電力変換装置
【課題】静電気による絶縁ゲートバイポーラトランジスタの破損を防止することができる電力変換装置を得る。
【解決手段】絶縁ゲートバイポーラトランジスタと保護回路とを内蔵し、保護回路は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートと電流センス端子との間に互いに逆向きに直列接続された第１、第２のツェナダイオードと、絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートとエミッタとの間に互いに逆向きに直列接続された第３、第４のツェナダイオードとを有する。
【解決手段】絶縁ゲートバイポーラトランジスタと保護回路とを内蔵し、保護回路は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートと電流センス端子との間に互いに逆向きに直列接続された第１、第２のツェナダイオードと、絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートとエミッタとの間に互いに逆向きに直列接続された第３、第４のツェナダイオードとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョッパやインバータなどの電力変換装置に関し、特に静電気による絶縁ゲートバイポーラトランジスタの破損を防止することができる電力変換装置電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大電流・高耐圧用の電力変換装置であるトランスファーモールドパワーモジュール（Transfer-mold power modules: TPM）は、コンパクトで信頼性が高いため自動車用インテリジェントパワーモジュール（Intelligent Power Module:IPM）に使用されている。
【０００３】
図２２は、従来の電力変換装置及び外部回路を示す回路図である。電力変換装置１は、トランスファーモールドパッケージ内に、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor: IGBT）２とフリーホイールダイオード（Free Wheeling Diode: FWD）３とを内蔵し、電力変換装置１の外に外部回路４が設けられている。そして、ＩＧＢＴ２のゲート、電流センス端子、エミッタがそれぞれＧ端子５、Ｅｓ端子６、Ｅｃ端子７を介して外部回路４と接続されている。また、ＩＧＢＴ２のコレクタ、エミッタは、それぞれ出力端子であるＣ端子８、Ｅ端子９に接続されている。そして、フリーホイールダイオード３はＣ端子８とＥ端子９の間に接続されている。
【０００４】
外部回路４は、ＩＧＢＴ２を駆動する機能と、短絡等による大電流からＩＧＢＴ２を保護する機能とを有している。しかし、大電流に対する保護機能を外部回路４に持たせると、ＩＧＢＴ２との間の配線が長くなるため、大電流に対する応答が遅くなるという問題があった。また、誘導ノイズ等による誤動作が発生する場合もあった。
【０００５】
この問題を解決するために、図２３に示すように、大電流からＩＧＢＴ２を保護する保護回路１０をＩＧＢＴ２と共に電力変換装置１内に設けた電力変換装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この保護回路１０は、ＲＴＣ（リアルタイムコントロール）回路であり、ＮＭＯＳトランジスタ１１と、第１の抵抗１２と、第１のダイオード１３とを有する。そして、ＮＭＯＳトランジスタ１１のゲートはＩＧＢＴ２の電流センス端子に接続され、ソースはＩＧＢＴ２のエミッタに接続され、ドレインは第１のダイオード１３を介してＩＧＢＴ２のゲートに接続されている。また、第１の抵抗１２は、ＩＧＢＴ２の電流センス端子とエミッタとの間に接続されている。
【０００６】
このＮＭＯＳトランジスタ１１は、ＩＧＢＴ２の電流センス端子に大電流が流れて第１の抵抗１２において閾値電圧に達した場合にＯＮする。これにより、ＩＧＢＴ２に流れる大電流を減少させ又は遮断することで、ＩＧＢＴ２の破壊を防止することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２−１４３４５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように従来の電力変換装置では、ＲＴＣ回路を内蔵したことにより、過電流による絶縁ゲートバイポーラトランジスタの破損を防止し、誘導ノイズによる誤動作も防止することができる。しかし、従来の電力変換装置では、動作中に生じる静電気による絶縁ゲートバイポーラトランジスタの破損を防止することができなかった。
【０００９】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、静電気による絶縁ゲートバイポーラトランジスタの破損を防止することができる電力変換装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る電力変換装置は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタと保護回路とを内蔵し、保護回路は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートと電流センス端子との間に互いに逆向きに直列接続された第１、第２のツェナダイオードと、絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートとエミッタとの間に互いに逆向きに直列接続された第３、第４のツェナダイオードとを有する。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、静電気による絶縁ゲートバイポーラトランジスタの破損を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置を示す回路図である。電力変換装置１は、トランスファーモールドパッケージ内に、ＩＧＢＴ２と、フリーホイールダイオード３と、保護回路１０とを内蔵している。そして、ＩＧＢＴ２のゲート、電流センス端子、エミッタがそれぞれ外部端子であるＧ端子５、Ｅｓ端子６、Ｅｃ端子７に接続されている。また、ＩＧＢＴ２のコレクタ、エミッタは、それぞれ出力端子であるＣ端子８、Ｅ端子９に接続されている。そして、フリーホイールダイオード３はＣ端子８とＥ端子９の間に接続されている。
