(57)【要約】【課題】ＲＴＣ回路を内蔵したトレンチゲート構造ＩＧＢＴモジュールにおける短絡検出を、信頼性良く確実に行う。【解決手段】トレンチゲート型のＩＧＢＴ素子２１の短絡電流を検出してゲート電圧を低下させ該短絡電流を制限するＲＴＣ（Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路２３を内蔵したＩＧＢＴモジュール１の短絡検出を、ゲート電圧降下を検出して行う電力変換装置において、短絡検出回路の出力側に、運転開始指令入力直後の所定の期間のみ、短絡検出信号１１の出力をキャンセルするキャンセル回路８を備え、ＲＴＣ回路２３の寄生浮遊容量２４への充電に起因する短絡誤検出の発生を防止する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレンチゲート型のＩＧＢＴ素子と該ＩＧＢＴ素子の短絡電流を検出してゲート電圧を低下させ該短絡電流を制限するＲＴＣ（Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路とを内蔵したＩＧＢＴモジュールと、ゲート駆動信号により上記ＩＧＢＴ素子にゲート電圧を印加して該ＩＧＢＴ素子を駆動する駆動回路と、上記ＩＧＢＴ素子のゲート電圧を検出して基準電圧以下であるとき上記ＩＧＢＴ素子が短絡状態であると判定して短絡検出信号を出力する短絡検出回路とを備え、運転開始指令の入力により上記ゲート駆動信号を上記駆動回路に入力して上記ＩＧＢＴ素子を駆動する電力変換装置において、上記短絡検出回路の出力側に、上記運転開始指令入力直後の所定の期間のみ、上記短絡検出信号の出力をキャンセルするキャンセル回路を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
トレンチゲート型のＩＧＢＴ素子と該ＩＧＢＴ素子の短絡電流を検出してゲート電圧を低下させ該短絡電流を制限するＲＴＣ回路とを内蔵したＩＧＢＴモジュールと、ゲート駆動信号により上記ＩＧＢＴ素子にゲート電圧を印加して該ＩＧＢＴ素子を駆動する駆動回路と、上記ＩＧＢＴ素子のゲート電圧を検出して基準電圧以下であるとき上記ＩＧＢＴ素子が短絡状態であると判定して短絡検出信号を出力する短絡検出回路とを備え、運転開始指令の入力により上記ゲート駆動信号を上記駆動回路に入力して上記ＩＧＢＴ素子を駆動する電力変換装置において、上記ゲート駆動信号を、上記ＩＧＢＴ素子を駆動する正規のＯＮ／ＯＦＦ駆動信号とダミー駆動信号とで構成し、上記ダミー駆動信号は、上記ＩＧＢＴ素子は駆動せず上記ＲＴＣ回路の寄生浮遊容量を充電するためのゲート電圧を該ＩＧＢＴ素子に印加する短時間パルス信号であり、該ダミー駆動信号を駆動回路に入力した後、上記正規のＯＮ／ＯＦＦ駆動信号を上記駆動回路に入力して上記ＩＧＢＴ素子を駆動することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
上記運転開始指令入力直後に上記ダミー駆動信号を上記駆動回路に入力し、その後、上記ＲＴＣ回路の寄生浮遊容量の放電時間に基づいて定められた所定の時間内に上記正規のＯＮ／ＯＦＦ駆動信号を上記駆動回路に入力して上記ＩＧＢＴ素子を駆動することを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
上記運転開始指令の入力以前の上記ＩＧＢＴ素子の停止状態において、上記ダミー駆動信号を、上記ＲＴＣ回路の寄生浮遊容量の放電時間に基づいて定められた所定の時間サイクルで上記駆動回路に入力し、上記運転開始指令の入力により上記正規のＯＮ／ＯＦＦ駆動信号を上記駆動回路に入力して上記ＩＧＢＴ素子を駆動することを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【請求項５】
上記短絡検出信号により上記駆動回路へのゲート駆動信号を遮断して上記ＩＧＢＴ素子を短絡保護することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の電力変換装置。
【請求項６】
トレンチゲート型のＩＧＢＴ素子と該ＩＧＢＴ素子の短絡電流を検出してゲート電圧を低下させ該短絡電流を制限するＲＴＣ回路とを内蔵したＩＧＢＴモジュールと、ゲート駆動信号により上記ＩＧＢＴ素子にゲート電圧を印加して該ＩＧＢＴ素子を駆動する駆動回路と、上記ＩＧＢＴ素子のゲート電圧をゲート電圧検出部により検出し、該ゲート電圧が基準電圧以下であるとき上記ＩＧＢＴ素子が短絡状態であると判定して短絡検出信号を出力する短絡検出回路とを備えた電力変換装置において、上記短絡検出回路の上記ゲート電圧検出部に上記基準電圧以下の模擬電圧を印加する短絡模擬回路を設け、上記模擬電圧の印加により上記短絡検出回路を模擬動作させることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
