(57)【要約】【課題】  過電圧を抑制しながら、小型化、低コスト化を達成することができる電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動方法を提供する。【解決手段】  オン状態またはオフ状態のＩＧＢＴ３のゲート３ｇに、それぞれ所定のオフ用電圧値Ｖｏｆｆまたはオン用電圧値Ｖｏｎをゲート回路７から入力することによってオン、オフ制御を行うようにしたＩＧＢＴ３の駆動方法で、一方の状態から他方の状態へ切り替える時、ゲート回路７からゲート３ｇに、先ず、オン用電圧値Ｖｏｎまたはオフ用電圧値Ｖｏｆｆの一方の電圧値からオン用電圧値Ｖｏｎとオフ用電圧値Ｖｏｆｆの間の所定中間電圧値まで所定の時間をかけて漸次変化するよう電圧値を入力し、その後、他方の電圧値を入力することによりオン、オフ制御を行う。【選択図】  図２
2007037255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オン状態またはオフ状態の電圧駆動型半導体スイッチング素子のゲートに、それぞれ所定のオフ用電圧値またはオン用電圧値をゲート回路から入力することによってオン、オフ制御を行うようにした電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動方法において、
一方の状態から他方の状態へ切り替える時、
前記ゲート回路から前記ゲートに、
先ず、前記オン用電圧値または前記オフ用電圧値の一方の電圧値から前記オン用電圧値と前記オフ用電圧値の間の所定中間電圧値まで所定の時間をかけて漸次変化するよう電圧値を入力し、
その後、他方の電圧値を入力することによりオン、オフ制御を行うことを特徴とする電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動方法。
【請求項２】
前記ゲート回路からオン状態の前記電圧駆動型半導体スイッチング素子のゲートに、
先ず、前記オン用電圧値から該オン用電圧値と前記オフ用電圧値の間の所定中間電圧値まで所定の時間をかけて漸次変化するよう電圧値を入力し、
その後、前記オフ用電圧値を入力するようにしたことを特徴とする請求項１記載の電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動方法。
【請求項３】
オン状態からオフ状態へ切り替える時、
前記オン用電圧値から前記所定中間電圧値まで漸次変化させる前記時間を、前記電圧駆動型半導体スイッチング素子に接続した負荷に流れる負荷電流値に対応して変化させることを特徴とする請求項２記載の電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動方法。
【請求項４】
前記ゲート回路からオフ状態の前記電圧駆動型半導体スイッチング素子のゲートに、
先ず、前記オフ用電圧値から該オフ用電圧値と前記オン用電圧値の間の所定中間電圧値まで所定の時間をかけて漸次変化するよう電圧値を入力し、
その後、前記オン用電圧値を入力するようにしたことを特徴とする請求項１記載の電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動方法。
【請求項５】
オフ状態からオン状態へ切り替える時、
前記オフ用電圧値から前記所定中間電圧値まで漸次変化させる前記時間を、前記電圧駆動型半導体スイッチング素子に接続した負荷に流れる負荷電流値に対応して変化させることを特徴とする請求項２記載の電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動方法。
【請求項６】
前記ゲート回路と前記ゲートの接続が、低インピーダンス接続となっていることを特徴とする請求項２または請求項４記載の電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動方法。
【請求項７】
オン状態またはオフ状態の電圧駆動型半導体スイッチング素子のゲートに、それぞれ所定のオフ用電圧値またはオン用電圧値をゲート回路から入力することによってオン、オフ制御を行うようにした電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動方法において、
一方の状態から他方の状態へ切り替える時、
前記ゲート回路から前記ゲートに、前記オン用電圧値または前記オフ用電圧値の一方の電圧値から他方の電圧値まで予め設定した電圧パターンにしたがい変化する電圧値を入力することによってオン、オフ制御を行うことを特徴とする電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動方法。
【請求項８】
前記ゲート回路からオン状態の前記電圧駆動型半導体スイッチング素子のゲートに、
前記オン用電圧値から前記オフ用電圧値まで予め設定した電圧パターンにしたがい変化する電圧値を入力することによってオン、オフ制御を行うことを特徴とする請求項７記載の電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動方法。
【請求項９】
前記ゲート回路からオフ状態の前記電圧駆動型半導体スイッチング素子のゲートに、
前記オフ用電圧値から前記オン用電圧値まで予め設定した電圧パターンにしたがい変化する電圧値を入力することによってオン、オフ制御を行うことを特徴とする請求項７記載の電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電力変換装置等に用いられた電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の通り、電圧駆動型半導体スイッチング素子、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）やＭＯＳ形電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等は、電鉄車両用や産業用のインバータ、無停電電源装置におけるインバータ等の電力変換装置に用いられており、例えばＩＧＢＴを用いて直流を３相交流に変換する電力変換装置では、３相のブリッジを構成している６つのアームそれぞれに、通常は主回路を構成するよう複数個が直列に接続されている。そして、各ＩＧＢＴの制御は、ホトカプラ等を介して入力された制御入力に基づき動作するゲート駆動回路によって行われる。
【０００３】
こうした電力変換装置におけるＩＧＢＴの駆動は、ＩＧＢＴの周辺回路を図１８に示すように構成して行われる。すなわち、図１８において、１０１はゲート駆動回路で、主回路を構成するＩＧＢＴ１０２のゲート１０２ｇに対し、ゲート抵抗１０３を介しゲート回路１０４を接続するように設けた回路となっている。また、ＩＧＢＴ１０２のコレクタ１０２ｃとエミッタ１０２ｅの主端子間には、逆導通ダイオード１０５が導通方向を逆とするようにして並列に接続されており、さらに主端子間に並列にスナバダイオード１０６、スナバコンデンサ１０７、スナバ抵抗１０８で構成されるスナバ回路１０９が接続されている。