【００１３】
また、保護回路１０は、ＩＧＢＴ２のゲートと電流センス端子との間に互いに逆向きに直列接続された第１、第２のツェナダイオード２１、２２と、ＩＧＢＴ２のゲートとエミッタとの間に互いに逆向きに直列接続された第３、第４のツェナダイオード２３、２４とを有する。そして、第１、第２のツェナダイオード２１、２２のツェナ電圧は、ＩＧＢＴ２のゲート−電流センス端子間に印加される制御電圧より高く、ゲート−電流センス端子間の破壊電圧よりも低い。また、第３、第４のツェナダイオード２３、２４のツェナ電圧は、ＩＧＢＴ２のゲート−エミッタ間にかかる制御電圧より高く、ゲート−エミッタ間の破壊電圧よりも低い。
【００１４】
これにより、電力変換装置１が静電気に曝された際、第１〜第４ツェナダイオード２１〜２４は各端子の電圧を安全な値にクランプするため、ＩＧＢＴ２の破損を防止することができる。また、電流センス端子を外部端子に接続したことで、過電流のトリップレベルを外部から調整することができる。
【００１５】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係る電力変換装置を示す回路図である。保護回路１０は、ゲートはＩＧＢＴ２の電流センス端子に接続され、ソースはＩＧＢＴ２のエミッタに接続され、ドレインはＩＧＢＴ２のゲートに接続されたＮＭＯＳトランジスタ１１と、ＩＧＢＴ２の電流センス端子とエミッタとの間に接続された第１の抵抗１２とを更に有する。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００１６】
ＮＭＯＳトランジスタ１１は、ＩＧＢＴ２の電流センス端子に大電流が流れて第１の抵抗１２において閾値電圧に達した場合にＯＮする。これにより、ＩＧＢＴ２に流れる大電流を減少させ又は遮断することで、ＩＧＢＴ２の破壊を防止することができる。また、保護回路１０を電力変換装置１と同じパッケージに集積化したことで、ＩＧＢＴ２の電流センス端子とＮＭＯＳトランジスタ１１のゲートとの間の配線が短くなるため、大電流に対する応答が向上し、誘導ノイズによる誤動作も防止することができる。
【００１７】
実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３に係る電力変換装置を示す回路図である。保護回路１０は、ＩＧＢＴ２のゲートとＮＭＯＳトランジスタ１１のドレインとの間に接続された第１のダイオード１３を更に有する。その他の構成は実施の形態２と同様である。これにより、Ｇ端子５とＥｃ端子７に負電圧が印加された場合でも、ＮＭＯＳトランジスタ１１を保護することができる。
【００１８】
実施の形態４．
図４は、本発明の実施の形態４に係る電力変換装置を示す回路図である。保護回路１０は、ＩＧＢＴ２の電流センス端子とＮＭＯＳトランジスタ１１のゲートとの間に接続された第２の抵抗２５を更に有する。その他の構成は実施の形態３と同様である。これにより、ゲートに流れる大電流からＮＭＯＳトランジスタ１１を保護することができる。
【００１９】
実施の形態５．
図５は、本発明の実施の形態５に係る電力変換装置を示す回路図である。保護回路１０は、ＩＧＢＴ２の電流センス端子とエミッタとの間に直列接続された複数のダイオードからなる第１のダイオード列２６と、第１のダイオード列２６と並列かつ逆向きに直列接続された複数のダイオードからなる第２のダイオード列２７とを更に有する。ここで、第１のダイオード列２６の順方向電圧の最小値は、ＮＭＯＳトランジスタ１１の閾値電圧より高い。そして、第１のダイオード列２６の順方向電圧の最大値は、第２のダイオード列２７の逆方向耐圧よりも低く、ＩＧＢＴ２の電流センス端子とエミッタの破壊電圧より低い。その他の構成は、実施の形態１〜４と同様である。
【００２０】
これにより、電力変換装置１が静電気に曝された際、第１、第２のダイオード列２６，２７はＩＧＢＴ２の電流センス端子とエミッタとの間の電圧を安全な値（例えば２〜３Ｖの範囲）にクランプするため、ＩＧＢＴ２の破損を防止することができる。
【００２１】
実施の形態６．
図６は、本発明の実施の形態６に係る電力変換装置を示す回路図である。保護回路１０は、ＩＧＢＴ２の電流センス端子とエミッタとの間に直列接続された複数のダイオードからなる第１のダイオード列２６と、第１のダイオード列２６と並列かつ逆向きに接続された単一の第２のダイオード２８とを更に有する。ここでは、第２のダイオード２８のアノードは、ＩＧＢＴ２のエミッタに接続され、カソードはＩＧＢＴ２の電流センス端子に接続されている。そして、第１のダイオード列２６の順方向電圧の最大値は、第２のダイオード２８の逆方向耐圧よりも低い。その他の構成は、実施の形態１〜４と同様である。
【００２２】
これにより、電力変換装置１が静電気に曝された際、第１のダイオード列２６と単一の第２のダイオード２８はＩＧＢＴ２の電流センス端子とエミッタとの間の電圧を安全な値にクランプするため、ＩＧＢＴ２の破損を防止することができる。
【００２３】
実施の形態７．
図７は、本発明の実施の形態７に係る電力変換装置を示す回路図である。保護回路１０は、ＩＧＢＴ２の電流センス端子とエミッタとの間に互いに逆向きに直列接続された第５、第６のツェナダイオード２９、３０を更に有する。そして、第５、第６のツェナダイオード２９、３０のツェナ電圧は、ＮＭＯＳトランジスタ１１の閾値電圧より高く、ＩＧＢＴ２の電流センス端子とエミッタとの間の破壊電圧よりも低い。その他の構成は、実施の形態１〜４と同様である。
【００２４】
これにより、電力変換装置１が静電気に曝された際、第５、第６のツェナダイオード２９、３０はＩＧＢＴ２の電流センス端子とエミッタとの間の電圧を安全な値にクランプするため、ＩＧＢＴ２の破損を防止することができる。
【００２５】
実施の形態８．
図８は、本発明の実施の形態８に係る電力変換装置を示す回路図である。第１の抵抗に並行に接続された外部抵抗３１又は外部コンデンサ３２を更に有する。その他の構成は、実施の形態２〜７と同様である。この外部抵抗３１により、集積された抵抗１２の抵抗値（即ち、大電流トリップレベル）を外部から調整することができる。また、外部コンデンサ３２により、電流センス信号に含まれるノイズ成分をフィルタリングすることができる。
【００２６】
実施の形態９．