トレンチゲート型のＩＧＢＴ素子と該ＩＧＢＴ素子の短絡電流を検出してゲート電圧を低下させ該短絡電流を制限するＲＴＣ回路とを内蔵したＩＧＢＴモジュールと、ゲート駆動信号により上記ＩＧＢＴ素子にゲート電圧を印加して該ＩＧＢＴ素子を駆動する駆動回路と、上記ＩＧＢＴ素子のゲート電圧を検出して基準電圧以下であるとき上記ＩＧＢＴ素子が短絡状態であると判定して短絡検出信号を出力する短絡検出回路とを備え、運転開始指令の入力により上記ゲート駆動信号を上記駆動回路に入力して上記ＩＧＢＴ素子を駆動する電力変換装置において、上記短絡検出回路で用いる基準電圧に対し、正規の電圧と別に動作試験時に用いる第２の電圧を設定可能としたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項７記載の電力変換装置を用い、上記短絡検出回路の基準電圧に上記正規の電圧を用いて上記ＩＧＢＴ素子を実際に駆動させるに先だって、上記第２の電圧を上記正規の電圧より所定量高めに設定し、該第２の電圧を上記基準電圧に用いて上記ＩＧＢＴ素子を駆動させる動作試験を行い、該動作試験において、上記運転開始指令入力直後の所定の期間に上記短絡検出信号が出力されたとき、上記ＩＧＢＴモジュールを異常として別のＩＧＢＴモジュールに取り替えて再度動作試験を行うことを特徴とする電力変換装置を用いた試験方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トレンチゲート構造のＩＧＢＴ素子を用いた電力変換装置に関し、特にＩＧＢＴ素子の短絡検出に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トレンチゲート構造のＩＧＢＴ素子では短絡時の飽和電流が大きいため、ＲＴＣ（Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路を内蔵させたＩＧＢＴモジュールが用いられている。このＲＴＣ回路は、ＩＧＢＴ素子の短絡電流を検出してゲート電圧を負帰還低下させて短絡電流を制限するものである（例えば、非特許文献１参照）。
従来、このようなＲＴＣ回路を内蔵したトレンチゲート構造ＩＧＢＴモジュールにおける短絡検出は、ＩＧＢＴモジュールのＲＴＣ回路の動作によるゲート電圧降下を検出して行っている。即ち、短絡検出回路を備えて、ゲート電圧が基準電圧よりも低くなるとき短絡状態と判定して短絡検出信号を出力させる（例えば、非特許文献２参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
「三菱パワーモジュールＭＯＳ  活用の手引き」三菱電機株式会社発行、ｐ．５０−５２
【非特許文献２】
「ＩＧＢＴモジュール駆動用ハイブリッドＩＣ、Ｍ５７１６０ＡＬ−０１のカタログ」イサハヤ電子株式会社発行、２００２年１１月
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来、ＲＴＣ回路を内蔵したトレンチゲート構造ＩＧＢＴモジュールにおける短絡検出は、ゲート電圧降下を検出して行っている。
ところで、ＲＴＣ回路を内蔵したトレンチゲート構造ＩＧＢＴモジュールでは、ＩＧＢＴ素子のゲートおよびＲＴＣ回路の寄生浮遊容量（以下、寄生浮遊容量ＣＲＴＣと称す）が存在する。このため、運転開始時における初回のゲート駆動信号によるＩＧＢＴ素子のゲートへのゲート電圧の印加で、寄生浮遊容量ＣＲＴＣに充電するものであるが、このときにゲート電圧波形が鈍り、ゲート電圧が短絡検出の基準電圧よりも低くなることがある。これにより、短絡検出回路が動作して、ＩＧＢＴ素子が短絡状態であると誤検出してしまうという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、ＲＴＣ回路を内蔵したトレンチゲート構造ＩＧＢＴモジュールにおける短絡検出を、信頼性良く確実に行うことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電力変換装置は、トレンチゲート型のＩＧＢＴ素子と該ＩＧＢＴ素子の短絡電流を検出してゲート電圧を低下させ該短絡電流を制限するＲＴＣ回路とを内蔵したＩＧＢＴモジュールと、ゲート駆動信号により上記ＩＧＢＴ素子にゲート電圧を印加して該ＩＧＢＴ素子を駆動する駆動回路と、上記ＩＧＢＴ素子のゲート電圧を検出して基準電圧以下であるとき上記ＩＧＢＴ素子が短絡状態であると判定して短絡検出信号を出力する短絡検出回路とを備え、運転開始指令の入力により上記ゲート駆動信号を上記駆動回路に入力して上記ＩＧＢＴ素子を駆動する装置である。そして、上記短絡検出回路の出力側に、上記運転開始指令入力直後の所定の期間のみ、上記短絡検出信号の出力をキャンセルするキャンセル回路を備えたものである。
【０００７】
またこの発明に係る電力変換装置は、上記ゲート駆動信号を、上記ＩＧＢＴ素子を駆動する正規のＯＮ／ＯＦＦ駆動信号とダミー駆動信号とで構成し、上記ダミー駆動信号は、上記ＩＧＢＴ素子は駆動せず上記ＲＴＣ回路の寄生浮遊容量を充電するためのゲート電圧を該ＩＧＢＴ素子に印加する短時間パルス信号であり、該ダミー駆動信号を駆動回路に入力した後、上記正規のＯＮ／ＯＦＦ駆動信号を上記駆動回路に入力して上記ＩＧＢＴ素子を駆動するものである。
【０００８】
またこの発明に係る電力変換装置は、トレンチゲート型のＩＧＢＴ素子と該ＩＧＢＴ素子の短絡電流を検出してゲート電圧を低下させ該短絡電流を制限するＲＴＣ回路とを内蔵したＩＧＢＴモジュールと、ゲート駆動信号により上記ＩＧＢＴ素子にゲート電圧を印加して該ＩＧＢＴ素子を駆動する駆動回路と、上記ＩＧＢＴ素子のゲート電圧をゲート電圧検出部により検出し、該ゲート電圧が基準電圧以下であるとき上記ＩＧＢＴ素子が短絡状態であると判定して短絡検出信号を出力する短絡検出回路とを備えた装置である。そして、上記短絡検出回路の上記ゲート電圧検出部に上記基準電圧以下の模擬電圧を印加する短絡模擬回路を設け、上記模擬電圧の印加により上記短絡検出回路を模擬動作させるものである。
【０００９】
またこの発明に係る電力変換装置は、トレンチゲート型のＩＧＢＴ素子と該ＩＧＢＴ素子の短絡電流を検出してゲート電圧を低下させ該短絡電流を制限するＲＴＣ回路とを内蔵したＩＧＢＴモジュールと、ゲート駆動信号により上記ＩＧＢＴ素子にゲート電圧を印加して該ＩＧＢＴ素子を駆動する駆動回路と、上記ＩＧＢＴ素子のゲート電圧を検出して基準電圧以下であるとき上記ＩＧＢＴ素子が短絡状態であると判定して短絡検出信号を出力する短絡検出回路とを備え、運転開始指令の入力により上記ゲート駆動信号を上記駆動回路に入力して上記ＩＧＢＴ素子を駆動する装置である。そして、上記短絡検出回路で用いる基準電圧に対し、正規の電圧と別に動作試験時に用いる第２の電圧を設定可能としたものである。
【００１０】
またこの発明に係る電力変換装置を用いた試験方法は、請求項７記載の電力変換装置を用い、上記短絡検出回路の基準電圧に上記正規の電圧を用いて上記ＩＧＢＴ素子を実際に駆動させるに先だって、上記第２の電圧を上記正規の電圧より所定量高めに設定し、該第２の電圧を上記基準電圧に用いて上記ＩＧＢＴ素子を駆動させる動作試験を行う。そして、該動作試験において、上記運転開始指令入力直後の所定の期間に上記短絡検出信号が出力されたとき、上記ＩＧＢＴモジュールを異常として別のＩＧＢＴモジュールに取り替えて再度動作試験を行うものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１による電力変換装置の構成を示す回路図である。図に示すように、電力変換装置は、ＩＧＢＴモジュール１、ゲート抵抗２ａで構成されるゲート抵抗回路２、ＩＧＢＴモジュール１を駆動すると共に短絡検出のための駆動用ハイブリッドＩＣ３とフォトカプラ４とで構成される制御回路５、およびＡＮＤ回路６とワンショットＩＣ７とで構成され短絡検出をキャンセルするためのキャンセル回路８を備える。ワンショットＩＣ７の出力は、常時Ｈｉｇｈ出力で、入力信号立ち上がりトリガにて所定の短期間（例えば１ｍｓ）のみＬｏｗ出力となる。なお、９は駆動用ハイブリッドＩＣ３に入力されるゲート駆動信号（以下、ゲート信号と称す）、１０は電力変換装置の運転指令となる変換器運転信号、１１はフォトカプラ４を介して駆動用ハイブリッドＩＣ３から出力される短絡検出信号、１１ａはＡＮＤ回路６から出力される短絡検出確認信号、１２、１３、１４は、それぞれ駆動用ハイブリッドＩＣ３のゲート電圧出力端子、ゲート電圧監視端子、短絡検出出力端子である。
【００１２】
ＩＧＢＴモジュール１の詳細を図２に示す。図２に示すように、ＩＧＢＴモジュール１は、ダイオード２２が逆並列接続されたトレンチゲート構造のＩＧＢＴ素子２１と、ＩＧＢＴ素子２１の短絡電流を制限するためのＲＴＣ回路２３とを内蔵する。また、ＩＧＢＴ素子２１のゲートおよびＲＴＣ回路２３には寄生浮遊容量（寄生浮遊容量ＣＲＴＣ）２４が存在する。なお、２５、２６、２７は、それぞれＩＧＢＴ素子２１のコレクタ端子、ゲート端子、エミッタ端子である。
【００１３】
次に、動作について説明する。