【０００４】
また、このように構成された回路では、ゲート駆動回路１０１に入力されたＩＧＢＴ１０２をオン、オフ制御するためのゲート指令（制御指令）Ｓに基づき、ゲート回路１０４からゲート回路出力が出力され、ゲート抵抗１０３を介してＩＧＢＴ１０２のゲート１０２ｇに入力される。これによりＩＧＢＴ１０２がオン状態となれば、所定の電流がコレクタ１０２ｃとエミッタ１０２ｅの主端子間が導通して主回路に流れ、またオフ状態であればコレクタ１０２ｃとエミッタ１０２ｅの主端子間が非導通状態となり、主回路に電流が流れなくなる。
【０００５】
そして、図１９、図２０に示すように、ＩＧＢＴ１０２をオン、オフ制御するゲート電圧は、例えば＋１５Ｖのオン用電圧と−１５Ｖのオフ用電圧の２値であり、その２値間の切換速度は比較的高速度である。このため、＋１５Ｖのオン用電圧から−１５Ｖのオフ用電圧にゲート電圧が変化し、ＩＧＢＴ１０２がオン状態からオフ状態に切り替えられる際には、ＩＧＢＴ１０２のターンオフに伴うターンオフ過電圧が、ＩＧＢＴ１０２及び逆導通ダイオード１０５の各素子に生じる。
【０００６】
これは、主回路の配線インダクタンス成分による電流エネルギ分が、ＩＧＢＴ１０２においては、そのターンオフ時の急激な電流変化（急峻なｄｉ／ｄｔ）によって大きな電圧となり、素子電圧にそれぞれ加算されるためである。またＩＧＢＴ１０２に逆並列接続されている逆導通ダイオード１０５においても、逆導通ダイオード１０５のオフ時の電流変化が急激な場合（ｄｉＲ／ｄｔ：ダイオード電流が逆回復電流ピークに達した後、減少する期間（ｄｉ／ｄｔ）が急峻な場合）に、ＩＧＢＴ１０２の場合と同様に、配線インダクタンス成分による過電圧が発生する。そして、この時のピーク電圧値が各素子の定格電圧を超えると、素子は破壊してしまうことになる。
【０００７】
こうしたオン、オフ制御に伴う過電圧で破壊しないようＩＧＢＴ１０２及び逆導通ダイオード１０５を過電圧保護するものとして、図１８中に示したスナバ回路１０９がある。スナバ回路１０９では、ターンオフに伴い生じる主回路の配線インダクタンス成分による電流エネルギ分を、スナバコンデンサ１０７に充電させることで、ＩＧＢＴ１０２の過電圧が抑制され保護がなされる。
【０００８】
また、過電圧を抑制するための別構成として、図２１に示すものがある。図２１において、逆導通ダイオード１０５がコレクタとエミッタの主端子間に接続されているＩＧＢＴ１０２のコレクタ１０２ｃとゲート１０２ｇ間に、ツェナーダイオード１１０が挿入されている。そして、挿入されたツェナーダイオード１１０のツェナー電圧は、ＩＧＢＴ１０２の最大許容電圧値に設定されたものとなっている。
【０００９】
このようにツェナーダイオード１１０を挿入した構成では、ＩＧＢＴ１０２がオン状態からオフ状態に切り替えられるターンオフ時に、ＩＧＢＴ１０２のコレクタ電圧がツェナーダイオード１１０のツェナー電圧を超えると、ツェナーダイオード１１０がオンする。またＩＧＢＴ１０２のゲート電圧については、図示しないゲート回路によって−１５Ｖ方向に充電されるが、ツェナーダイオード１１０がオンすることでコレクタ１０２ｃ側からゲート１０２ｇに対して＋１５Ｖ方向への充電がなされることになる。
【００１０】
これにより、ＩＧＢＴ１０２が再度オンすることになり素子電圧は低下するが、ＩＧＢＴ１０２のコレクタ電圧がツェナーダイオード１１０のツェナー電圧以下となると、ツェナーダイオード１１０は即座にオフするので、ＩＧＢＴ１０２のゲート１０２ｇは再び−１５Ｖ方向へ充電され、ＩＧＢＴ１０２はオフとなる。その結果、ツェナーダイオード１１０によってＩＧＢＴ１０２のコレクタ電圧は、その最大許容電圧値であるツェナー電圧以下となり、過電圧が抑制される。
【００１１】
しかしながら上記の従来技術においては、ＩＧＢＴ１０２の高電圧化、大電流化等に伴い、過電圧保護のためのスナバ回路１０９のスナバコンデンサ１０７やスナバ抵抗１０８等の回路部品やツェナーダイオード１１０も、対応して高電圧化、大電流化等が必要となってくる。そのため、ＩＧＢＴ１０２を用いて構成されるインバータ等の電力変換装置では、形状が大きなものとなり、コストも高いものとなってしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは、過電圧保護については従来と同様であるか、あるいはそれ以上の性能を有しながら、小型化、低コスト化が達成することができる電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動方法は、
オン状態またはオフ状態の電圧駆動型半導体スイッチング素子のゲートに、それぞれ所定のオフ用電圧値またはオン用電圧値をゲート回路から入力することによってオン、オフ制御を行うようにした電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動方法において、
一方の状態から他方の状態へ切り替える時、
前記ゲート回路から前記ゲートに、
先ず、前記オン用電圧値または前記オフ用電圧値の一方の電圧値から前記オン用電圧値と前記オフ用電圧値の間の所定中間電圧値まで所定の時間をかけて漸次変化するよう電圧値を入力し、その後、他方の電圧値を入力することによりオン、オフ制御を行うことを特徴とする方法であり、
さらに、前記ゲート回路からオン状態の前記電圧駆動型半導体スイッチング素子のゲートに、
先ず、前記オン用電圧値から該オン用電圧値と前記オフ用電圧値の間の所定中間電圧値まで所定の時間をかけて漸次変化するよう電圧値を入力し、
その後、前記オフ用電圧値を入力するようにしたことを特徴とする方法であり、
さらに、オン状態からオフ状態へ切り替える時、
前記オン用電圧値から前記所定中間電圧値まで漸次変化させる前記時間を、前記電圧駆動型半導体スイッチング素子に接続した負荷に流れる負荷電流値に対応して変化させることを特徴とする方法であり、
さらに、前記ゲート回路からオフ状態の前記電圧駆動型半導体スイッチング素子のゲートに、
先ず、前記オフ用電圧値から該オフ用電圧値と前記オン用電圧値の間の所定中間電圧値まで所定の時間をかけて漸次変化するよう電圧値を入力し、
その後、前記オン用電圧値を入力するようにしたことを特徴とする方法であり、
さらに、オフ状態からオン状態へ切り替える時、
前記オフ用電圧値から前記所定中間電圧値まで漸次変化させる前記時間を、前記電圧駆動型半導体スイッチング素子に接続した負荷に流れる負荷電流値に対応して変化させることを特徴とする方法であり、
さらに、前記ゲート回路と前記ゲートの接続が、低インピーダンス接続となっていることを特徴とする方法である。
【００１４】
また、オン状態またはオフ状態の電圧駆動型半導体スイッチング素子のゲートに、それぞれ所定のオフ用電圧値またはオン用電圧値をゲート回路から入力することによってオン、オフ制御を行うようにした電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動方法において、
一方の状態から他方の状態へ切り替える時、
前記ゲート回路から前記ゲートに、前記オン用電圧値または前記オフ用電圧値の一方の電圧値から他方の電圧値まで予め設定した電圧パターンにしたがい変化する電圧値を入力することによってオン、オフ制御を行うことを特徴とする方法であり、
さらに、前記ゲート回路からオン状態の前記電圧駆動型半導体スイッチング素子のゲートに、
前記オン用電圧値から前記オフ用電圧値まで予め設定した電圧パターンにしたがい変化する電圧値を入力することによってオン、オフ制御を行うことを特徴とする方法であり、
さらに、前記ゲート回路からオフ状態の前記電圧駆動型半導体スイッチング素子のゲートに、
前記オフ用電圧値から前記オン用電圧値まで予め設定した電圧パターンにしたがい変化する電圧値を入力することによってオン、オフ制御を行うことを特徴とする方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、
オン状態の電圧駆動型半導体スイッチング素子のターンオフ時に、ゲート電圧をオン用電圧値からオン用電圧値とオフ用電圧値の間の所定中間電圧値まで所定の時間をかけて漸次変化させ、その後、オフ用電圧値とすることでオン、オフ制御を行っている。このため、ターンオフ時の急峻なｄｉ／ｄｔが低減され、スナバ回路等の過電圧保護回路を要することなく、配線インダクタンス成分による過電圧発生が抑制できることになる。
【００１６】
さらに、オフ状態の電圧駆動型半導体スイッチング素子のターンオン時に、ゲート電圧をオフ用電圧値からオン用電圧値とオフ用電圧値の間の所定中間電圧値まで所定の時間をかけて漸次変化させ、その後、オン用電圧値とすることでオン、オフ制御を行っている。このため、電圧駆動型半導体スイッチング素子の素子電流が、０からゲート電圧が所定中間電圧値である時の素子電流値まで所定の時間をかけてターンオンすることになり、ターンオンする電圧駆動型半導体スイッチング素子に対しスイッチングが対となる他相の電圧駆動型半導体スイッチング素子に並列接続され、オフ動作する逆導通ダイオードの電流も、同様に所定の時間をかけて低下することになる。その結果、逆導通ダイオードのオフ時の急峻なｄｉＦ／ｄｔが低減し、逆導通ダイオードの逆回復特性がソフトリカバリ化され、過電圧発生が抑制される。
【００１７】
このように、スナバ回路等を要することなく電圧駆動型半導体スイッチング素子等の過電圧保護を行うことができると共に、電圧駆動型半導体スイッチング素子を用いたインバータ等の電力変換装置の小型化、低コスト化を達成することができる等の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明の実施の形態を、電圧駆動型半導体スイッチング素子として絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を用いた場合を例にして、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１９】
先ず第１の実施形態を図１乃至図６により説明する。図１は電力変換装置の概略を示す構成図であり、図２はＩＧＢＴの駆動回路構成を示す回路図であり、図３はゲート指令、ゲート回路出力の波形図であり、図４はＩＧＢＴのＩ‐Ｖ特性曲線上における軌跡を示す図であり、図５はオフ切替用電圧値がスレッショルド電圧以下である場合のＩＧＢＴのゲート電圧、素子電圧、素子電流の波形図であり、図６はオフ切替用電圧値がスレッショルド電圧以上である場合のＩＧＢＴのゲート電圧、素子電圧、素子電流の波形図である。
【００２０】
図１乃至図６において、１は直流を３相交流に変換する電力変換装置で、３相のブリッジを構成している６つのアーム２ｕ，２ｖ，２ｗ，２ｘ，２ｙ，２ｚの主回路に、それぞれＩＧＢＴ３を設けて構成されている。さらに、各ＩＧＢＴ３には、そのコレクタ３ｃとエミッタ３ｅの主端子間に、逆導通ダイオード４が導通方向を逆とするようにして並列に接続されている。なお、図１では１つのＩＧＢＴ３によって各アーム２ｕ，２ｖ，２ｗ，２ｘ，２ｙ，２ｚをそれぞれ構成したが、電力変換装置１の仕様に応じ、複数個のＩＧＢＴ３を直列に接続した構成となる。
【００２１】
また、各アーム２ｕ，２ｖ，２ｗ，２ｘ，２ｙ，２ｚの各ＩＧＢＴ３の制御は、図示しない制御部からホトカプラ等を介し供給された制御入力（ゲート指令）Ｓに基づき動作するゲート駆動回路５からのゲート制御出力が、各ＩＧＢＴ３のゲート３ｇにそれぞれ所定のタイミングで入力することにより行われる。そして、電力変換装置１の出力である直流から変換された交流電力が、例えば交流電動機等の３相負荷６に供給される。
【００２２】
また、ＩＧＢＴ３の制御を行うゲート駆動回路５は、各ＩＧＢＴ３に対応する同じ構成のゲート回路７を設けていて、各ゲート回路７からはゲート指令Ｓに基づく所定のゲート回路出力が、ゲート抵抗８を介し対応するＩＧＢＴ３のゲート３ｇに、ゲート制御出力として供給されるようになっている。さらに、各ゲート回路７は、電圧発生器９、タイマ１０、２つの切替端子１１ａ，１１ｂを有する切替スイッチ１１、電流増幅器１２を備えた構成となっていて、電圧発生器９とタイマ１０には、同時にゲート指令Ｓが入力されるよう接続されている。なお、各アーム２ｕ，２ｖ，２ｗ，２ｘ，２ｙ，２ｚは、本実施形態及び以下の各実施形態についても同様の構成であるため、１つのアーム２ｕを例として説明する。
【００２３】
また電圧発生器９は、その出力側が切替スイッチ１１の一方の切替端子１１ａに接続されており、切替スイッチ１１の他方の切替端子１１ｂにはオフ用電圧値Ｖｏｆｆが加わるようになっている。そして、切替スイッチ１１に各入力し、切り替え選択された電圧発生器９の出力とオフ用電圧値Ｖｏｆｆとは、その後、出力端子１１ｃから電流増幅器１２に入力され、電流増幅器１２からゲート回路出力としてゲート抵抗８に入力される。
【００２４】
また、電圧発生器９は、例えばＩＧＢＴ３がオン動作するオン用電圧値Ｖｏｎを＋１５Ｖ、オフ動作するオフ用電圧値Ｖｏｆｆを−１５Ｖとした時、ＩＧＢＴ３がオン動作するオン用電圧値Ｖｏｎから、オン用電圧値Ｖｏｎとオフ用電圧値Ｖｏｆｆとの間の予め設定した、例えば＋５Ｖの所定の中間電圧値（オフ切替用電圧値）Ｖａｏｆｆまで、直線的に漸次低下する電圧を出力する可変電圧電源となっている。そして、ゲート指令Ｓのオフ信号Ｓｏｆｆが入力されることで電圧発生器９からは、＋１５Ｖのオン用電圧値Ｖｏｎから＋５Ｖの中間電圧値Ｖａｏｆｆまで、予め設定した所定の一定の時間Ｔａｏｆｆをかけて漸次低下する電圧が切替スイッチ１１の一方の切替端子１１ａに出力される。
【００２５】
