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公開番号2024110779
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-16
出願番号2023015572
出願日2023-02-03
発明の名称電力変換装置
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02M 1/08 20060101AFI20240808BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】スイッチング素子の端子間電圧にサージ電圧が含まれる場合にも、スイッチング素子が破壊されることを抑制可能である電力変換装置、駆動装置、及び駆動方法を提供する。
【解決手段】本実施形態に係る電力変換装置は、スイッチング素子で構成される複数のアームが直列に接続された電力変換装置あって、スイッチング素子を駆動する駆動装置を備える。駆動装置は、ゲートアンプと、検知回路と、電流アンプと、を有する。ゲートアンプは、ゲート信号に応じて、スイッチング素子の抵抗状態を制御する。検知回路は、スイッチング素子の端子間電圧を検知する。電流アンプは、端子間電圧に基づいて、スイッチング素子のゲート端子に第1電流を供給する。電流アンプは、端子間電圧予め設定された電圧に達したときに、スイッチング素子のゲート端子に流れる電流がゼロに近づくように、ゲート端子に電流を供給する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
スイッチング素子で構成される複数のアームが直列に接続された電力変換装置あって、
前記スイッチング素子を駆動する駆動装置を備え、
前記駆動装置は、
ゲート信号に応じて、前記スイッチング素子のゲート端子に直流電圧を印加して、前記スイッチング素子の抵抗状態を制御するゲートアンプと、
前記スイッチング素子の端子間電圧を検知する検知回路と、
前記端子間電圧に基づいて、前記ゲート端子に第１電流を供給する電流アンプと、
を有し、
前記電流アンプは、前記端子間電圧が予め設定された電圧に達したときに、前記ゲート端子に流れる電流がゼロに近づくように、前記第１電流を供給する、電力変換装置。
続きを表示（約 930 文字）【請求項２】
前記電流アンプは、前記端子間電圧と予め設定された動作開始電圧との差分に比例する電流を前記ゲート端子に供給する、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記電流アンプは、ゲート抵抗に反比例した電流を前記ゲート端子に供給することで、前記ゲート端子に流れる電流をゼロに近づける、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記電流アンプは、ゲート端子電圧と負側ゲート駆動電圧源との和に比例する電流を前記ゲート端子に供給することで、前記ゲート端子に流れる電流をゼロに近づける、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記電流アンプは、ゲート電圧の変化に比例した電流を流すことで、前記ゲート端子に流れる電流をゼロに近づける、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記端子間電圧は、前記スイッチング素子の前記スイッチング素子のコレクタ－エミッタ間電圧である、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記電流アンプは前記検知回路の出力が予め設定されたクランプ電圧に達したときに、前記ゲート端子に流れる第２電流がゼロに近づくように、前記端子間電圧と前記第１電流との関係が設定される、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記ゲートアンプは、前記ゲート信号に応じて、正側ゲート駆動電圧源の正電位と負側ゲート電圧源の負電位を出力する、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記スイッチング素子のゲート端子と前記正側ゲート駆動電圧源の正電極との間に、電位をクランプするクランプ回路を更に備え、
前記電流アンプに電圧を供給する電流アンプ用電源は前記正側ゲート駆動電圧源の正電位より高い電位である、請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記ゲートアンプと、前記検知回路と、前記電流アンプと、を内包する導電性のケースを更に備え、
前記導電性のケースは前記スイッチング素子のエミッタ端子と同電位である、請求項１に記載の電力変換装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力変換装置、駆動装置、及び駆動方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、電力変換装置の応用先拡大に伴い、電力変換装置のさらなる高電圧・大容量化が求められている。しかし、絶縁ゲート型バイポーラトランジスター（ＩＧＢＴ：ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、及び絶縁ゲート電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などに代表されるスイッチング素子の耐圧には実用上の限界がある。このため、さらなる高電圧化のために、スイッチング素子を複数直列化して高電圧化を実現している。
【０００３】
このようなＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴは、オン・オフ状態を自己継続しないノンラッチ型のスイッチング素子であり、サイリスタなど、ラッチング型のスイッチング素子に比べて、高いゲート制御特性を有する。例えばスイッチング素子のコレクタ、エミッタ端子間に端子間電圧が印加されている状態で、スイッチング素子のゲート端子にゲート電圧を印加したとき、スイッチング素子をオンさせ、ゲート端子に印加していたゲート電圧を解除するだけで、スイッチング素子をオフすることが可能となる。
【０００４】
また、このようなＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴは、スイッチング素子をターンオン、ターンオフする際のスイッチング過渡期において、ゲート電圧などを制御することにより、電力スイッチング素子から出力される電流、電圧などの特性を制御可能であることが知られている。このような制御方法として、スイッチング過渡期にある電力スイッチング素子などの出力電圧、出力電流をゲートにフィードバックして、スイッチング素子を制御する所謂アクティブゲート駆動技術が用いられる。また、このアクティブゲート駆動技術は、スイッチング素子を多直列とした変換器において、短絡事故が生じた際にも用いられる。この場合、スイッチング素子に印可されるコレクターエミッタ端子間電圧（以下コレクタ電圧と呼ぶ）を短絡事故中でもバランスさせるために、アクティブゲート駆動技術によりゲート端子に電流を供給し、スイッチング素子の飽和電流値を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第３９３２８４１号公報
特許第４９０１０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、コレクタ電圧を直接的に制御しているわけではないため、ゲート端子に供給する電流量が少ないと、電流を遮断する際のサージ電圧によって素子の耐圧を超えて破壊されてしまう恐れがある。一方で、電流量が多いと、短絡事故ではない通常のスイッチング時でも、アクティブゲートが動作してしまい、損失を大幅に増加させる恐れがある。
【０００７】
そこで、本実施形態では、スイッチング素子の端子間電圧にサージ電圧が含まれる場合にも、スイッチング素子が破壊されることを抑制可能である電力変換装置、駆動装置、及び駆動方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態に係る電力変換装置は、スイッチング素子で構成される複数のアームが直列に接続された電力変換装置あって、スイッチング素子を駆動する駆動装置を備える。駆動装置は、ゲートアンプと、検知回路と、電流アンプと、を有する。ゲートアンプは、ゲート信号に応じて、スイッチング素子のゲート端子に直流電圧を印加して、スイッチング素子の抵抗状態を制御する。検知回路は、スイッチング素子の端子間電圧を検知する。電流アンプは、端子間電圧に基づいて、スイッチング素子のゲート端子に第１電流を供給する。電流アンプは、端子間電圧予め設定された電圧に達したときに、スイッチング素子のゲート端子に流れる電流がゼロに近づくように、ゲート端子に電流を供給する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本実施形態に係る電力変換装置の主要部を示す図。
第１実施形態に係るゲート駆動装置の構成例を示すブロック図。
電流アンプのゲイン特性例を示す図。
ゲート駆動装置のクランプ動作例を示す図。
第２実施形態に係るゲート駆動装置の構成を示すブロック図。
第２実施形態に係るゲート駆動装置の構成を示すブロック図。
ターンオン中に短絡検出された例を示すタイムチャート。
【効果】
【００１０】
端子間電圧にサージ電圧が含まれる場合にも、スイッチング素子が破壊されることを抑制可能とする。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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