変換器運転信号１０の入力によりゲート信号９は生成されて駆動用ハイブリッドＩＣ３に入力され、駆動用ハイブリッドＩＣ３は、ＩＧＢＴ素子２１を駆動する駆動回路（図示せず）にて、入力されたゲート信号９に基づいて、ＩＧＢＴ素子２１のゲート端子２６にゲート抵抗２ａを介してゲート電圧ＶＧＥを印加し、ＩＧＢＴ素子２１を駆動する。ＩＧＢＴモジュール１内のＲＴＣ回路２３は、ＩＧＢＴ素子２１のコレクタ電流を検出して、一定以上のコレクタ電流（短絡電流）が流れるとゲート電圧ＶＧＥを負帰還低下させ、それ以上コレクタ電流が増加できないように制限する。
また、駆動用ハイブリッドＩＣ３のゲート電圧監視端子１３には、ＩＧＢＴ素子２１のゲート端子２６からゲート抵抗２ａを介してゲート電圧ＶＧＥがフィードバックされる。さらに、駆動用ハイブリッドＩＣ３の短絡検出回路（図示せず）では、ＩＧＢＴ素子２１の短絡検出用の基準電圧ＶＲｅｆを生成すると共に、フィードバックされたゲート電圧ＶＧＥをゲート電圧検出部（図示せず）にて検出し、該ゲート電圧ＶＧＥが基準電圧ＶＲｅｆより低いとき、ＲＴＣ回路２３が動作状態、即ち、ＩＧＢＴ素子２１が短絡状態であると判定して短絡検出信号１１を短絡検出出力端子１４から出力する。短絡検出信号１１はフォトカプラ４を介してキャンセル回路８内のＡＮＤ回路６に入力される。
【００１４】
一方、キャンセル回路８内のワンショットＩＣ７は、変換器運転信号１０を入力として、入力信号立ち上がりトリガにて所定の短期間（例えば１ｍｓ）Ｌｏｗ出力し、その後常時Ｈｉｇｈ出力する。ＡＮＤ回路６は、ワンショットＩＣ７の出力信号とフォトカプラ４からの短絡検出信号１１とを入力として、短絡検出確認信号１１ａを出力する。即ち、変換器運転信号１０が入力直後の例えば１ｍｓの間は、ＡＮＤ回路６から出力される短絡検出確認信号１１ａは、常にＬｏｗとなる。
また、短絡検出確認信号１１ａにより、駆動回路へのゲート信号９を遮断してＩＧＢＴ素子２１を短絡保護する。
【００１５】
図３に、ゲート電圧ＶＧＥの電圧波形と短絡検出用の基準電圧ＶＲｅｆとの関係を示す。
上記のような電力変換装置では、変換器運転信号１０の入力による運転開始時において、初回のゲート信号９によるＩＧＢＴ素子２１へのゲート電圧ＶＧＥの印加で、寄生浮遊容量ＣＲＴＣ２４に充電する。このとき、ゲート電圧波形３３が鈍り、短絡検出用の基準電圧ＶＲｅｆ３２よりも低くなることがある。これにより、駆動用ハイブリッドＩＣ３は、短絡検出信号１１を短絡検出出力端子１４からフォトカプラ４を介して出力するが、変換器運転信号１０が入力直後の１ｍｓの間は、ＡＮＤ回路６から出力される短絡検出確認信号１１ａは、常にＬｏｗとなる。このため、初回のゲート信号９による駆動時に、ＩＧＢＴ素子が短絡状態と誤検出してしまうのが防止でき、短絡検出の信頼性が向上する。
変換器運転信号１０が入力直後の１ｍｓを過ぎると、駆動用ハイブリッドＩＣ３が短絡検出して短絡検出信号１１を出力した場合、その短絡検出信号１１はそのまま維持され、ＡＮＤ回路６から出力される短絡検出確認信号１１ａもＨｉｇｈとなる。なお、３１は、２回目以降のゲート信号９によるゲート電圧ＶＧＥの通常の電圧波形を示すものである。
【００１６】
なお、上記実施の形態では、ワンショットＩＣ７で設定される所定の短期間を例えば１ｍｓとしたが、変換器運転信号１０の入力時から、初回のゲート信号９により寄生浮遊容量ＣＲＴＣ２４への充電が完了して電圧波形が回復するまでの時間が必要である。
【００１７】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を説明する。
図４はこの発明の実施の形態２による電力変換装置の構成を示す回路図である。図に示すように、電力変換装置は、ＩＧＢＴモジュール１、ゲート抵抗２ａで構成されるゲート抵抗回路２、ＩＧＢＴモジュール１を駆動すると共に短絡検出のための駆動用ハイブリッドＩＣ３とフォトカプラ４とで構成される制御回路５を備える。
なお、９は駆動用ハイブリッドＩＣ３に入力されＩＧＢＴ素子を駆動する正規のＯＮ／ＯＦＦ駆動信号であるゲート駆動信号（ゲート信号）、９ａは同じく駆動用ハイブリッドＩＣ３に入力されるダミー駆動信号（以下、ゲートダミー信号と称す）、１１はフォトカプラ４を介して駆動用ハイブリッドＩＣ３から出力される短絡検出信号、１２、１３、１４は、それぞれ駆動用ハイブリッドＩＣ３のゲート電圧出力端子、ゲート電圧監視端子、短絡検出出力端子である。
ＩＧＢＴモジュール１の詳細は、上記実施の形態１の図２に示したものと同様である。
【００１８】
次に、動作について説明する。