また切替スイッチ１１については、オン状態のＩＧＢＴ３をオフするようゲート指令Ｓのオフ信号Ｓｏｆｆが入力されることで時間カウントを開始したタイマ１０によって、電圧発生器９の電圧低下時間Ｔａｏｆｆと同じ、予め設定した所定の時間Ｔａｏｆｆが経過した時点で、切替動作が行われるようになっている。そして、時間が経過することで、切替スイッチ１１では、電圧発生器９が接続された一方の切替端子１１ａから、−１５Ｖのオフ用電圧値Ｖｏｆｆが加わっている他方の切替端子１１ｂへの切替が行われる。
【００２６】
そのため、ゲート回路７の出力は、図３に示すように制御部からのゲート指令Ｓに基づきオン状態からオフ状態に切り替わる際、＋１５Ｖのオン用電圧値Ｖｏｎから＋５Ｖの中間電圧値Ｖａｏｆｆまで、時間Ｔａｏｆｆをかけて漸次低下し、低下後、瞬時に−１５Ｖのオフ用電圧値Ｖｏｆｆに変化する。そして、このようなゲート回路７の出力がゲート抵抗８を介してゲート３ｇに加わることにより、ＩＧＢＴ３がターンオフする際の素子電流変化（ｄｉ／ｄｔ）が緩和されたものとなる。
【００２７】
すなわち、図４に示すＩＧＢＴ３のＩ‐Ｖ特性曲線上での軌跡（太い実線矢印）を示す図により説明すると、ゲート指令Ｓのオフ信号Ｓｏｆｆが入力すると、オン状態のＩＧＢＴ３のゲート電圧Ｖｇｅが＋１５Ｖのオン用電圧値Ｖｏｎより漸次低下していき、これに伴いＩＧＢＴ３の素子電圧Ｖｃｅは徐々に上昇する。そして、ＩＧＢＴ３の素子電流値Ｉｃが飽和電流値ＩｃＸとなるゲート電圧値ＶｇｅＸにゲート電圧Ｖｇｅが達すると、ＩＧＢＴ３のゲート電圧Ｖｇｅによる素子電流絞りが始まり、素子電圧Ｖｃｅは、ＩＧＢＴ３がオフの時の素子電圧ＶｃｅＸまで上昇する。
【００２８】
さらにゲート電圧Ｖｇｅが低下していくことで、素子電流Ｉｃは各ゲート電圧Ｖｇｅに対応する飽和電流値をとりながら低下していくことになる。その後、各ゲート電圧Ｖｇｅがスレッショルド電圧以下になると、素子電流Ｉｃは０となりＩＧＢＴ３はオフする。このゲート電圧Ｖｇｅの低下する時間が所定の一定値であることにより、素子電流Ｉｃのｄｉ／ｄｔが低減されたものとなる。
【００２９】
さらに、中間電圧値（オフ切替用電圧値）Ｖａｏｆｆがスレッショルド電圧以下である場合のＩＧＢＴのゲート電圧、素子電圧、素子電流の波形を示す図５と、中間電圧値（オフ切替用電圧値）Ｖａｏｆｆがスレッショルド電圧以上である場合のＩＧＢＴのゲート電圧、素子電圧、素子電流の波形を示す図６とにより説明する。
【００３０】
図５においては、時間Ｔａｏｆｆの間にゲート電圧Ｖｇｅがスレッショルド電圧以下になるので、ＩＧＢＴ３は時間Ｔａｏｆｆが経過する中でオフする。しかし、図６においては、時間Ｔａｏｆｆで、素子電流Ｉｃはゲート電圧Ｖｇｅが中間電圧値Ｖａｏｆｆにおける飽和電流値まで低下するが、ＩＧＢＴ３はオフしない。時間Ｔａｏｆｆがすぎた後、ゲート電圧Ｖｇｅが−１５Ｖのオフ用電圧値Ｖｏｆｆに切替わることで、ＩＧＢＴ３はオフする。この時、素子電流Ｉｃは高いｄｉ／ｄｔとなり、これによる電圧サージが発生するが、中間電圧値Ｖａｏｆｆを十分低い素子電流Ｉｃとなる電圧値、例えば５Ｖと設定していることで、電圧ピークを抑制できる。
【００３１】
以上の通り、本実施形態によれば、ＩＧＢＴ３のターンオフ時に、ゲート電圧Ｖｇｅをオン用電圧値Ｖｏｎ（＋１５Ｖ）から中間電圧値Ｖａｏｆｆ（＋５Ｖ）まで所定の時間Ｔａｏｆｆで低下させることで、素子電流Ｉｃが負荷電流ＩｃＸからゲート電圧Ｖｇｅが中間電圧値Ｖａｏｆｆである時の素子電流まで、一定の時間Ｔａｏｆｆで低下することになる。これにより、ＩＧＢＴ３ターンオフ時の急峻なｄｉ／ｄｔが低減され、主回路の配線インダクタンス成分によりＩＧＢＴ３に発生する過電圧が抑制できる。
【００３２】
なお、上記の実施形態においては電圧発生器９の電圧変化が、直線的に漸次低下するものとしたが、これに限るものでなく、漸次曲線的、階段状に変化するものであってもよい。
【実施例２】
【００３３】
次に第２の実施形態を図７により説明する。図７はＩＧＢＴの駆動回路構成を示す回路図である。なお、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【００３４】
図７において、ＩＧＢＴ３は、第１の実施形態と同様の電力変換装置の主回路に設けられており、１３はＩＧＢＴ３の制御を行うゲート駆動回路である。ゲート駆動回路１３には、第１の実施形態と同じ構成のゲート回路７が、各ＩＧＢＴ３に対応して設けられている。そして、ゲート回路７にはゲート指令Ｓが制御部から供給されるようになっている。またゲート回路７とＩＧＢＴ３のゲート３ｇとは、ゲート抵抗を介すことなく、接続配線１４のみによって直接接続されている。すなわち、ゲート回路７とＩＧＢＴ３のゲート３ｇとの間は、接続配線１４のみの低インピーダンスでの接続となっている。
【００３５】
このように構成されているので、制御部からゲート指令Ｓはゲート駆動回路１３のゲート回路７に供給され、それに基づく所定のゲート回路出力が、ゲート回路７からそのままゲート制御出力として直接ＩＧＢＴ３のゲート３ｇに供給される。そのため、ゲート回路７の出力電圧はそのままＩＧＢＴ３のゲート３ｇに加わり、ゲート回路７の出力電圧の値と、ＩＧＢＴ３のゲート電圧Ｖｇｅの値は同値となる。
【００３６】
そして、オン状態のＩＧＢＴ３をオフするようゲート指令Ｓのオフ信号Ｓｏｆｆがゲート回路７に入力すると、ゲート回路７は第１の実施形態におけると同じように、ゲート回路７の出力は、＋１５Ｖのオン用電圧値Ｖｏｎから＋５Ｖの中間電圧値Ｖａｏｆｆまで、時間Ｔａｏｆｆをかけて漸次低下し、その後、瞬時に−１５Ｖのオフ用電圧値Ｖｏｆｆに変化する。
【００３７】
この変化するゲート回路７の出力電圧の値が、接続配線１４を経て直接ＩＧＢＴ３のゲート３ｇに加わることになり、ゲート電圧Ｖｇｅはオン用電圧値Ｖｏｎ（＋１５Ｖ）から中間電圧値Ｖａｏｆｆ（＋５Ｖ）まで所定の時間Ｔａｏｆｆで低下し、素子電流Ｉｃが負荷電流ＩｃＸからゲート電圧Ｖｇｅに対応する中間電圧値Ｖａｏｆｆにおける素子電流まで、一定の時間Ｔａｏｆｆで低下する。これにより、本実施形態によれば、ＩＧＢＴ３ターンオフ時の急峻なｄｉ／ｄｔがより効果的に低減され、主回路の配線インダクタンス成分によりＩＧＢＴ３に発生する過電圧が抑制できる。
【実施例３】
【００３８】
次に第３の実施形態を図８により説明する。図８はＩＧＢＴの駆動回路構成を示す回路図である。なお、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【００３９】
図８において、ＩＧＢＴ３は、第１の実施形態と同様の電力変換装置の主回路に設けられており、１５はＩＧＢＴ３の制御を行うゲート駆動回路であり、１６は負荷回路に挿入され、負荷６を流れる負荷電流値を検出する電流検出器である。ゲート駆動回路１５は、各ＩＧＢＴ３に対応する同じ構成のゲート回路１７を設けていて、各ゲート回路１７からはゲート指令Ｓに基づく所定のゲート回路出力が、ゲート抵抗８を介し対応するＩＧＢＴ３のゲート３ｇに、ゲート制御出力として供給されるようになっている。