図９は、本発明の実施の形態９に係る電力変換装置を示す上面図である。図１０（ａ）は保護回路を示す上面図であり、図１０（ｂ）は本発明の実施の形態９に係る電力変換装置に保護チップを接合した状態を示す上面図であり、図１０（ｃ）は図１０（ｂ）のＸ−ＸＸにおける断面図である。
【００２７】
金属ブロック４０上に、ＩＧＢＴ２とフリーホイールダイオード３が搭載されている。そして、ＩＧＢＴ２のゲート、電流センス端子、エミッタは、外部端子であるＧ端子５、Ｅｓ端子６、Ｅｃ端子７の上面にそれぞれワイヤ４１を介してワイヤボンドされている。また、保護回路１０を形成した保護チップ４２は、Ｇ端子５、Ｅｓ端子６、Ｅｃ端子７の下面に半田ボール４３を介してダイレクトボンドされている。そして、これら全体がモールド樹脂４４でトランスファーモールドされている。このように保護チップ４２を外部端子にダイレクトボンドすることで電力変換装置をコンパクト化することができる。
【００２８】
実施の形態１０．
図１１（ａ）は保護回路を示す上面図であり、図１１（ｂ）は本発明の実施の形態１０に係る電力変換装置に保護チップを接合した状態を示す上面図であり、図１１（ｃ）は図１１（ｂ）のＸ−ＸＸにおける断面図である。
【００２９】
保護回路１０を形成した保護チップ４２は、ＩＧＢＴ２のゲート、電流センス端子、エミッタにそれぞれ接続された外部端子であるＧ端子５、Ｅｓ端子６、Ｅｃ端子７の上面に裏返されて半田ボール４３を介してダイレクトボンドされている。これにより、実施の形態９よりも簡単に保護チップ４２を外部端子にダイレクトボンドすることができる。
【００３０】
実施の形態１１．
図１２は、本発明の実施の形態１１に係る電力変換装置に保護チップを接合した状態を示す上面図である。保護回路１０を形成した保護チップ４２は、分離された金属ブロック４５上に搭載され、ＩＧＢＴ２のゲート、電流センス端子、エミッタ及び外部端子であるＧ端子５、Ｅｓ端子６、Ｅｃ端子７にワイヤ４１を介してワイヤボンドされている。このように、本発明は、保護チップ４２と外部端子の接合形状にとらわれず、保護チップ４２と外部端子をワイヤボンドした場合にも適用することができる。
【００３１】
実施の形態１２．
図１３は、本発明の実施の形態１２に係る電力変換装置を示す回路図である。保護回路１０は、ＩＧＢＴ２のゲートと電流センス端子との間に直列接続された複数のダイオードからなる第１のダイオード列５１と、第１のダイオード列５１と並列かつ逆向きに直列接続された複数のダイオードからなる第２のダイオード列５２と、ＩＧＢＴ２のゲートとエミッタとの間に直列接続された複数のダイオードからなる第３のダイオード列５３と、第３のダイオード列５３と並列かつ逆向きに直列接続された複数のダイオードからなる第４のダイオード列５４とを有する。そして、第１、第２のダイオード列５１、５２の順方向電圧の最小値は、ＩＧＢＴ２のゲート−電流センス端子間に印加される制御電圧よりも高く、ゲート−電流センス端子間の破壊電圧より低い。また、第３、第４のダイオード列５３、５４の順方向電圧の最小値は、ＩＧＢＴ２のゲート−エミッタ間に印加される制御電圧よりも高く、ゲート−エミッタ間の破壊電圧より低い。
【００３２】
このように、ダイオード列を用いたことにより、ＩＧＢＴ２のゲートと電流センス端子との間のクランプ電圧の設定自由度が向上する。また、ダイオード列はツェナダイオードよりもクランプ電圧を低利得に調整することができるため、実施の形態１よりも更に効果的にＩＧＢＴ２の破損を防止することができる。ただし、ダイオード列のリーク電流はツェナダイオードよりも高い。
【００３３】
実施の形態１３．
図１４は、本発明の実施の形態１３に係る電力変換装置を示す回路図である。第１、第２のダイオード列５１、５２はＩＧＢＴ２と集積されている。その他の構成は実施の形態１２と同様である。これにより、実施の形態１２と同様の効果を奏する。
【００３４】
実施の形態１４．
図１５は、本発明の実施の形態１４に係る電力変換装置を示す回路図である。この電力変換装置１は、ＩＧＢＴ２の近傍に温度測定用ダイオード５５を更に有する。その他の構成は実施の形態６と同様である。そして、温度測定用ダイオード５５のアノード、カソードは、それぞれ外部端子であるＡ端子５６、Ｋ端子５７に接続されており、外部からアクセスが可能である。また、保護回路１０は、温度測定用ダイオード５５のアノードにカソードが接続され、温度測定用ダイオード５５のカソードにアノードが接続された第３のダイオード５８を更に有する。この第３のダイオード５８により温度測定用ダイオード５５は静電気から保護される。
【００３５】
実施の形態１５．
図１６（ａ）は保護回路を示す上面図であり、図１６（ｂ）は本発明の実施の形態１５に係る電力変換装置に保護チップを接合した状態を示す上面図であり、図１６（ｃ）は図１６（ｂ）のＸ−ＸＸにおける断面図である。
【００３６】
金属ブロック４０上に、ＩＧＢＴ２とフリーホイールダイオード３が搭載されている。そして、ＩＧＢＴ２のゲート、電流センス端子、エミッタ、温度測定用ダイオード５５のアノード、カソードは、外部端子であるＧ端子５、Ｅｓ端子６、Ｅｃ端子７、Ａ端子５６、Ｋ端子５７の上面にそれぞれワイヤ４１を介してワイヤボンドされている。また、保護回路１０を形成した保護チップ４２は、Ｇ端子５、Ｅｓ端子６、Ｅｃ端子７、Ａ端子５６、Ｋ端子５７の下面に半田ボール４３を介してダイレクトボンドされている。そして、これら全体がモールド樹脂４４でトランスファーモールドされている。このように保護チップ４２を外部端子にダイレクトボンドすることで電力変換装置をコンパクト化することができる。
【００３７】
実施の形態１６．
図１７（ａ）は保護回路を示す上面図であり、図１７（ｂ）は本発明の実施の形態１６に係る電力変換装置に保護チップを接合した状態を示す上面図であり、図１７（ｃ）は図１７（ｂ）のＸ−ＸＸにおける断面図である。
【００３８】
保護回路１０を形成した保護チップ４２は、ＩＧＢＴ２のゲート、電流センス端子、エミッタ、温度測定用ダイオード５５のアノード、カソードにそれぞれ接続された外部端子であるＧ端子５、Ｅｓ端子６、Ｅｃ端子７、Ａ端子５６、Ｋ端子５７の上面に裏返されて半田ボール４３を介してダイレクトボンドされている。これにより、実施の形態９よりも簡単に保護チップ４２を外部端子にダイレクトボンドすることができる。
【００３９】
実施の形態１７．
図１８は、本発明の実施の形態１７に係る電力変換装置に保護チップを接合した状態を示す上面図である。保護回路１０を形成した保護チップ４２は、分離された金属ブロック４５上に搭載され、ＩＧＢＴ２のゲート、電流センス端子、エミッタ、温度測定用ダイオード５５のアノード、カソード及び外部端子であるＧ端子５、Ｅｓ端子６、Ｅｃ端子７、Ａ端子５６、Ｋ端子５７にワイヤ４１を介してワイヤボンドされている。このように、本発明は、保護チップ４２と外部端子の接合形状にとらわれず、保護チップ４２と外部端子をワイヤボンドした場合にも適用することができる。
【００４０】
実施の形態１８．
図１９は、本発明の実施の形態に係る電力変換装置を適用したハーフブリッジチョッパを示す回路図である。２つの電力変換装置１が直列接続されてハーフブリッジ回路６０を構成している。そして、図面上側の電力変換装置１のＥ端子と下側の電力変換装置１のＣ端子が接続され、ハーフブリッジ回路６０の中央接続端子６１を構成する。また、上側の電力変換装置１のＣ端子はハーフブリッジ回路６０の高電位端子６２を構成し、下側の電力変換装置１のＥ端子はハーフブリッジ回路６０の低電位端子６３を構成する。
【００４１】
また、高電位端子６２は、第１直流電源６４の高電位側に外部接続され、低電位端子６３は、第１直流電源６４の低電位側に外部接続されている。そして、中央接続端子６１は負荷６５の一端に外部接続され、負荷６５の他端は、第２直流電源６６の高電位側に外部接続されている。また、第２直流電源６６の低電位側は低電位端子６３に外部接続されている。
【００４２】
実施の形態１９．
図２０は、本発明の実施の形態に係る電力変換装置を適用した単相フルブリッジインバータを示す回路図である。２つのハーフブリッジ回路６０が並列接続されている。そして、２つのハーフブリッジ回路６０の高電位端子６２は互いに接続され、高電位端子７１を構成し、第１直流電源６４の高電位側に外部接続されている。また、２つのハーフブリッジ回路６０の低電位端子６３は互いに接続され、低電位端子を構成し、第１直流電源６４の低電位側に外部接続されている。そして、２つのハーフブリッジ回路６０の各中央接続端６１は、それぞれ負荷６５の異なる端子に外部接続されている。
【００４３】
実施の形態２０．
図２１は、本発明の実施の形態に係る電力変換装置を適用した三相フルブリッジインバータを示す回路図である。３つのハーフブリッジ回路６０が並列接続されている。そして、３つのハーフブリッジ回路６０の高電位端子６２は互いに接続され、高電位端子を構成し、第１直流電源６４の高電位側に外部接続されている。また、３つのハーフブリッジ回路６０の低電位端子６３は互いに接続され、低電位端子を構成し、第１直流電源６４の低電位側に外部接続されている。そして、３つのハーフブリッジ回路６０の各中央接続端６１は、それぞれ三相負荷６６の異なる端子に外部接続されている。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る電力変換装置を示す回路図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る電力変換装置を示す回路図である。
【図４】本発明の実施の形態４に係る電力変換装置を示す回路図である。
【図５】本発明の実施の形態５に係る電力変換装置を示す回路図である。
【図６】本発明の実施の形態６に係る電力変換装置を示す回路図である。
【図７】本発明の実施の形態７に係る電力変換装置を示す回路図である。
【図８】本発明の実施の形態８に係る電力変換装置を示す回路図である。
【図９】本発明の実施の形態９に係る電力変換装置を示す上面図である。
【図１０】（ａ）は保護回路を示す上面図であり、（ｂ）は本発明の実施の形態９に係る電力変換装置に保護チップを接合した状態を示す上面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＸ−ＸＸにおける断面図である。
【図１１】（ａ）は保護回路を示す上面図であり、（ｂ）は本発明の実施の形態１０に係る電力変換装置に保護チップを接合した状態を示す上面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＸ−ＸＸにおける断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態１１に係る電力変換装置に保護チップを接合した状態を示す上面図である。
【図１３】本発明の実施の形態１２に係る電力変換装置を示す回路図である。
【図１４】本発明の実施の形態１３に係る電力変換装置を示す回路図である。
【図１５】本発明の実施の形態１４に係る電力変換装置を示す回路図である。
【図１６】（ａ）は保護回路を示す上面図であり、（ｂ）は本発明の実施の形態１５に係る電力変換装置に保護チップを接合した状態を示す上面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＸ−ＸＸにおける断面図である。
【図１７】（ａ）は保護回路を示す上面図であり、（ｂ）は本発明の実施の形態１６に係る電力変換装置に保護チップを接合した状態を示す上面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＸ−ＸＸにおける断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態１７に係る電力変換装置に保護チップを接合した状態を示す上面図である。
【図１９】本発明の実施の形態に係る電力変換装置を適用したハーフブリッジチョッパを示す回路図である。
【図２０】本発明の実施の形態に係る電力変換装置を適用した単相フルブリッジインバータを示す回路図である。
【図２１】本発明の実施の形態に係る電力変換装置を適用した三相フルブリッジインバータを示す回路図である。
【図２２】従来の電力変換装置及び外部回路を示す回路図である。
【図２３】ＲＴＣ回路を設けた従来の電力変換装置を示す回路図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 電力変換装置
２ ＩＧＢＴ
５ Ｇ端子（外部端子）
６ Ｅｓ端子（外部端子）
７ Ｅｃ端子（外部端子）
１０ 保護回路
１１ ＮＭＯＳトランジスタ
１２ 第１の抵抗
１３ 第１のダイオード
２１ 第１のツェナダイオード
２２ 第２のツェナダイオード
２３ 第３のツェナダイオード
２４ 第４のツェナダイオード
２５ 第２の抵抗
２６ 第１のダイオード列
２７ 第２のダイオード列
２８ 第２のダイオード
２９ 第５のツェナダイオード
３０ 第６のツェナダイオード
３１ 外部抵抗
３２ 外部コンデンサ
４２ 保護チップ
５１ 第１のダイオード列
５２ 第２のダイオード列
５３ 第３のダイオード列
５４ 第４のダイオード列
５５ 温度測定用ダイオード
５６ Ａ端子（外部端子）
５７ Ｋ端子（外部端子）
５８ 第３のダイオード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョッパやインバータなどの電力変換装置に関し、特に静電気による絶縁ゲートバイポーラトランジスタの破損を防止することができる電力変換装置電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大電流・高耐圧用の電力変換装置であるトランスファーモールドパワーモジュール（Transfer-mold power modules: TPM）は、コンパクトで信頼性が高いため自動車用インテリジェントパワーモジュール（Intelligent Power Module:IPM）に使用されている。
【０００３】
図２２は、従来の電力変換装置及び外部回路を示す回路図である。電力変換装置１は、トランスファーモールドパッケージ内に、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor: IGBT）２とフリーホイールダイオード（Free Wheeling Diode: FWD）３とを内蔵し、電力変換装置１の外に外部回路４が設けられている。そして、ＩＧＢＴ２のゲート、電流センス端子、エミッタがそれぞれＧ端子５、Ｅｓ端子６、Ｅｃ端子７を介して外部回路４と接続されている。また、ＩＧＢＴ２のコレクタ、エミッタは、それぞれ出力端子であるＣ端子８、Ｅ端子９に接続されている。そして、フリーホイールダイオード３はＣ端子８とＥ端子９の間に接続されている。
【０００４】
外部回路４は、ＩＧＢＴ２を駆動する機能と、短絡等による大電流からＩＧＢＴ２を保護する機能とを有している。しかし、大電流に対する保護機能を外部回路４に持たせると、ＩＧＢＴ２との間の配線が長くなるため、大電流に対する応答が遅くなるという問題があった。また、誘導ノイズ等による誤動作が発生する場合もあった。
【０００５】
この問題を解決するために、図２３に示すように、大電流からＩＧＢＴ２を保護する保護回路１０をＩＧＢＴ２と共に電力変換装置１内に設けた電力変換装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この保護回路１０は、ＲＴＣ（リアルタイムコントロール）回路であり、ＮＭＯＳトランジスタ１１と、第１の抵抗１２と、第１のダイオード１３とを有する。そして、ＮＭＯＳトランジスタ１１のゲートはＩＧＢＴ２の電流センス端子に接続され、ソースはＩＧＢＴ２のエミッタに接続され、ドレインは第１のダイオード１３を介してＩＧＢＴ２のゲートに接続されている。また、第１の抵抗１２は、ＩＧＢＴ２の電流センス端子とエミッタとの間に接続されている。
【０００６】
このＮＭＯＳトランジスタ１１は、ＩＧＢＴ２の電流センス端子に大電流が流れて第１の抵抗１２において閾値電圧に達した場合にＯＮする。これにより、ＩＧＢＴ２に流れる大電流を減少させ又は遮断することで、ＩＧＢＴ２の破壊を防止することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２−１４３４５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように従来の電力変換装置では、ＲＴＣ回路を内蔵したことにより、過電流による絶縁ゲートバイポーラトランジスタの破損を防止し、誘導ノイズによる誤動作も防止することができる。しかし、従来の電力変換装置では、動作中に生じる静電気による絶縁ゲートバイポーラトランジスタの破損を防止することができなかった。
【０００９】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、静電気による絶縁ゲートバイポーラトランジスタの破損を防止することができる電力変換装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る電力変換装置は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタと保護回路とを内蔵し、保護回路は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートと電流センス端子との間に互いに逆向きに直列接続された第１、第２のツェナダイオードと、絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートとエミッタとの間に互いに逆向きに直列接続された第３、第４のツェナダイオードとを有する。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、静電気による絶縁ゲートバイポーラトランジスタの破損を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置を示す回路図である。電力変換装置１は、トランスファーモールドパッケージ内に、ＩＧＢＴ２と、フリーホイールダイオード３と、保護回路１０とを内蔵している。そして、ＩＧＢＴ２のゲート、電流センス端子、エミッタがそれぞれ外部端子であるＧ端子５、Ｅｓ端子６、Ｅｃ端子７に接続されている。また、ＩＧＢＴ２のコレクタ、エミッタは、それぞれ出力端子であるＣ端子８、Ｅ端子９に接続されている。そして、フリーホイールダイオード３はＣ端子８とＥ端子９の間に接続されている。
【００１３】
また、保護回路１０は、ＩＧＢＴ２のゲートと電流センス端子との間に互いに逆向きに直列接続された第１、第２のツェナダイオード２１、２２と、ＩＧＢＴ２のゲートとエミッタとの間に互いに逆向きに直列接続された第３、第４のツェナダイオード２３、２４とを有する。そして、第１、第２のツェナダイオード２１、２２のツェナ電圧は、ＩＧＢＴ２のゲート−電流センス端子間に印加される制御電圧より高く、ゲート−電流センス端子間の破壊電圧よりも低い。また、第３、第４のツェナダイオード２３、２４のツェナ電圧は、ＩＧＢＴ２のゲート−エミッタ間にかかる制御電圧より高く、ゲート−エミッタ間の破壊電圧よりも低い。
【００１４】
これにより、電力変換装置１が静電気に曝された際、第１〜第４ツェナダイオード２１〜２４は各端子の電圧を安全な値にクランプするため、ＩＧＢＴ２の破損を防止することができる。また、電流センス端子を外部端子に接続したことで、過電流のトリップレベルを外部から調整することができる。
【００１５】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係る電力変換装置を示す回路図である。保護回路１０は、ゲートはＩＧＢＴ２の電流センス端子に接続され、ソースはＩＧＢＴ２のエミッタに接続され、ドレインはＩＧＢＴ２のゲートに接続されたＮＭＯＳトランジスタ１１と、ＩＧＢＴ２の電流センス端子とエミッタとの間に接続された第１の抵抗１２とを更に有する。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００１６】
ＮＭＯＳトランジスタ１１は、ＩＧＢＴ２の電流センス端子に大電流が流れて第１の抵抗１２において閾値電圧に達した場合にＯＮする。これにより、ＩＧＢＴ２に流れる大電流を減少させ又は遮断することで、ＩＧＢＴ２の破壊を防止することができる。また、保護回路１０を電力変換装置１と同じパッケージに集積化したことで、ＩＧＢＴ２の電流センス端子とＮＭＯＳトランジスタ１１のゲートとの間の配線が短くなるため、大電流に対する応答が向上し、誘導ノイズによる誤動作も防止することができる。
【００１７】
実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３に係る電力変換装置を示す回路図である。保護回路１０は、ＩＧＢＴ２のゲートとＮＭＯＳトランジスタ１１のドレインとの間に接続された第１のダイオード１３を更に有する。その他の構成は実施の形態２と同様である。これにより、Ｇ端子５とＥｃ端子７に負電圧が印加された場合でも、ＮＭＯＳトランジスタ１１を保護することができる。
【００１８】
実施の形態４．
図４は、本発明の実施の形態４に係る電力変換装置を示す回路図である。保護回路１０は、ＩＧＢＴ２の電流センス端子とＮＭＯＳトランジスタ１１のゲートとの間に接続された第２の抵抗２５を更に有する。その他の構成は実施の形態３と同様である。これにより、ゲートに流れる大電流からＮＭＯＳトランジスタ１１を保護することができる。
【００１９】
実施の形態５．
図５は、本発明の実施の形態５に係る電力変換装置を示す回路図である。保護回路１０は、ＩＧＢＴ２の電流センス端子とエミッタとの間に直列接続された複数のダイオードからなる第１のダイオード列２６と、第１のダイオード列２６と並列かつ逆向きに直列接続された複数のダイオードからなる第２のダイオード列２７とを更に有する。ここで、第１のダイオード列２６の順方向電圧の最小値は、ＮＭＯＳトランジスタ１１の閾値電圧より高い。そして、第１のダイオード列２６の順方向電圧の最大値は、第２のダイオード列２７の逆方向耐圧よりも低く、ＩＧＢＴ２の電流センス端子とエミッタの破壊電圧より低い。その他の構成は、実施の形態１〜４と同様である。
【００２０】
これにより、電力変換装置１が静電気に曝された際、第１、第２のダイオード列２６，２７はＩＧＢＴ２の電流センス端子とエミッタとの間の電圧を安全な値（例えば２〜３Ｖの範囲）にクランプするため、ＩＧＢＴ２の破損を防止することができる。
【００２１】
実施の形態６．
図６は、本発明の実施の形態６に係る電力変換装置を示す回路図である。保護回路１０は、ＩＧＢＴ２の電流センス端子とエミッタとの間に直列接続された複数のダイオードからなる第１のダイオード列２６と、第１のダイオード列２６と並列かつ逆向きに接続された単一の第２のダイオード２８とを更に有する。ここでは、第２のダイオード２８のアノードは、ＩＧＢＴ２のエミッタに接続され、カソードはＩＧＢＴ２の電流センス端子に接続されている。そして、第１のダイオード列２６の順方向電圧の最大値は、第２のダイオード２８の逆方向耐圧よりも低い。その他の構成は、実施の形態１〜４と同様である。
【００２２】
これにより、電力変換装置１が静電気に曝された際、第１のダイオード列２６と単一の第２のダイオード２８はＩＧＢＴ２の電流センス端子とエミッタとの間の電圧を安全な値にクランプするため、ＩＧＢＴ２の破損を防止することができる。
【００２３】
実施の形態７．
図７は、本発明の実施の形態７に係る電力変換装置を示す回路図である。保護回路１０は、ＩＧＢＴ２の電流センス端子とエミッタとの間に互いに逆向きに直列接続された第５、第６のツェナダイオード２９、３０を更に有する。そして、第５、第６のツェナダイオード２９、３０のツェナ電圧は、ＮＭＯＳトランジスタ１１の閾値電圧より高く、ＩＧＢＴ２の電流センス端子とエミッタとの間の破壊電圧よりも低い。その他の構成は、実施の形態１〜４と同様である。
【００２４】
これにより、電力変換装置１が静電気に曝された際、第５、第６のツェナダイオード２９、３０はＩＧＢＴ２の電流センス端子とエミッタとの間の電圧を安全な値にクランプするため、ＩＧＢＴ２の破損を防止することができる。
【００２５】
実施の形態８．
図８は、本発明の実施の形態８に係る電力変換装置を示す回路図である。第１の抵抗に並行に接続された外部抵抗３１又は外部コンデンサ３２を更に有する。その他の構成は、実施の形態２〜７と同様である。この外部抵抗３１により、集積された抵抗１２の抵抗値（即ち、大電流トリップレベル）を外部から調整することができる。また、外部コンデンサ３２により、電流センス信号に含まれるノイズ成分をフィルタリングすることができる。
【００２６】
実施の形態９．
図９は、本発明の実施の形態９に係る電力変換装置を示す上面図である。図１０（ａ）は保護回路を示す上面図であり、図１０（ｂ）は本発明の実施の形態９に係る電力変換装置に保護チップを接合した状態を示す上面図であり、図１０（ｃ）は図１０（ｂ）のＸ−ＸＸにおける断面図である。
【００２７】
金属ブロック４０上に、ＩＧＢＴ２とフリーホイールダイオード３が搭載されている。そして、ＩＧＢＴ２のゲート、電流センス端子、エミッタは、外部端子であるＧ端子５、Ｅｓ端子６、Ｅｃ端子７の上面にそれぞれワイヤ４１を介してワイヤボンドされている。また、保護回路１０を形成した保護チップ４２は、Ｇ端子５、Ｅｓ端子６、Ｅｃ端子７の下面に半田ボール４３を介してダイレクトボンドされている。そして、これら全体がモールド樹脂４４でトランスファーモールドされている。このように保護チップ４２を外部端子にダイレクトボンドすることで電力変換装置をコンパクト化することができる。
