电力变换装置及其异常检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术的目的在于，在多个IGBT元件所构成的电力变换装置中，可靠地检测出栅驱动电路的异常与IGBT元件的异常并进行保护。由电力变换装置的控制电路(100)、产生对各个IGBT的指令脉冲的脉冲发生电路(200)、对应于所输入的指令脉冲的状态，进行IGBT的通/断动作控制的多个栅驱动电路(400a～400n)、与各个栅驱动电路相连接的IGBT(500a～500n)、以及异常检测电路(300)构成，异常检测电路中，判定指令脉冲RPa～RPn与栅驱动电路所输出的栅反馈脉冲FBPa～FBPn的不一致，在不一致状态持续了一定时间的情况下，判定为异常，给脉冲发生电路输出让所有指令脉冲截止的信号SUP。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种能够通过施加给元件的控制输入的电压来控制导通状态并且使用多个电压驱动式半导体元件进行电力变换的电力变换装置，特别是具有检测出电压驱动式半导体元件的异常的机构的。
技术介绍
电压驱动式半导体元件中代表性的有绝缘栅双极晶体管ansulatedGate Bipolar Transistor :IGBT)，在电力变换装置中广泛使用。以下，本说明书中使用IGBT作为指代电压驱动式半导体元件全体的语言，来进行说明。作为电力变换装置的保护，广泛进行的是检测出因电力变换装置的负荷短路等所产生的过电流，并通过IGBT自身来切断过电流进行保护的方式。例如，从IGBT的集电极电压检测出过大电流时的饱和电压上升，使得栅电压下降，通过IGBT自身来切断过电流，进行保护。另外，还有的在IGBT内设置专用的电流检测用发射电极，检测出过电流，使得栅电压下降，通过IGBT自身来切断过电流，进行保护。但是，检测出饱和电压的上升的方式中，如果没有流通过大电流，集电极电压就不会上升，因此必然会检测延迟。另外，由于高压的集电极电压与栅(gate)驱动电路相连接， 因此电路结构变得复杂，并且使用因IGBT的通/断动作而急剧地变动的集电极电压，因此有时候会发生误动作。另外，设置电流检测用发射极的方式，需要在IGBT电路自身中设置电极，在使用通用IGBT的电力变换装置中无法应用。专利文献1中，公开了一种绝缘栅式半导体元件的故障检测方法，检测出绝缘栅式半导体元件的栅电流，从栅电流的上升信号中求出相当于导通的时间，将该时间与栅极指令信号进行比较，检测出两者的不一致，通过这样来迅速检测出元件的故障。专利文献1特开2002481736号公报但是，以前的方式中，均采用通过IGBT自身切断过电流的方式，因此在因IGBT自身的故障等而失去了电流切断功能的情况下，存在无法进行保护的问题。进而，在因栅驱动电路的误动作、故障等，而对IGBT进行了错误的通/断控制的情况下，也存在无法保护的问题。另外，在多个IGBT所构成的电力变换装置中，1个IGBT元件的电流切断失败成为其他IGBT元件的过电流的原因，存在会波及到多个IGBT元件的破损的问题。
技术实现思路
本专利技术立足于以上问题，目的在于提供一种电力变换装置，在这种多个IGBT元件所构成的电力变换装置中，具有可靠地检测出栅驱动电路的异常以及IGBT元件的异常并进行保护，通过这样来防止1个IGBT元件的故障波及到其他IGBT元件的损坏的保护功能。本专利技术具有进行电力变换装置的控制处理，根据来自控制电路的指令，产生指定对各个开关元件(以下代表IGBT等的电压式驱动元件)的通/断状态的指令脉冲的脉冲发生部、对应于所输入的指令脉冲的状态，变更施加给IGBT的栅极的栅电压的大小，通过这样对IGBT进行通或断动作的多个栅驱动部、与各个栅驱动部相连接的IGBT、以及检测出栅驱动机构与IGBT的异常的异常检测部。具体地说，栅驱动部(栅驱动电路)具有对应于指令脉冲的状态，变更施加给 IGBT的栅极的栅电压的大小的栅驱动部；检测出栅电压，将其大小与阈值进行比较，并输出表示大于阈值的(H)或小于阈值的(L)的信号的栅电压判断部；检测出栅电流，将其大小与阈值进行比较，并输出表示大于阈值的(H)或小于阈值的(L)的信号的栅电流判断部；输入栅电压判断部的输出与栅电流判断部的输出，输出表示IGBT的通/断状态的栅反馈信号的栅反馈生成部以及电源部。另外，异常检测部(异常检测电路)，输入由脉冲发生部输出给各个栅驱动部的指令脉冲，以及与脉冲发生电路相连接的多个栅驱动部所输出的栅反馈信号，判断指令脉冲与各个栅反馈信号是否一致。在判断的结果是检测到了异常的情况下，输出让脉冲发生部例如将所有的指令脉冲设为截止的信号(抑制(suppress)信号)的指令。通过这样，构成电力变换装置的各个IGBT都变为截止状态，电力变换装置停止。这样，本专利技术中，例如在异常检测时，构成电力变换装置的所有IGBT中都进行截止动作，因此即使例如1个IGBT没有进行电流切断，位于该电流路径中的其他IGBT也变为截止状态，切断电流，因此能够保护其他IGBT。根据本专利技术，在多个IGBT所构成的电力变换装置中，检测出IGBT的异常，并且例如在构成电力变换装置的所有IGBT中都进行截止动作，通过这样，能够防止1个IGBT元件的故障波及到其他IGBT元件的破损。