【００４０】
また、各ゲート回路１７は、電圧発生器１８、タイマ１９、切替スイッチ１１、電流増幅器１２を備えた構成となっていて、電圧発生器１８とタイマ１９には、同時にゲート指令Ｓが入力されるよう接続されている。さらに、電圧発生器１８とタイマ１９には、電流検出器１６で検出した負荷電流値の信号が入力されるように構成されている。
【００４１】
また電圧発生器１８は、その出力側が切替スイッチ１１の一方の切替端子１１ａに接続されており、切替スイッチ１１の他方の切替端子１１ｂにはオフ用電圧値Ｖｏｆｆが加わるようになっている。そして、切替スイッチ１１に各入力し、切り替え選択された電圧発生器１８の出力とオフ用電圧値Ｖｏｆｆとは、出力端子１１ｃから電流増幅器１２を介しゲート回路出力としてゲート抵抗８に入力される。
【００４２】
また、電圧発生器１８は、例えばＩＧＢＴ３がオン動作するオン用電圧値Ｖｏｎを＋１５Ｖ、オフ動作するオフ用電圧値Ｖｏｆｆを−１５Ｖとした時、ＩＧＢＴ３がオン動作するオン用電圧値Ｖｏｎから、オン用電圧値Ｖｏｎとオフ用電圧値Ｖｏｆｆとの間の予め設定した、例えば＋５Ｖの所定の中間電圧値（オフ切替用電圧値）Ｖａｏｆｆまで、直線的に漸次低下する電圧を出力する可変電圧電源となっている。そして、ゲート指令Ｓのオフ信号Ｓｏｆｆが入力されることで電圧発生器９からは、＋１５Ｖのオン用電圧値Ｖｏｎから＋５Ｖの中間電圧値Ｖａｏｆｆまで、電流検出器１６で検出した負荷電流値に対応して可変となるよう設定した時間Ｔｂｏｆｆをかけて、漸次低下する電圧が切替スイッチ１１の一方の切替端子１１ａに出力される。
【００４３】
また切替スイッチ１１については、オン状態のＩＧＢＴ３をオフするようゲート指令Ｓのオフ信号Ｓｏｆｆが入力されることで時間カウントを開始したタイマ１９によって、電圧発生器１８の負荷電流値に対応して可変に設定された電圧低下時間Ｔｂｏｆｆと同じ、時間Ｔｂｏｆｆが経過した時点で、切替動作が行われるようになっている。そして、時間が経過することで、切替スイッチ１１では、電圧発生器１８が接続された一方の切替端子１１ａから、−１５Ｖのオフ用電圧値Ｖｏｆｆが加わっている他方の切替端子１１ｂへの切替が行われる。
【００４４】
そのため、ゲート回路１７の出力は、制御部からのゲート指令Ｓに基づきオン状態からオフ状態に切替わる際、＋１５Ｖのオン用電圧値Ｖｏｎから＋５Ｖの中間電圧値Ｖａｏｆｆまで、時間Ｔｂｏｆｆをかけて漸次低下し、低下後、瞬時に−１５Ｖのオフ用電圧値Ｖｏｆｆに変化する。
【００４５】
この時、ＩＧＢＴ３に流れる素子電流Ｉｃが負荷電流と略等しいと考えられるから、例えばＩＧＢＴ３のターンオフ時の過電圧レベルが高くなる領域、すなわち予め設定した電流値基準よりＩＧＢＴ３の素子電流Ｉｃの値が高くなる領域では、時間Ｔｂｏｆｆを予め設定した基準時間よりも長くする。これにより、素子電流変化（ｄｉ／ｄｔ）は低減する。また逆に、素子電流Ｉｃの値が低くなる領域では、時間Ｔｂｏｆｆを予め設定した基準時間よりも短くする。これにより、素子電流変化（ｄｉ／ｄｔ）は高めとなる。このように、負荷電流値に対応して時間Ｔｂｏｆｆを可変としたゲート回路１７の出力がゲート抵抗８を介してゲート３ｇに加わることにより、ＩＧＢＴ３がターンオフする際の素子電流変化（ｄｉ／ｄｔ）が緩和されたものとなる。
【００４６】
以上の通り、本実施形態によれば、ＩＧＢＴ３のターンオフ時に、ゲート電圧Ｖｇｅをオン用電圧値Ｖｏｎ（＋１５Ｖ）から中間電圧値Ｖａｏｆｆ（＋５Ｖ）まで、負荷電流値に対応して可変とした時間Ｔｂｏｆｆで低下させることで、素子電流Ｉｃが負荷電流ＩｃＸからゲート電圧Ｖｇｅが中間電圧値Ｖａｏｆｆである時の素子電流まで、負荷電流値に応じた時間Ｔｂｏｆｆで低下することになる。これにより、ＩＧＢＴ３ターンオフ時のｄｉ／ｄｔが負荷電流値に応じて変えられ、その結果、効果的に主回路の配線インダクタンス成分によりＩＧＢＴ３に発生する過電圧が抑制できる。
【００４７】
なお、上記の実施形態においては電圧発生器１８の電圧変化が、直線的に漸次低下するものとしたが、これに限るものでなく、漸次曲線的、階段状に変化するものであってもよい。
【実施例４】
【００４８】
次に第４の実施形態を図９乃至図１３により説明する。図９はＩＧＢＴの駆動回路構成を示す回路図であり、図１０はゲート指令、ゲート回路出力の波形図であり、図１１はＩＧＢＴのＩ‐Ｖ特性曲線上における軌跡を示す図であり、図１２はオン切替用電圧値がスレッショルド電圧以下である場合のＩＧＢＴのゲート電圧、素子電圧、素子電流及びスイッチングが対となるＩＧＢＴに逆並列接続している逆導通ダイオードの電圧、電流の波形図であり、図１３はオン切替用電圧値がスレッショルド電圧以上である場合のＩＧＢＴのゲート電圧、素子電圧、素子電流及びスイッチングが対となるＩＧＢＴに逆並列接続している逆導通ダイオードの電圧、電流の波形図である。なお、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【００４９】
図９至図１３において、ＩＧＢＴ３は、第１の実施形態と同様の電力変換装置の主回路に設けられており、２０はＩＧＢＴ３の制御を行うゲート駆動回路であり、ゲート駆動回路２０は、各ＩＧＢＴ３に対応する同じ構成のゲート回路２１を設けていて、各ゲート回路２１からはゲート指令Ｓに基づく所定のゲート回路出力が、ゲート抵抗８を介し対応するＩＧＢＴ３のゲート３ｇに、ゲート制御出力として供給されるようになっている。さらに、各ゲート回路２１は、電圧発生器２２、切替スイッチ１１、電流増幅器１２を備えた構成となっていて、電圧発生器２２と切替スイッチ１１には、同時にゲート指令Ｓが入力されるよう接続されている。
【００５０】
また電圧発生器２２は、その出力側が切替スイッチ１１の一方の切替端子１１ａに接続されており、切替スイッチ１１の他方の切替端子１１ｂにはオフ用電圧値Ｖｏｆｆが加わるようになっている。そして、切替スイッチ１１に各入力し、切り替え選択された電圧発生器２２の出力とオフ用電圧値Ｖｏｆｆとは、その後、出力端子１１ｃから電流増幅器１２に入力され、電流増幅器１２からゲート回路出力としてゲート抵抗８に入力される。
【００５１】
また、電圧発生器２２は、例えばＩＧＢＴ３がオン動作するオン用電圧値Ｖｏｎを＋１５Ｖ、オフ動作するオフ用電圧値Ｖｏｆｆを−１５Ｖとした時、ＩＧＢＴ３がオン動作するオン用電圧値Ｖｏｎとオフ動作するオフ用電圧値Ｖｏｆｆとの間の予め設定した、例えば＋５Ｖの所定の中間電圧値（オン切替用電圧値）Ｖａｏｎから、オン用電圧値Ｖｏｎまで、直線的に漸次上昇する電圧を出力する可変電圧電源となっている。そして、ゲート指令Ｓのオン信号Ｓｏｎが入力されることで電圧発生器２２からは、＋５Ｖの中間電圧値Ｖａｏｎから＋１５Ｖのオン用電圧値Ｖｏｎまで、予め設定した所定の一定の時間Ｔａｏｎをかけて漸次上昇する電圧が切替スイッチ１１の一方の切替端子１１ａに出力される。