図示しない変換器運転信号１０の入力によりゲート信号９は生成されて駆動用ハイブリッドＩＣ３に入力され、駆動用ハイブリッドＩＣ３は、ＩＧＢＴ素子２１を駆動する駆動回路（図示せず）にて、入力されたゲート信号９に基づいて、ＩＧＢＴ素子２１のゲート端子２６にゲート抵抗２ａを介してゲート電圧ＶＧＥを印加し、ＩＧＢＴ素子２１を駆動する。ＩＧＢＴモジュール１内のＲＴＣ回路２３は、ＩＧＢＴ素子２１のコレクタ電流を検出して、一定以上のコレクタ電流（短絡電流）が流れるとゲート電圧ＶＧＥを負帰還低下させ、それ以上コレクタ電流が増加できないように制限する。
また、駆動用ハイブリッドＩＣ３のゲート電圧監視端子１３には、ＩＧＢＴ素子２１のゲート端子２６からゲート抵抗２ａを介してゲート電圧ＶＧＥがフィードバックされる。さらに、駆動用ハイブリッドＩＣ３の短絡検出回路（図示せず）では、ＩＧＢＴ素子２１の短絡検出用の基準電圧ＶＲｅｆを生成すると共に、フィードバックされたゲート電圧ＶＧＥをゲート電圧検出部（図示せず）にて検出し、該ゲート電圧ＶＧＥが基準電圧ＶＲｅｆより低いとき、ＲＴＣ回路２３が動作状態、即ち、ＩＧＢＴ素子２１が短絡状態であると判定して短絡検出信号１１を短絡検出出力端子１４からフォトカプラ４を介して出力する。また、短絡検出信号１１により、駆動回路へのゲート信号９を遮断してＩＧＢＴ素子２１を短絡保護する。
【００１９】
図５は、ゲート信号９及びゲートダミー信号９ａと、電力変換装置の運転指令となる変換器運転信号１０との関係を示す図であり、図６に、ゲート電圧ＶＧＥの電圧波形と短絡検出用の基準電圧ＶＲｅｆ３２との関係を示す。
ゲートダミー信号９ａは、上記ＩＧＢＴ素子２１は駆動せず上記ＲＴＣ回路２３の寄生浮遊容量ＣＲＴＣ２４を初期充電するためのゲート電圧３４をＩＧＢＴ素子２１に印加する。このゲートダミー信号９ａは、所定の短期間５２、例えば約２μｓだけＯＮする短時間パルス信号であり、変換器運転信号１０の入力直後５１に駆動用ハイブリッドＩＣ３に入力される。その後、上記ＲＴＣ回路２３の寄生浮遊容量ＣＲＴＣ２４の放電時間に基づいて定められた所定の時間内、例えば１ｓ以内５３に、初回のゲート信号９を駆動用ハイブリッドＩＣ３に入力してＩＧＢＴ素子２１を駆動する。
なお、３３ａは、初回のゲート信号９が、仮に変換器運転信号１０の入力直後に駆動用ハイブリッドＩＣ３に入力された場合のゲート電圧波形を比較のために示したものである。
【００２０】
上記のような電力変換装置では、変換器運転信号１０の入力による運転開始時において、ゲートダミー信号９ａによるＩＧＢＴ素子２１への電圧印加で、寄生浮遊容量ＣＲＴＣ２４に充電する。この後、この充電エネルギが放電してしまわない内に、初回のゲート信号９を駆動用ハイブリッドＩＣ３に入力してＩＧＢＴ素子２１を駆動し、この後、通常の駆動制御を行う。このため、初回のゲート信号９入力時に、寄生浮遊容量ＣＲＴＣ２４への充電に起因するゲート電圧波形の鈍りが発生せず、ＩＧＢＴ素子２１の短絡誤検出を防止できる。これにより、初回のゲート信号９入力時から、短絡検出が信頼性良く正確に検出できる。
【００２１】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態２では、変換器運転信号１０の入力による運転開始時にのみゲートダミー信号９ａを入力したが、この実施の形態では、運転開始以前のＩＧＢＴ素子２１の停止状態にゲートダミー信号９ａを入力する。
図７に示すように、変換器運転信号１０がＯＦＦ状態であるＩＧＢＴ素子２１の停止状態において、ゲートダミー信号９ａを、上記ＲＴＣ回路２３の寄生浮遊容量２４の放電時間に基づいて定められた所定の時間サイクル、例えば１ｓ以内のサイクルで駆動用ハイブリッドＩＣ３に入力する。
この実施の形態では、運転開始以前にゲートダミー信号９ａを繰り返し入力することで、寄生浮遊容量ＣＲＴＣ２４が充電された状態を保つことができる。これにより、変換器運転信号１０の入力直後に初回のゲート信号９を駆動用ハイブリッドＩＣ３に入力しても、寄生浮遊容量ＣＲＴＣ２４への充電に起因するゲート電圧波形の鈍りが発生せず、ＩＧＢＴ素子２１の短絡誤検出を防止できる。このため、初回のゲート信号９入力時から、短絡検出が信頼性良く正確に検出できると共に、ＩＧＢＴモジュール１の起動応答時間を短縮できる。
【００２２】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４を説明する。
この実施の形態では、図４で示した電力変換装置において、ダミーゲート信号９ａが入力されず、短絡検出回路で用いる基準電圧ＶＲｅｆに対し、正規の基準電圧と別に動作試験時に用いる第２の基準電圧を設定可能とする。
【００２３】
次に、動作について説明する。
図示しない変換器運転信号１０の入力によりゲート信号９は生成されて駆動用ハイブリッドＩＣ３に入力され、駆動用ハイブリッドＩＣ３は、ＩＧＢＴ素子２１を駆動する駆動回路（図示せず）にて、入力されたゲート信号９に基づいて、ＩＧＢＴ素子２１のゲート端子２６にゲート抵抗２ａを介してゲート電圧ＶＧＥを印加し、ＩＧＢＴ素子２１を駆動する。ＩＧＢＴモジュール１内のＲＴＣ回路２３は、ＩＧＢＴ素子２１のコレクタ電流を検出して、一定以上のコレクタ電流（短絡電流）が流れるとゲート電圧ＶＧＥを負帰還低下させ、それ以上コレクタ電流が増加できないように制限する。
また、駆動用ハイブリッドＩＣ３のゲート電圧監視端子１３には、ＩＧＢＴ素子２１のゲート端子２６からゲート抵抗２ａを介してゲート電圧ＶＧＥがフィードバックされる。さらに、駆動用ハイブリッドＩＣ３の短絡検出回路（図示せず）では、ＩＧＢＴ素子２１の短絡検出用の基準電圧ＶＲｅｆを生成すると共に、フィードバックされたゲート電圧ＶＧＥをゲート電圧検出部（図示せず）にて検出し、該ゲート電圧ＶＧＥが基準電圧ＶＲｅｆより低いとき、ＲＴＣ回路２３が動作状態、即ち、ＩＧＢＴ素子２１が短絡状態であると判定して短絡検出信号１１を短絡検出出力端子１４からフォトカプラ４を介して出力する。また、短絡検出信号１１により、駆動回路へのゲート信号９を遮断してＩＧＢＴ素子２１を短絡保護する。
【００２４】
ところで、駆動用ハイブリッドＩＣ３の短絡検出回路内部で生成される短絡検出用の基準電圧ＶＲｅｆは、経年劣化などにより波形や電圧が変化することがある。また、ＲＴＣ回路２３の寄生浮遊容量ＣＲＴＣ２４にもばらつきがある。
このため、この実施の形態では、寄生浮遊容量ＣＲＴＣ２４への充電に起因する短絡誤検出が、短絡検出用の基準電圧ＶＲｅｆの変動によって発生するのを防止するために、予め動作試験を行い、寄生浮遊容量ＣＲＴＣ２４が大きなＩＧＢＴモジュール１を動作試験時に排除する。
【００２５】
以下、動作試験について説明する。図８に、ゲート電圧ＶＧＥの電圧波形と短絡検出用の基準電圧ＶＲｅｆとの関係を示す。
ＲＴＣ回路２３の寄生浮遊容量ＣＲＴＣ２４の大きさのばらつきにより、ゲート電圧ＶＧＥの電圧波形３３ｂ、３３ｃは変動する。寄生浮遊容量ＣＲＴＣ２４が大きく、初回ゲート信号９の入力時における寄生浮遊容量ＣＲＴＣ２４への充電に起因する電圧低下により、第２の基準電圧ＶＲｅｆ３２ａを下回るゲート電圧波形３３ｂを有するＩＧＢＴモジュール１を動作試験により検出して排除する。
この動作試験は、短絡検出回路の基準電圧ＶＲｅｆに正規の基準電圧３２を用いてＩＧＢＴ素子２１を実際に駆動させるに先だって行うもので、まず第２の基準電圧３２ａを正規の基準電圧３２より所定量高めに設定し、短絡検出回路にて基準電圧ＶＲｅｆとして第２の基準電圧３２ａを生成する。この第２の基準電圧ＶＲｅｆ３２ａを用いてＩＧＢＴ素子２１を駆動させる動作試験を行う。この動作試験において、変換器運転信号１０入力直後の所定の期間、例えば１ｍｓの間に短絡検出信号１１が出力されたとき、ＩＧＢＴモジュール１を異常として別のＩＧＢＴモジュール１に取り替えて再度動作試験を行う。
【００２６】
この実施の形態では、短絡検出に用いる基準電圧ＶＲｅｆを正規の基準電圧より所定量高めに設定して予め動作試験を実施し、寄生浮遊容量ＣＲＴＣ２４が大きなＩＧＢＴモジュール１は実際の駆動時には用いないように取り替える。このため、基準電圧ＶＲｅｆが経年劣化などによりある程度変動しても、寄生浮遊容量ＣＲＴＣ２４への充電に起因する短絡誤検出の発生が防止でき、短絡検出の信頼性が向上する。
【００２７】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５を説明する。
図９はこの発明の実施の形態２による電力変換装置の構成を示す回路図である。図に示すように、電力変換装置は、ＩＧＢＴモジュール１、ゲート抵抗２ａで構成されるゲート抵抗回路２、ＩＧＢＴモジュール１を駆動すると共に短絡検出のための駆動用ハイブリッドＩＣ３とフォトカプラ４と短絡模擬回路１８とで構成される制御回路５ａを備える。短絡模擬回路１８は、短絡検出用の基準電圧ＶＲｅｆより十分低くなるように選定されたツェナーダイオード１５、ダイオード１６およびフォトカプラ１７で構成される。
なお、９は駆動用ハイブリッドＩＣ３に入力されＩＧＢＴ素子を駆動するゲート駆動信号（ゲート信号）、１１はフォトカプラ４を介して駆動用ハイブリッドＩＣ３から出力される短絡検出信号、１９は短絡模擬回路１８に入力される短絡模擬信号である。また１２、１３、１４は、それぞれ駆動用ハイブリッドＩＣ３のゲート電圧出力端子、ゲート電圧監視端子、短絡検出出力端子である。