另外，在异常检测时，通过脉冲发生机构进行截止动作，因此即使在栅驱动机构或IGBT自身有异常的情况下，例如也能够将所有的IGBT可靠地设为截止状态，能够保护其他IGBT。这里，栅驱动部进行以下动作在指令脉冲为H电平时，给IGBT的栅极施加正的固定电压，在为L电平时进行施加负的固定电压的动作。因此，在IGBT的栅电压与指令脉冲的电平不对应的情况下，认为是栅驱动机构的异常或IGBT的异常。另外，一般来说，IGBT等电压驱动式半导体元件，在变更了所施加的栅电压之后的短时间内，流通用来对栅电容进行充放电的栅电流，而在其他的稳定时不流通。因此，在尽管没有让所施加的栅电压进行变化，但流通了一定时间以上的栅电流的情况下，能够判断是IGBT的异常状态。为了利用如上所述的IGBT的特性，检测出异常，而在栅驱动部中设置栅电压判断部与栅电流判断部，除了 IGBT的栅电压与指令脉冲不一致的情况，还能够检测出栅电流与指令脉冲的不一致，因此能够可靠地检测出栅驱动部的异常或IGBT元件的异常并进行保护。附图说明图1为表示本专利技术的一实施方式的整体结构例的方框图。图2为表示本专利技术的一实施方式的栅电压判断部的动作特性例的说明图。图3为表示本专利技术的一实施方式的栅电流判断部的动作特性例的说明图。图4为表示本专利技术的一实施方式的栅反馈生成部的结构例的说明图。图5为表示本专利技术的一实施方式的异常检测电路的结构例的方框图。图6为表示本专利技术的一实施方式的正常时的动作例的说明图。图7为表示本专利技术的一实施方式的异常时的动作例(1)的说明图。图8为表示本专利技术的一实施方式的异常时的动作例(2)的说明图。图中100-控制电路，200-脉冲发生电路，300-异常检测电路，301-振荡电路， 302-计数器，303-或运算电路，304-异或运算电路，400-栅驱动电路，401-栅驱动部， 402-电源部，403-栅电压判断部，404-栅电流判断部，405-栅反馈生成部，406-栅电阻， 500-IGBT具体实施例方式下面，对照附图对本专利技术的一实施方式进行说明。图1为表示本专利技术的一实施方式的电力变换装置的结构例的方框图。对照图1，对本例的一实施方式的整体结构进行说明。本例具有控制电力变换装置的动作的控制电路100 ；按照控制电路100的指示， 进行指令IGBT的通/断的指令脉冲发生的指令脉冲发生机构即脉冲发生电路200 ；由脉冲发生电路200输入指令脉冲，对应于指令脉冲的状态，变更施加给IGBT的栅极的栅电压的大小，通过这样来进行IGBT的接通或断开动作的栅驱动机构即栅驱动电路400a ；IGBT元件 500a ；以及检测出栅驱动电路或IGBT的异常，在异常发生时，输出用来将脉冲发生电路200 的脉冲发生停止的信号SUP的异常检测机构即异常检测电路300。另外，电力变换装置由多个IGB本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电力变换装置，使用多个电压控制式半导体元件而构成，具有：脉冲发生部，根据来自控制电路的指令，发生用来控制上述电压控制式半导体元件的通／断的指令脉冲；栅驱动部，输入上述指令脉冲，通过将对应于指令脉冲的电压作为栅电压施加，来控制上述电压控制式半导体元件的通／断动作，输出表示上述电压控制式半导体元件的通／断状态的栅反馈信号；以及异常检测部，输入上述指令脉冲与上述栅反馈信号，来检测异常，上述异常检测部具有：检测出所输入的上述指令脉冲和上述栅反馈信号之间的不一致的检测部；以及检测出该不一致持续了一定时间，在持续了一定时间的情况下，对上述脉冲发生部，发生用来停止对电压控制式半导体元件的指令脉冲的信号的信号发生部。

【技术特征摘要】
2006.08.22 JP 2006-2256001.一种电力变换装置，使用多个电压控制式半导体元件而构成， 具有脉冲发生部，根据来自控制电路的指令，发生用来控制上述电压控制式半导体元件的通/断的指令脉冲；栅驱动部，输入上述指令脉冲，通过将对应于指令脉冲的电压作为栅电压施加，来控制上述电压控制式半导体元件的通/断动作，输出表示上述电压控制式半导体元件的通/断状态的栅反馈信号；以及异常检测部，输入上述指令脉冲与上述栅反馈信号，来检测异常， 上述异常检测部具有检测出所输入的上述指令脉冲和上述栅反馈信号之间的不一致的检测部；以及检测出该不一致持续了一定时间，在持续了一定时间的情况下，对上述脉冲发生部，发生用来停止对电压控制式半导体元件的指令脉冲的信号的信号发生部。2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于， 上述栅驱动部具有第1判断部，输入控制对象的电压控制式半导体元件的栅电压，判断电压的高低；以及第2判断部，输入控制对象的电压控制式半导体元件的栅电流，判断电流的有无， 根据上述栅电压与栅电流的状态，将上述电压控制式半导体元件的状态作为栅反馈信号输出，检测异常。3.一种电力变换装置的异...

【专利技术属性】
技术研发人员：松田敏彦，小林清隆，执行正谦，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP