｂを生成する制御装置４と、直流電圧源５と、冷却フィン２０１１，２０１２，２０１３，２０１４と、この冷却フィン２０１１，２０１２，２０１３，２０１４に貼り付けられ、上記ドライブ回路１０１，１０２，１０３，１０４へ電源を供給する熱発電素子２０２１，２０２２，２０２３，２０２４と、冷却フィン２０１１，２０１２，２０１３，２０１４に貼り付けられた加熱素子２０３１，２０３２，２０３３，２０３４とを備えている。また、ドライブ回路１０は図２に示すように、点弧信号増幅手段１０１を備えている。
【００１１】
図１，図２の動作は、以下の通りである。
加熱素子２０３１，２０３２，２０３３，２０３４は、冷却フィン２０１１，２０１２，２０１３，２０１４の温度が規定値以下のとき発熱し、常に冷却フィン２０１１，２０１２，２０１３，２０１４の温度を所定値以上に保っている。熱発電素子２０２１，２０２２，２０２３，２０２４は冷却フィンの温度と周囲温度との差で発電し、ドライブ回路１０に電力を供給する。なお、その他の動作は従来と同様なので、説明は省略する。
以上のような構成とすることで、高耐圧半導体スイッチ用ドライブ回路の、電源供給部の小型化を実現することができる。
【００１２】
図３はこの発明の第２の実施の形態を示す構成図である。
この２レベル回路は、半導体スイッチ１１，１２，１３，１４およびこれと逆並列に接続されるダイオード２１，２２，２３，２４と、半導体スイッチ１１，１２，１３，１４のゲートを駆動するドライブ回路１０１，１０２，１０３，１０４と、このドライブ回路１０１，１０２，１０３，１０４への点弧信号Ａ，Ｂを生成する制御装置４と、直流電圧源５と、原動モータ３００と、発電モータ３０１１，３０１２，３０１３，３０１４と、動力伝達シャフト３０２１，３０２２，３０２３，３０２４とから構成される。
【００１３】
その動作は、以下のとおりである。
発電モータ３０１１，３０１２，３０１３，３０１４は、動力伝達シャフト３０２１，３０２２，３０２３，３０２４を介して原動モータ３００により駆動されることで発電し、これによりドライブ回路１０に電力を供給する。その他の動作は従来と同様なので、説明は省略する。
以上のような構成とすることで、高耐圧半導体スイッチ用ドライブ回路の、電源供給部の小型化を実現するものである。
【００１４】
【発明の効果】
この発明によれば、各ゲートドライブ回路の電源を、それぞれに設けた発電装置から供給するようにしたので、高耐圧半導体スイッチ用ドライブ回路の、電源供給部の高耐圧化が不要となり、電源供給部の小型化を実現できるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す構成図
【図２】図１のドライブ回路の具体例を示す構成図
【図３】この発明の第２の実施の形態を示す構成図
【図４】この発明の第１の原理を説明する説明図
【図５】この発明の第２の原理を説明する説明図
【図６】従来例を示す構成図
【図７】図６のドライブ回路の具体例を示す構成図
【図８】図６，図７の動作説明図
【符号の説明】
１…半導体スイッチ、２…ダイオード、３，１０…ドライブ回路、４…制御装置、５…直流電圧源、１００…直流電圧降圧手段、１０１…点弧信号増幅手段、２００…半導体素子パッケージ、２０１…冷却フィン、２０２…熱発電素子、２０３…加熱素子、３００…原動モータ、３０１…発電モータ、３０２…動力伝達シャフト。
【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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