开关元件的驱动电路和电力变换装置制造方法及图纸

从过电流保护开关元件的短路保护电路（12）具有：电位降低部件，在主电路电流为过电流的情况下降低栅极端子的电位；反馈部件，根据主电路电流的电流量，对电位降低部件降低的栅极电位的降低量进行反馈控制；以及相位提前部件，在反馈控制的反馈环中进行相位提前补偿。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及开关元件的驱动电路和电力变换装置。
技术介绍
在构成逆变器(inverter)等电力变换装置的开关元件的驱动电路中，从安全考虑，一般设置短路保护电路。该短路保护电路用于防止因短路时的过电流引起的热而开关元件破坏，并且用于防止因过电流断流时产生的涌电压引起的开关元件的耐压破坏。在特开2001-345688号公报中公开了半导体开关元件驱动电路。该驱动电路具备过电流限制电路，若集电极电流大于第I值，则瞬时降低栅极端子的电压；以及过电流·保护电路，若集电极电流大于第2值，则首先将集电极电流以第一斜率降低，之后若集电极电流小于第3值，则以大的第二斜率降低。此外，在特许第3680722号公报中公开了开关元件的过电流保护电路。该保护电路具有栅极电压保持部件，将栅极电压保持在设定值；栅极电流增大部件，为了迅速降低栅极电压而临时增大栅极电流；以及栅极电流抑制部件，用于在栅极电流增大部件动作之后将栅极电压缓慢地转移到设定值。
技术实现思路
专利技术要解决的课题但是，在上述文献所公开的电路中，在过电流时降低栅极电位的控制成为前馈控制。因此，根据开关元件的特性偏差和温度，存在产生电流振动、并牵连到开关元件的破坏的顾虑。本专利技术鉴于上述情况而完成，其目的在于，与开关元件的特性偏差和温度无关地抑制电流振动，从而抑制开关元件的破坏。用于解决课题的手段本专利技术的一个方式是一种开关元件的驱动电路，其具有控制电路，对开关元件的第一端子施加控制电压，从而在主电路中流过主电路电流；以及保护电路，在主电路电流为过电流的情况下保护开关元件。该保护电路具有电位降低部件，在主电路电流为过电流的情况下降低第一端子的电位；反馈部件，根据主电路电流的电流量，对电位降低部件进行的在第一端子中的电位的降低量进行反馈控制；以及相位提前部件，在反馈控制的反馈环中进行相位提前补偿。附图说明图I是表示本专利技术的第一实施方式的开关元件的驱动电路的电路结构图。图2是由图I所示的开关元件和短路保护电路12构成的电路的控制方框图。图3是用于说明通过反馈控制的短路保护电路的电路结构图。图4是表示图I所示的短路保护电路12的开环特性的仿真结果的说明图。图5是表示图I所示的短路保护电路12的过渡响应特性的仿真结果的说明图。图6是表示考虑了 IGBT的栅极阈值的偏差的响应特性的仿真结果的说明图。图7是表示考虑了温度的偏差的响应特性的仿真结果的说明图。图8是表示本专利技术的第二实施方式的开关元件的驱动电路的电路结构图。具体实施例方式(第一实施方式)本专利技术的第一实施方式的开关元件的驱动电路被用来驱动构成电动机控制用的逆变器等电力变换装置的开关元件，如图I所示，主要由逻辑电路10、栅极驱动器(控制电路)11、开关元件(IGBT :Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)Q4、短路保护电路12构成。·另外，在本实施方式中，说明作为开关元件而使用了具备栅极端子(第一端子)和集电极端子(第二端子)和发射极端子(第三端子)的IGBT的一例，但是开关元件并不限定于IGBT。例如，也可以使用具备了栅极端子(第一端子)和源极端子(第二端子)和漏极端子(第三端子)的 MOS-FET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金属氧化物半导体场效应晶体管)作为开关元件。逻辑电路10根据PWM信号等输入信号(未图示)，对栅极驱动器11进行导通截止控制。栅极驱动器11由推挽电路构成，该推挽电路由通过逻辑电路10进行导通截止切换的源驱动器Ql和宿(sink)驱动器Q2构成。源驱动器Ql和宿驱动器Q2的连接点经由栅极电阻Rl连接到IGBTQ4的栅极端子。IGBTQ4是由驱动电路进行驱动的开关元件。在本实施方式中，在IGBTQ4中，集电极端子与发射极端子之间反向并联连接了回流用二极管D2，在IGBTQ4的集电极端子上连接有线圈LI。通过由逻辑电路10经由栅极驱动器11对IGBTQ4的栅极端子施加电压(控制电压)，从而在IGBTQ4的集电极端子与发射极端子之间的主电路中流过集电极电流(主电路电流)。短路保护电路12在主电路电流成为过电流的情况下，作为用于保护IGBTQ4的保护电路发挥作用。该短路保护电路12具备连接到在IGBTQ4的发射极的一部分中分支的感测端子上连接的感测电阻R3、以及其集电极端子经由二极管Dl连接到IGBTQ4的栅极端子的NPN晶体管Q3。IGBTQ4的感测端子是，流过与IGBTQ4的集电极电流呈比例的电流(感测电流)的电流检测用端子。NPN晶体管Q3的基极端子连接到IGBTQ4的感测端子与感测电阻R3的连接点。如果经由IGBTQ4的感测端子而流过感测电流，则感测电阻R3作为电流检测部件发挥作用，基于通过该感测电阻R3产生的电压，使NPN晶体管Q3导通。此外，在短路保护电路12中，在NPN晶体管Q3的发射极端子连接有电阻R2，电容器Cl并联连接到该电阻R2。下面，说明本实施方式的开关元件的驱动电路的动作。首先，在没有发生短路的通常动作时，由栅极电阻R1、栅极驱动器11 (源驱动器Ql和宿驱动器Q2)来驱动IGBTQ4。这时，NPN晶体管Q3截止，因此电容器Cl通过电阻R2放电。另一方面，如果发生短路，则在IGBTQ4的集电极-发射极之间的主电路中流过过电流。由此，在IGBTQ4的感测端子中流过的电流也成比例地增加，通过感测电阻R3而NPN晶体管Q3的基极电位上升。在基极电位超过NPN晶体管Q3的阈值电位的情况下，NPN晶体管Q3导通，由此经由电容器Cl、电阻R2以及二极管Dl而流过电流，IGBTQ4的栅极端子的电位(栅极电位)下降。这里，电阻R2根据使IGBTQ4的栅极电位降低的电流而提高NPN晶体管Q3的发射极电位，因此具有负反馈的效果。此外，电阻R2还具有如下作用决定在NPN晶体管Q3导通之后成为稳定状态时的主电路电流的电流值。这是因为，IGBTQ4的栅极电位主要由电阻Rl与电阻R2的比例决定。另一方面，在本实施方式中，对电阻R2并联连接了电容器Cl。电容器Cl发挥过渡性地在NPN晶体管Q3导通之后立即快速降低IGBTQ4的栅极电位的作用，此外具有在后述的反馈系统中提前相位的作用。S卩，在本实施方式的开关元件的驱动电路中，如图2所示，由IGBTQ4和短路保护电路12构成的电路将对开关元件的栅极端子施加的电压作为输入，将主电路电流作为输出，并具有由开关兀件的寄生电容I和开关兀件的导纳2和主电路的寄生电感3的串联I禹合、以及用于检测主电路电流的电流量的电流检测部件4和进行相位提前补偿的相位提前部·件5的串联耦合构成的反馈环。而且，在本实施方式的开关元件的驱动电路中，如果对短路保护电路12进行功能性描述的话，具有电位降低部件、反馈部件、以及相位提前部件5。电位降低部件承担在主电路电流成为过电流的情况下，降低IGBTQ4的栅极端子的电位的功能。在短路保护电路12中，该电位降低部件主要由感测电阻R3、NPN晶体管Q3、以及二极管Dl构成，通过基于由连接到IGBTQ4的感测端子的感测电阻R3产生的电压而使NPN晶体管Q3导通，从而经由二极管Dl降低栅极端子的电位。此外,反馈部件承担根据主电路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.10.26 JP 2009-2456251.一种开关元件的驱动电路，其特征在于，具有 控制电路，通过对具有第一端子和第二端子和第三端子的开关元件的所述第一端子施加控制电压，从而在所述第二端子和所述第三端子之间的主电路中流过主电路电流；以及保护电路，在所述主电路电流为过电流的情况下，保护所述开关元件， 所述保护电路具有 电位降低部件，在所述主电路电流为过电流的情况下，降低所述第一端子的电位； 反馈部件，根据所述主电路电流的电流量，对所述电位降低部件降低的所述第一端子的电位的降低量进行反馈控制；以及 相位提前部件，在反馈控制的反馈环中进行相位提前补偿。2.如权利要求I所述的开关元件的驱动电路，其特征在于， 所述相位提前部件基于所述主电路的寄生电感和所述开关元件的寄生电容引起的频率特性而被设定。3.如权利要求2所述的开关元件的驱动电路，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：丸山涉，菊地义行，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，卡森尼可关精株式会社，
类型：发明
国别省市：