【００２８】
実施の形態１０．
図１１（ａ）は保護回路を示す上面図であり、図１１（ｂ）は本発明の実施の形態１０に係る電力変換装置に保護チップを接合した状態を示す上面図であり、図１１（ｃ）は図１１（ｂ）のＸ−ＸＸにおける断面図である。
【００２９】
保護回路１０を形成した保護チップ４２は、ＩＧＢＴ２のゲート、電流センス端子、エミッタにそれぞれ接続された外部端子であるＧ端子５、Ｅｓ端子６、Ｅｃ端子７の上面に裏返されて半田ボール４３を介してダイレクトボンドされている。これにより、実施の形態９よりも簡単に保護チップ４２を外部端子にダイレクトボンドすることができる。
【００３０】
実施の形態１１．
図１２は、本発明の実施の形態１１に係る電力変換装置に保護チップを接合した状態を示す上面図である。保護回路１０を形成した保護チップ４２は、分離された金属ブロック４５上に搭載され、ＩＧＢＴ２のゲート、電流センス端子、エミッタ及び外部端子であるＧ端子５、Ｅｓ端子６、Ｅｃ端子７にワイヤ４１を介してワイヤボンドされている。このように、本発明は、保護チップ４２と外部端子の接合形状にとらわれず、保護チップ４２と外部端子をワイヤボンドした場合にも適用することができる。
【００３１】
実施の形態１２．
図１３は、本発明の実施の形態１２に係る電力変換装置を示す回路図である。保護回路１０は、ＩＧＢＴ２のゲートと電流センス端子との間に直列接続された複数のダイオードからなる第１のダイオード列５１と、第１のダイオード列５１と並列かつ逆向きに直列接続された複数のダイオードからなる第２のダイオード列５２と、ＩＧＢＴ２のゲートとエミッタとの間に直列接続された複数のダイオードからなる第３のダイオード列５３と、第３のダイオード列５３と並列かつ逆向きに直列接続された複数のダイオードからなる第４のダイオード列５４とを有する。そして、第１、第２のダイオード列５１、５２の順方向電圧の最小値は、ＩＧＢＴ２のゲート−電流センス端子間に印加される制御電圧よりも高く、ゲート−電流センス端子間の破壊電圧より低い。また、第３、第４のダイオード列５３、５４の順方向電圧の最小値は、ＩＧＢＴ２のゲート−エミッタ間に印加される制御電圧よりも高く、ゲート−エミッタ間の破壊電圧より低い。
【００３２】
このように、ダイオード列を用いたことにより、ＩＧＢＴ２のゲートと電流センス端子との間のクランプ電圧の設定自由度が向上する。また、ダイオード列はツェナダイオードよりもクランプ電圧を低利得に調整することができるため、実施の形態１よりも更に効果的にＩＧＢＴ２の破損を防止することができる。ただし、ダイオード列のリーク電流はツェナダイオードよりも高い。
【００３３】
実施の形態１３．
図１４は、本発明の実施の形態１３に係る電力変換装置を示す回路図である。第１、第２のダイオード列５１、５２はＩＧＢＴ２と集積されている。その他の構成は実施の形態１２と同様である。これにより、実施の形態１２と同様の効果を奏する。
【００３４】
実施の形態１４．
図１５は、本発明の実施の形態１４に係る電力変換装置を示す回路図である。この電力変換装置１は、ＩＧＢＴ２の近傍に温度測定用ダイオード５５を更に有する。その他の構成は実施の形態６と同様である。そして、温度測定用ダイオード５５のアノード、カソードは、それぞれ外部端子であるＡ端子５６、Ｋ端子５７に接続されており、外部からアクセスが可能である。また、保護回路１０は、温度測定用ダイオード５５のアノードにカソードが接続され、温度測定用ダイオード５５のカソードにアノードが接続された第３のダイオード５８を更に有する。この第３のダイオード５８により温度測定用ダイオード５５は静電気から保護される。
【００３５】
実施の形態１５．
図１６（ａ）は保護回路を示す上面図であり、図１６（ｂ）は本発明の実施の形態１５に係る電力変換装置に保護チップを接合した状態を示す上面図であり、図１６（ｃ）は図１６（ｂ）のＸ−ＸＸにおける断面図である。
【００３６】
金属ブロック４０上に、ＩＧＢＴ２とフリーホイールダイオード３が搭載されている。そして、ＩＧＢＴ２のゲート、電流センス端子、エミッタ、温度測定用ダイオード５５のアノード、カソードは、外部端子であるＧ端子５、Ｅｓ端子６、Ｅｃ端子７、Ａ端子５６、Ｋ端子５７の上面にそれぞれワイヤ４１を介してワイヤボンドされている。また、保護回路１０を形成した保護チップ４２は、Ｇ端子５、Ｅｓ端子６、Ｅｃ端子７、Ａ端子５６、Ｋ端子５７の下面に半田ボール４３を介してダイレクトボンドされている。そして、これら全体がモールド樹脂４４でトランスファーモールドされている。このように保護チップ４２を外部端子にダイレクトボンドすることで電力変換装置をコンパクト化することができる。
【００３７】
実施の形態１６．
図１７（ａ）は保護回路を示す上面図であり、図１７（ｂ）は本発明の実施の形態１６に係る電力変換装置に保護チップを接合した状態を示す上面図であり、図１７（ｃ）は図１７（ｂ）のＸ−ＸＸにおける断面図である。
【００３８】
保護回路１０を形成した保護チップ４２は、ＩＧＢＴ２のゲート、電流センス端子、エミッタ、温度測定用ダイオード５５のアノード、カソードにそれぞれ接続された外部端子であるＧ端子５、Ｅｓ端子６、Ｅｃ端子７、Ａ端子５６、Ｋ端子５７の上面に裏返されて半田ボール４３を介してダイレクトボンドされている。これにより、実施の形態９よりも簡単に保護チップ４２を外部端子にダイレクトボンドすることができる。
【００３９】
実施の形態１７．
図１８は、本発明の実施の形態１７に係る電力変換装置に保護チップを接合した状態を示す上面図である。保護回路１０を形成した保護チップ４２は、分離された金属ブロック４５上に搭載され、ＩＧＢＴ２のゲート、電流センス端子、エミッタ、温度測定用ダイオード５５のアノード、カソード及び外部端子であるＧ端子５、Ｅｓ端子６、Ｅｃ端子７、Ａ端子５６、Ｋ端子５７にワイヤ４１を介してワイヤボンドされている。このように、本発明は、保護チップ４２と外部端子の接合形状にとらわれず、保護チップ４２と外部端子をワイヤボンドした場合にも適用することができる。
【００４０】
実施の形態１８．
図１９は、本発明の実施の形態に係る電力変換装置を適用したハーフブリッジチョッパを示す回路図である。２つの電力変換装置１が直列接続されてハーフブリッジ回路６０を構成している。そして、図面上側の電力変換装置１のＥ端子と下側の電力変換装置１のＣ端子が接続され、ハーフブリッジ回路６０の中央接続端子６１を構成する。また、上側の電力変換装置１のＣ端子はハーフブリッジ回路６０の高電位端子６２を構成し、下側の電力変換装置１のＥ端子はハーフブリッジ回路６０の低電位端子６３を構成する。