【００５２】
また切替スイッチ１１については、オフ状態のＩＧＢＴ３をオンするようゲート指令Ｓのオン信号Ｓｏｎが入力されることで、−１５Ｖのオフ用電圧値Ｖｏｆｆが加わっている他方の切替端子１１ｂから、電圧発生器２２が接続された一方の切替端子１１ａへ切り替える切替動作が行われるようになっている。
【００５３】
そのため、ゲート回路２１の出力は、図１０に示すように制御部からのゲート指令Ｓに基づきオフ状態からオン状態に切替わる際、先ず切替スイッチ１１の切替動作で、瞬時に−１５Ｖのオフ用電圧値Ｖｏｆｆから＋５Ｖの中間電圧値Ｖａｏｎに変化し、その後、＋５Ｖの中間電圧値Ｖａｏｎから＋１５Ｖのオン用電圧値Ｖｏｎまで、時間Ｔａｏｎをかけて漸次上昇する。そして、このようなゲート回路２１の出力がゲート抵抗８を介してゲート３ｇに加わることにより、ＩＧＢＴ３がターンオンする際の素子電流変化（ｄｉ／ｄｔ）が緩和されたものとなる。
【００５４】
すなわち、図１１に示すＩＧＢＴ３のＩ‐Ｖ特性曲線上での軌跡（太い実線矢印）を示す図により説明すると、ＩＧＢＴ３に対してスイッチングが対となる他相のＩＧＢＴ３に逆並列接続している逆導通ダイオード４、例えば図１における１つのアーム２ｕのＩＧＢＴ３に対し、スイッチングが対となるアーム２ｘのＩＧＢＴ３に逆並列接続している逆導通ダイオード４のダイオード電流値をＩｃＸとした時、ゲート指令Ｓのオン信号Ｓｏｎが入力すると、オフ状態のＩＧＢＴ３のゲート電圧Ｖｇｅは、−１５Ｖのオフ用電圧値Ｖｏｆｆから＋５Ｖの中間電圧値Ｖａｏｎに瞬時に変化し、さらに、＋５Ｖの中間電圧値Ｖａｏｎから徐々に上昇する。
【００５５】
その後、ゲート電圧Ｖｇｅがスレッショルド電圧以上になると、ＩＧＢＴ３はオンし、ＩＧＢＴ３の素子電流値Ｉｃは０から徐々に上昇する。そして、ＩＧＢＴ３の素子電流値Ｉｃが飽和電流値ＩｃＸとなるゲート電圧値ＶｇｅＸにゲート電圧Ｖｇｅが達するまでは、素子電流はゲート電圧Ｖｇｅの飽和電流値をとりながら上昇していく。この間のＩＧＢＴ３の素子電圧Ｖｃｅは、オフ時の素子電圧ＶｃｅＸのままである。さらに、ゲート電圧ＶｇｅがＶｇｅＸに達すると、素子電圧Ｖｃｅは低下しＩＧＢＴ３は完全にオン状態となる。このゲート電圧Ｖｇｅの上昇する時間が所定の一定値であることにより、素子電流Ｉｃのｄｉ／ｄｔが低減されたものとなる。
【００５６】
さらに、中間電圧値（オン切替用電圧値）Ｖａｏｎがスレッショルド電圧以下である場合と、中間電圧値（オン切替用電圧値）Ｖａｏｎがスレッショルド電圧以上である場合のターンオフ時のＩＧＢＴのゲート電圧、素子電圧、素子電流の波形及びスイッチングが対となる他相のＩＧＢＴに逆並列接続している逆導通ダイオードのダイオード電圧、ダイオード電流の波形をそれぞれ示す図１２、図１３により説明する。
【００５７】
図１２においては、ゲート指令Ｓのオン信号Ｓｏｎが入力された時にはゲート電圧Ｖｇｅがスレッショルド電圧以下になるので、ＩＧＢＴ３はオフのままである。そして、ＩＧＢＴ３のターンオン時には、他相の逆導通ダイオード４がオフとなるが、この逆導通ダイオード４のダイオード電流は、ターンオンしたＩＧＢＴ３の素子電流と同じｄｉ／ｄｔで低下することになる。これにより、この逆導通ダイオード４のオフ時の急峻なｄｉＦ／ｄｔ（ダイオードオフ時にダイオード電流が負荷電流値から０になる期間のｄｉ／ｄｔ）が低減され、逆回復特性がソフトリカバリ化されることで、この逆導通ダイオード４に発生する過電圧が抑制できる。
【００５８】
また、図１３においては、ゲート指令Ｓのオン信号Ｓｏｎが入力された時にはゲート電圧Ｖｇｅが瞬時にスレッショルド電圧以上になるので、ＩＧＢＴ３はオンする。素子電流が０からＩＧＢＴ３のゲート電圧Ｖｇｅが中間電圧値Ｖａｏｎであるときの飽和電流値まで高いｄｉ／ｄｔでオンすることになる。この時、他相の逆導通ダイオード４のダイオード電流も、この高いｄｉ／ｄｔで低下すことになるが、ＩＧＢＴ３のゲート電圧Ｖｇｅが中間電圧値Ｖａｏｎであるときの飽和電流値が充分に低い素子電流Ｉｃとなるように、中間電圧値Ｖａｏｎを設定することで、この逆導通ダイオード４のトータルのｄｉＦ／ｄｔは低減されるので、この逆導通ダイオード４に発生する過電圧は抑制できる。
【００５９】
以上の通り、本実施形態によれば、上記構成とすることで、逆導通ダイオード４のオフ時の急峻なｄｉＦ／ｄｔが低減し、それによって逆導通ダイオード４の逆回復特性がソフトリカバリ化され、逆導通ダイオード４のオフ時に発生する逆導通ダイオード４の過電圧が抑制できる。
【００６０】
なお、上記の実施形態においては電圧発生器２２の電圧変化が、直線的に漸次上昇するものとしたが、これに限るものでなく、漸次曲線的、階段状に変化するものであってもよい。
【実施例５】
【００６１】
次に第５の実施形態を図１４により説明する。図１４はＩＧＢＴの駆動回路構成を示す回路図である。なお、第１の実施形態及び第２実施形態、第４の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態及び第２実施形態、第４の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【００６２】
図１４において、ＩＧＢＴ３は、第１の実施形態と同様の電力変換装置の主回路に設けられており、２３はＩＧＢＴ３の制御を行うゲート駆動回路である。ゲート駆動回路２３には、第４の実施形態と同じ構成のゲート回路２１が、各ＩＧＢＴ３に対応して設けられている。そして、ゲート回路２１にはゲート指令Ｓが制御部から供給されるようになっている。またゲート回路２１とＩＧＢＴ３のゲート３ｇとは、ゲート抵抗を介すことなく、接続配線１４のみによって直接接続されている。すなわち、ゲート回路２１とＩＧＢＴ３のゲート３ｇとの間は、接続配線１４のみの低インピーダンスでの接続となっている。
【００６３】
このように構成されているので、制御部からゲート指令Ｓはゲート駆動回路２３のゲート回路２１に供給され、それに基づく所定のゲート回路出力が、ゲート回路２１からそのままゲート制御出力として直接ＩＧＢＴ３のゲート３ｇに供給される。そのため、ゲート回路２１の出力電圧はそのままＩＧＢＴ３のゲート３ｇに加わり、ゲート回路２１の出力電圧の値と、ＩＧＢＴ３のゲート電圧Ｖｇｅの値は同値となる。
【００６４】
そして、オフ状態のＩＧＢＴ３をオンするようゲート指令Ｓのオン信号Ｓｏｎがゲート回路２１に入力すると、ゲート回路２１は第４の実施形態におけると同じように、ゲート回路２１の出力は、瞬時に−１５Ｖのオフ用電圧値Ｖｏｆｆから＋５Ｖの中間電圧値Ｖａｏｎに変化し、その後、＋５Ｖの中間電圧値Ｖａｏｎから＋１５Ｖのオン用電圧値Ｖｏｎまで、時間Ｔａｏｎをかけて漸次上昇する。
【００６５】
この変化するゲート回路２１の出力電圧の値が、接続配線１４を経て直接ＩＧＢＴ３のゲート３ｇに加わることになり、ゲート電圧Ｖｇｅは瞬時に−１５Ｖのオフ用電圧値Ｖｏｆｆから＋５Ｖの中間電圧値Ｖａｏｎに変化した後、＋５Ｖの中間電圧値Ｖａｏｎから＋１５Ｖのオン用電圧値Ｖｏｎまで、所定の時間Ｔａｏｎをかけて漸次上昇する。これにより、本実施形態によれば、ＩＧＢＴ３がターンオンする際の急峻なｄｉ／ｄｔがより効果的に低減される。また、ＩＧＢＴ３とスイッチングが対となる他相のＩＧＢＴ３に逆並列接続している逆導通ダイオード４も、そのダイオード電流がオフ時における急峻なｄｉＦ／ｄｔが効果的に低減され、さらに逆回復特性がソフトリカバリ化されることで、逆導通ダイオード４に発生する過電圧が抑制できる。
【実施例６】
【００６６】
次に第６の実施形態を図１５により説明する。図１５はＩＧＢＴの駆動回路構成を示す回路図である。なお、第１の実施形態及び第３実施形態、第４の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態及び第３実施形態、第４の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【００６７】
図８において、ＩＧＢＴ３は、第１の実施形態と同様の電力変換装置の主回路に設けられており、２４はＩＧＢＴ３の制御を行うゲート駆動回路であり、ゲート駆動回路２４は、各ＩＧＢＴ３に対応する同じ構成のゲート回路２５を設けていて、各ゲート回路２５からはゲート指令Ｓに基づく所定のゲート回路出力が、ゲート抵抗８を介し対応するＩＧＢＴ３のゲート３ｇに、ゲート制御出力として供給されるようになっている。さらに、各ゲート回路２５は、電圧発生器２６、切替スイッチ１１、電流増幅器１２を備えた構成となっていて、電圧発生器２６と切替スイッチ１１には、同時にゲート指令Ｓが入力されるよう接続されている。そして、電圧発生器２６には、電流検出器１６で検出した負荷電流値の信号が入力されるように構成されている。
【００６８】
また、電圧発生器２６は、その出力側が切替スイッチ１１の一方の切替端子１１ａに接続されており、切替スイッチ１１の他方の切替端子１１ｂにはオフ用電圧値Ｖｏｆｆが加わるようになっている。そして、切替スイッチ１１に各入力し、切り替え選択された電圧発生器２６の出力とオフ用電圧値Ｖｏｆｆとは、その後、出力端子１１ｃから電流増幅器１２に入力され、電流増幅器１２からゲート回路出力としてゲート抵抗８に入力される。
【００６９】
さらに電圧発生器２６は、例えばＩＧＢＴ３がオン動作するオン用電圧値Ｖｏｎを＋１５Ｖ、オフ動作するオフ用電圧値Ｖｏｆｆを−１５Ｖとした時、ＩＧＢＴ３がオン動作するオン用電圧値Ｖｏｎとオフ動作するオフ用電圧値Ｖｏｆｆとの間の予め設定した、例えば＋５Ｖの所定の中間電圧値（オン切替用電圧値）Ｖａｏｎから、オン用電圧値Ｖｏｎまで、直線的に漸次上昇する電圧を出力する可変電圧電源となっている。そして、ゲート指令Ｓのオン信号Ｓｏｎが入力されることで電圧発生器２６からは、＋５Ｖの中間電圧値Ｖａｏｎから＋１５Ｖのオン用電圧値Ｖｏｎまで、電流検出器１６で検出した負荷電流値に対応して可変となるよう設定した時間Ｔｂｏｎをかけて、漸次上昇する電圧が切替スイッチ１１の一方の切替端子１１ａに出力される。
【００７０】
また切替スイッチ１１については、オフ状態のＩＧＢＴ３をオンするようゲート指令Ｓのオン信号Ｓｏｎが入力されることで、−１５Ｖのオフ用電圧値Ｖｏｆｆが加わっている他方の切替端子１１ｂから、電圧発生器２６が接続された一方の切替端子１１ａへ切り替える切替動作が行われるようになっている。
【００７１】
そのため、ゲート回路２５の出力は、制御部からのゲート指令Ｓに基づきオフ状態からオン状態に切替わる際、先ず切替スイッチ１１の切替動作で、瞬時に−１５Ｖのオフ用電圧値Ｖｏｆｆから＋５Ｖの中間電圧値Ｖａｏｎに変化し、その後、＋５Ｖの中間電圧値Ｖａｏｎから＋１５Ｖのオン用電圧値Ｖｏｎまで、時間Ｔｂｏｎをかけて漸次上昇する。
【００７２】
この時、ＩＧＢＴ３に流れる素子電流Ｉｃが負荷電流と略等しいと考えられるから、例えばＩＧＢＴ３に対してスイッチングが対となる他相のＩＧＢＴ３に逆並列接続している逆導通ダイオード４のオフ時のダイオード電流が高い領域では、時間Ｔｂｏｎを予め設定した基準時間よりも長くし、ｄｉ／ｄｔは低減する。逆に、ダイオード電流が低い領域では、時間Ｔｂｏｎを予め設定した基準時間よりも短くし、ｄｉ／ｄｔを高めにする。このように、負荷電流値を検出し、それに応じて電圧発生器２６の時間Ｔｂｏｎを可変とすることで、逆導通ダイオード４のオフ時に、逆導通ダイオード４に発生する過電圧をより効果的に抑制できることになる。
【００７３】
なお、上記の実施形態においては電圧発生器２６の電圧変化が、直線的に漸次上昇するものとしたが、これに限るものでなく、漸次曲線的、階段状に変化するものであってもよい。
【実施例７】
【００７４】
次に第７の実施形態を図１６により説明する。図１６はＩＧＢＴの駆動回路構成を示す回路図である。なお、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【００７５】
図１６において、ＩＧＢＴ３は、第１の実施形態と同様の電力変換装置の主回路に設けられており、２７はＩＧＢＴ３の制御を行うゲート駆動回路であり、ゲート駆動回路２７は、各ＩＧＢＴ３に対応する同じ構成のゲート回路２８を設けていて、各ゲート回路２８からはゲート指令Ｓに基づく所定のゲート回路出力が、ゲート抵抗８を介し対応するＩＧＢＴ３のゲート３ｇに、ゲート制御出力として供給されるようになっている。
【００７６】
また、各ゲート回路２８は、電圧発生器２９、電流増幅器１２を備え、さらに電圧発生器２９に電圧パターン発生部３０を備えた構成となっている。電圧パターン発生部３０は、ＩＧＢＴ３のターンオフ時に過電圧が発生しないようＩＧＢＴ３の最適スイッチングを実現する、例えばＩＧＢＴ３がオン動作するオン用電圧値Ｖｏｎの＋１５Ｖから、オフ動作するオフ用電圧値Ｖｏｆｆの−１５Ｖまで、所定の時間をかけて変化する電圧パターンが、予めプログラムされている。
【００７７】
電圧パターン発生部３０にプログラムされた電圧パターンは、例えばオン用電圧値Ｖｏｎからオフ用電圧値Ｖｏｆｆまで漸次直線的に、または曲線的に、または階段状に変化するパターン、あるいはオン用電圧値Ｖｏｎから両電圧値Ｖｏｎ，Ｖｏｆｆの中間電圧値まで漸次直線的に、または曲線的に、または階段状に変化してから瞬時にオフ用電圧値Ｖｏｆｆに変化するパターン等である。
【００７８】
また、電圧発生器２９は、ゲート指令Ｓが入力されるようになっていて、ゲート指令Ｓのオフ信号Ｓｏｆｆが入力されることで電圧パターン発生部３０が動作し、オン用電圧値Ｖｏｎからオフ用電圧値Ｖｏｆｆまで所定のパターンで変化する電圧を電流増幅器１２に出力する。そして、電流増幅器１２に入力された所定のパターンで変化する電圧は、電流増幅器１２からゲート回路出力としてゲート抵抗８に入力される。
【００７９】