ＩＧＢＴモジュール１の詳細は、上記実施の形態１の図２に示したものと同様である。
【００２８】
次に、動作について説明する。
駆動用ハイブリッドＩＣ３は、ＩＧＢＴ素子２１を駆動する駆動回路（図示せず）にて、入力されたゲート信号９に基づいて、ＩＧＢＴ素子２１のゲート端子２６にゲート抵抗２ａを介してゲート電圧ＶＧＥを印加し、ＩＧＢＴ素子２１を駆動する。ＩＧＢＴモジュール１内のＲＴＣ回路２３は、ＩＧＢＴ素子２１のコレクタ電流を検出して、一定以上のコレクタ電流（短絡電流）が流れるとゲート電圧ＶＧＥを負帰還低下させ、それ以上コレクタ電流が増加できないように制限する。
また、駆動用ハイブリッドＩＣ３のゲート電圧監視端子１３には、ＩＧＢＴ素子２１のゲート端子２６からゲート抵抗２ａを介してゲート電圧ＶＧＥがフィードバックされる。さらに、駆動用ハイブリッドＩＣ３の短絡検出回路（図示せず）では、ＩＧＢＴ素子２１の短絡検出用の基準電圧ＶＲｅｆを生成すると共に、フィードバックされたゲート電圧ＶＧＥをゲート電圧検出部（図示せず）にて検出し、該ゲート電圧ＶＧＥが基準電圧ＶＲｅｆより低いとき、ＲＴＣ回路２３が動作状態、即ち、ＩＧＢＴ素子２１が短絡状態であると判定して短絡検出信号１１を短絡検出出力端子１４からフォトカプラ４を介して出力する。また、短絡検出信号１１により、駆動回路へのゲート信号９を遮断してＩＧＢＴ素子２１を短絡保護する。
【００２９】
さらにまた、短絡検出回路が正常か否かの動作確認のため、図１０に示すように、短絡模擬回路１８に短絡模擬信号１９を入力し、短絡模擬回路１８ではツェナーダイオード１５による定電圧、即ち、短絡検出用の基準電圧ＶＲｅｆ以下の所定の模擬電圧を、駆動用ハイブリッドＩＣ３のゲート電圧監視端子１３を介してゲート電圧検出部に印加する。この模擬電圧の印加により、短絡検出回路は模擬動作して、ゲート電圧波形３１ａが基準電圧ＶＲｅｆ３２以下であることを検出し、ＩＧＢＴ素子２１が短絡状態であると判定して短絡検出信号１１を短絡検出出力端子１４からフォトカプラ４を介して出力する。
【００３０】
この実施の形態では、短絡模擬回路１８を設けて、短絡検出回路を模擬動作させて動作確認できるようにしたため、短絡検出の信頼性が向上する。
なお、この実施の形態による模擬回路１８は、上記実施の形態１〜４による電力変換器に同様に適用することができ、同様に短絡検出回路を模擬動作させて動作確認でき、短絡検出の信頼性が向上する。
【００３１】
また、上記実施の形態１〜５による電力変換装置を用いて無停電電源装置等の電力変換装置を構成すると、装置全体の信頼性が向上する。
【００３２】
【発明の効果】
以上のようにこの発明に係る電力変換装置は、トレンチゲート型のＩＧＢＴ素子と該ＩＧＢＴ素子の短絡電流を検出してゲート電圧を低下させ該短絡電流を制限するＲＴＣ回路とを内蔵したＩＧＢＴモジュールと、ゲート駆動信号により上記ＩＧＢＴ素子にゲート電圧を印加して該ＩＧＢＴ素子を駆動する駆動回路と、上記ＩＧＢＴ素子のゲート電圧を検出して基準電圧以下であるとき上記ＩＧＢＴ素子が短絡状態であると判定して短絡検出信号を出力する短絡検出回路とを備え、運転開始指令の入力により上記ゲート駆動信号を上記駆動回路に入力して上記ＩＧＢＴ素子を駆動する装置である。そして、上記短絡検出回路の出力側に、上記運転開始指令入力直後の所定の期間のみ、上記短絡検出信号の出力をキャンセルするキャンセル回路を備えたため、初回のゲート駆動信号による駆動時に、ＲＴＣ回路の寄生浮遊容量の充電に起因したＩＧＢＴ素子の短絡誤検出が防止でき、短絡検出の信頼性が向上する。
【００３３】
またこの発明に係る電力変換装置は、上記ゲート駆動信号を、上記ＩＧＢＴ素子を駆動する正規のＯＮ／ＯＦＦ駆動信号とダミー駆動信号とで構成し、上記ダミー駆動信号は、上記ＩＧＢＴ素子は駆動せず上記ＲＴＣ回路の寄生浮遊容量を充電するためのゲート電圧を該ＩＧＢＴ素子に印加する短時間パルス信号であり、該ダミー駆動信号を駆動回路に入力した後、上記正規のＯＮ／ＯＦＦ駆動信号を上記駆動回路に入力して上記ＩＧＢＴ素子を駆動するため、ＲＴＣ回路の寄生浮遊容量の充電に起因したＩＧＢＴ素子の短絡誤検出が防止でき、信頼性の高い短絡検出が確実に行える。
【００３４】
またこの発明に係る電力変換装置は、トレンチゲート型のＩＧＢＴ素子と該ＩＧＢＴ素子の短絡電流を検出してゲート電圧を低下させ該短絡電流を制限するＲＴＣ回路とを内蔵したＩＧＢＴモジュールと、ゲート駆動信号により上記ＩＧＢＴ素子にゲート電圧を印加して該ＩＧＢＴ素子を駆動する駆動回路と、上記ＩＧＢＴ素子のゲート電圧をゲート電圧検出部により検出し、該ゲート電圧が基準電圧以下であるとき上記ＩＧＢＴ素子が短絡状態であると判定して短絡検出信号を出力する短絡検出回路とを備えた装置である。そして、上記短絡検出回路の上記ゲート電圧検出部に上記基準電圧以下の模擬電圧を印加する短絡模擬回路を設け、上記模擬電圧の印加により上記短絡検出回路を模擬動作させるため、短絡検出回路を模擬動作により動作確認でき、短絡検出の信頼性が向上する。
【００３５】
またこの発明に係る電力変換装置は、トレンチゲート型のＩＧＢＴ素子と該ＩＧＢＴ素子の短絡電流を検出してゲート電圧を低下させ該短絡電流を制限するＲＴＣ回路とを内蔵したＩＧＢＴモジュールと、ゲート駆動信号により上記ＩＧＢＴ素子にゲート電圧を印加して該ＩＧＢＴ素子を駆動する駆動回路と、上記ＩＧＢＴ素子のゲート電圧を検出して基準電圧以下であるとき上記ＩＧＢＴ素子が短絡状態であると判定して短絡検出信号を出力する短絡検出回路とを備え、運転開始指令の入力により上記ゲート駆動信号を上記駆動回路に入力して上記ＩＧＢＴ素子を駆動する装置である。そして、上記短絡検出回路で用いる基準電圧に対し、正規の電圧と別に動作試験時に用いる第２の電圧を設定可能としたため、実駆動に用いる電力変換装置において効果的な動作試験を行うことができる。
【００３６】
またこの発明に係る電力変換装置を用いた試験方法は、請求項７記載の電力変換装置を用い、上記短絡検出回路の基準電圧に上記正規の電圧を用いて上記ＩＧＢＴ素子を実際に駆動させるに先だって、上記第２の電圧を上記正規の電圧より所定量高めに設定し、該第２の電圧を上記基準電圧に用いて上記ＩＧＢＴ素子を駆動させる動作試験を行う。そして、該動作試験において、上記運転開始指令入力直後の所定の期間に上記短絡検出信号が出力されたとき、上記ＩＧＢＴモジュールを異常として別のＩＧＢＴモジュールに取り替えて再度動作試験を行うため、ＩＧＢＴモジュールを効果的に選別することができ、実際の駆動時に、信頼性の高い短絡検出が確実に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による電力変換装置の構成を示す回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるＩＧＢＴモジュールの詳細構成を示す回路図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるＩＧＢＴモジュールのゲート電圧波形と短絡検出用の基準電圧との関係を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２による電力変換装置の構成を示す回路図である。
【図５】この発明の実施の形態２によるゲート信号及びゲートダミー信号と、変換器運転信号との関係を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２によるＩＧＢＴモジュールのゲート電圧波形と短絡検出用の基準電圧との関係を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態３によるゲートダミー信号と、変換器運転信号との関係を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態４によるＩＧＢＴモジュールのゲート電圧波形と短絡検出用の基準電圧との関係を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態５による電力変換装置の構成を示す回路図である。
【図１０】この発明の実施の形態５による電力変換装置の動作を説明する図である。
【符号の説明】
１  ＩＧＢＴモジュール、３  ＩＧＢＴモジュール駆動用ハイブリッドＩＣ、
６  ＡＮＤ回路、７  ワンショットＩＣ、８  キャンセル回路、
９  ゲート信号、９ａ  ゲートダミー信号、１０  変換器運転信号、
１１  短絡検出信号、１１ａ  短絡検出確認信号、１５  ツェナーダイオード、
１６  ダイオード、１７  フォトカプラ、１８  短絡模擬回路、
２１  ＩＧＢＴ素子、２３  ＲＣＴ回路、２４  寄生浮遊容量ＣＲＴＣ、
３２  短絡検出用基準電圧、３２ａ  短絡検出用第２の基準電圧。
【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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【図９】
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【図１０】
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