そのため、制御部からのゲート指令Ｓに基づきオン状態からオフ状態に切替わる際、所定の時間をかけ所定の電圧パターンをもって＋１５Ｖのオン用電圧値Ｖｏｎから−１５Ｖのオフ用電圧値Ｖｏｆｆまで変化する電圧が、ゲート回路７から出力され、ゲート抵抗８を介してＩＧＢＴ３のゲート３ｇに加わり、ＩＧＢＴ３の最適なスイッチングが行われる。その結果、ＩＧＢＴ３がターンオフする際の素子電流変化（ｄｉ／ｄｔ）が緩和されたものとなり、主回路の配線インダクタンス成分によりＩＧＢＴ３に発生する過電圧が抑制できる。
【実施例８】
【００８０】
次に第８の実施形態を図１７により説明する。図１７はＩＧＢＴの駆動回路構成を示す回路図である。なお、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【００８１】
図１７において、ＩＧＢＴ３は、第１の実施形態と同様の電力変換装置の主回路に設けられており、３１はＩＧＢＴ３の制御を行うゲート駆動回路であり、ゲート駆動回路３１は、各ＩＧＢＴ３に対応する同じ構成のゲート回路３２を設けていて、各ゲート回路３２からはゲート指令Ｓに基づく所定のゲート回路出力が、ゲート抵抗８を介し対応するＩＧＢＴ３のゲート３ｇに、ゲート制御出力として供給されるようになっている。
【００８２】
また、各ゲート回路３２は、電圧発生器３３、電流増幅器１２を備え、さらに電圧発生器３３に電圧パターン発生部３４を備えた構成となっている。電圧パターン発生部３４は、ＩＧＢＴ３に対してスイッチングが対となる他相のＩＧＢＴ３に逆並列接続している逆導通ダイオード４のダイオードオフ時に過電圧が発生しないようＩＧＢＴ３の最適スイッチングを実現する、例えばＩＧＢＴ３がオフ動作するオフ用電圧値Ｖｏｆｆの−１５Ｖからオン動作するオン用電圧値Ｖｏｎの＋１５Ｖまで、所定の時間をかけて変化する電圧パターンが、予めプログラムされている。
【００８３】
電圧パターン発生部３４にプログラムされた電圧パターンは、例えばオフ用電圧値Ｖｏｆｆからオン用電圧値Ｖｏｎまで漸次直線的に、または曲線的に、または階段状に変化するパターン、あるいはオフ用電圧値Ｖｏｆｆから瞬時に両電圧値Ｖｏｎ，Ｖｏｆｆの中間電圧値に変化してから漸次直線的に、または曲線的に、または階段状にオン用電圧値Ｖｏｎまで変化するパターン等である。
【００８４】
また、電圧発生器３３は、ゲート指令Ｓが入力されるようになっていて、ゲート指令Ｓのオン信号Ｓｏnが入力されることで電圧パターン発生部３4が動作し、オフ用電圧値Ｖｏｆｆからオン用電圧値Ｖｏｎまで所定のパターンで変化する電圧を電流増幅器１２に出力する。そして、電流増幅器１２に入力された所定のパターンで変化する電圧は、電流増幅器１２からゲート回路出力としてゲート抵抗８に入力される。
【００８５】
そのため、制御部からのゲート指令Ｓに基づきオフ状態からオン状態に切替わる際、所定の時間をかけ所定の電圧パターンをもって−１５Ｖのオフ用電圧値Ｖｏｆｆから＋１５Ｖのオン用電圧値Ｖｏｎまで変化する電圧が、ゲート回路７から出力され、ゲート抵抗８を介してＩＧＢＴ３のゲート３ｇに加わり、ＩＧＢＴ３の最適なスイッチングが行われる。その結果、逆導通ダイオード４のオフ時、急峻な逆回復電流の電流変化により発生する逆導通ダイオード４の過電圧が抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置の概略を示す構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるＩＧＢＴの駆動回路構成を示す回路図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるゲート指令、ゲート回路出力の波形図である。
【図４】本発明の第１の実施形態におけるＩＧＢＴのＩ‐Ｖ特性曲線上における軌跡を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるオフ切替用電圧値がスレッショルド電圧以下である場合のＩＧＢＴのゲート電圧、素子電圧、素子電流の波形図である。
【図６】本発明の第１の実施形態におけるオフ切替用電圧値がスレッショルド電圧以上である場合のＩＧＢＴのゲート電圧、素子電圧、素子電流の波形図である。
【図７】本発明の第２の実施形態におけるＩＧＢＴの駆動回路構成を示す回路図である。
【図８】本発明の第３の実施形態におけるＩＧＢＴの駆動回路構成を示す回路図である。
【図９】本発明の第４の実施形態におけるＩＧＢＴの駆動回路構成を示す回路図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態におけるゲート指令、ゲート回路出力の波形図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態におけるＩＧＢＴのＩ‐Ｖ特性曲線上における軌跡を示す図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態におけるオン切替用電圧値がスレッショルド電圧以下である場合のＩＧＢＴのゲート電圧、素子電圧、素子電流及びスイッチングが対となるＩＧＢＴに逆並列接続している逆導通ダイオードの電圧、電流の波形図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態におけるオン切替用電圧値がスレッショルド電圧以上である場合のＩＧＢＴのゲート電圧、素子電圧、素子電流及びスイッチングが対となるＩＧＢＴに逆並列接続している逆導通ダイオードの電圧、電流の波形図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態におけるＩＧＢＴの駆動回路構成を示す回路図である。
【図１５】本発明の第６の実施形態におけるＩＧＢＴの駆動回路構成を示す回路図である。
【図１６】本発明の第７の実施形態におけるＩＧＢＴの駆動回路構成を示す回路図である。
【図１７】本発明の第８の実施形態におけるＩＧＢＴの駆動回路構成を示す回路図である。
【図１８】第１の従来技術に係るＩＧＢＴの周辺回路を示す回路図である。
【図１９】第１の従来技術におけるＩＧＢＴのゲート電圧の波形図である。
【図２０】第１の従来技術におけるＩＧＢＴターンオフ時のＩＧＢＴの素子電圧、素子電流及び逆導通ダイオードの素子電圧、素子電流の波形図である。
【図２１】第２の従来技術に係るＩＧＢＴの周辺回路を示す回路図である。
【符号の説明】
【００８７】
３…ＩＧＢＴ
３ｇ…ゲート
４…逆導通ダイオード
５，１３，１５，２０，２３，２４，２７，３１…ゲート駆動回路
７，１７，２１，２５，２８，３２…ゲート回路
９，１８，２２，２６，２９，３３…電圧発生器
１０，１９…タイマ
１１…切替スイッチ
１６…電流検出器
３０，３１…電圧パターン発生部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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