【００４１】
また、高電位端子６２は、第１直流電源６４の高電位側に外部接続され、低電位端子６３は、第１直流電源６４の低電位側に外部接続されている。そして、中央接続端子６１は負荷６５の一端に外部接続され、負荷６５の他端は、第２直流電源６６の高電位側に外部接続されている。また、第２直流電源６６の低電位側は低電位端子６３に外部接続されている。
【００４２】
実施の形態１９．
図２０は、本発明の実施の形態に係る電力変換装置を適用した単相フルブリッジインバータを示す回路図である。２つのハーフブリッジ回路６０が並列接続されている。そして、２つのハーフブリッジ回路６０の高電位端子６２は互いに接続され、高電位端子７１を構成し、第１直流電源６４の高電位側に外部接続されている。また、２つのハーフブリッジ回路６０の低電位端子６３は互いに接続され、低電位端子を構成し、第１直流電源６４の低電位側に外部接続されている。そして、２つのハーフブリッジ回路６０の各中央接続端６１は、それぞれ負荷６５の異なる端子に外部接続されている。
【００４３】
実施の形態２０．
図２１は、本発明の実施の形態に係る電力変換装置を適用した三相フルブリッジインバータを示す回路図である。３つのハーフブリッジ回路６０が並列接続されている。そして、３つのハーフブリッジ回路６０の高電位端子６２は互いに接続され、高電位端子を構成し、第１直流電源６４の高電位側に外部接続されている。また、３つのハーフブリッジ回路６０の低電位端子６３は互いに接続され、低電位端子を構成し、第１直流電源６４の低電位側に外部接続されている。そして、３つのハーフブリッジ回路６０の各中央接続端６１は、それぞれ三相負荷６６の異なる端子に外部接続されている。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る電力変換装置を示す回路図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る電力変換装置を示す回路図である。
【図４】本発明の実施の形態４に係る電力変換装置を示す回路図である。
【図５】本発明の実施の形態５に係る電力変換装置を示す回路図である。
【図６】本発明の実施の形態６に係る電力変換装置を示す回路図である。
【図７】本発明の実施の形態７に係る電力変換装置を示す回路図である。
【図８】本発明の実施の形態８に係る電力変換装置を示す回路図である。
【図９】本発明の実施の形態９に係る電力変換装置を示す上面図である。
【図１０】（ａ）は保護回路を示す上面図であり、（ｂ）は本発明の実施の形態９に係る電力変換装置に保護チップを接合した状態を示す上面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＸ−ＸＸにおける断面図である。
【図１１】（ａ）は保護回路を示す上面図であり、（ｂ）は本発明の実施の形態１０に係る電力変換装置に保護チップを接合した状態を示す上面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＸ−ＸＸにおける断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態１１に係る電力変換装置に保護チップを接合した状態を示す上面図である。
【図１３】本発明の実施の形態１２に係る電力変換装置を示す回路図である。
【図１４】本発明の実施の形態１３に係る電力変換装置を示す回路図である。
【図１５】本発明の実施の形態１４に係る電力変換装置を示す回路図である。
【図１６】（ａ）は保護回路を示す上面図であり、（ｂ）は本発明の実施の形態１５に係る電力変換装置に保護チップを接合した状態を示す上面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＸ−ＸＸにおける断面図である。
【図１７】（ａ）は保護回路を示す上面図であり、（ｂ）は本発明の実施の形態１６に係る電力変換装置に保護チップを接合した状態を示す上面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＸ−ＸＸにおける断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態１７に係る電力変換装置に保護チップを接合した状態を示す上面図である。
【図１９】本発明の実施の形態に係る電力変換装置を適用したハーフブリッジチョッパを示す回路図である。
【図２０】本発明の実施の形態に係る電力変換装置を適用した単相フルブリッジインバータを示す回路図である。
【図２１】本発明の実施の形態に係る電力変換装置を適用した三相フルブリッジインバータを示す回路図である。
【図２２】従来の電力変換装置及び外部回路を示す回路図である。
【図２３】ＲＴＣ回路を設けた従来の電力変換装置を示す回路図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 電力変換装置
２ ＩＧＢＴ
５ Ｇ端子（外部端子）
６ Ｅｓ端子（外部端子）
７ Ｅｃ端子（外部端子）
１０ 保護回路
１１ ＮＭＯＳトランジスタ
１２ 第１の抵抗
１３ 第１のダイオード
２１ 第１のツェナダイオード
２２ 第２のツェナダイオード
２３ 第３のツェナダイオード
２４ 第４のツェナダイオード
２５ 第２の抵抗
２６ 第１のダイオード列
２７ 第２のダイオード列
２８ 第２のダイオード
２９ 第５のツェナダイオード
３０ 第６のツェナダイオード
３１ 外部抵抗
３２ 外部コンデンサ
４２ 保護チップ
５１ 第１のダイオード列
５２ 第２のダイオード列
５３ 第３のダイオード列
５４ 第４のダイオード列
５５ 温度測定用ダイオード
５６ Ａ端子（外部端子）
５７ Ｋ端子（外部端子）
５８ 第３のダイオード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁ゲートバイポーラトランジスタと保護回路とを内蔵し、
前記保護回路は、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートと電流センス端子との間に互いに逆向きに直列接続された第１、第２のツェナダイオードと、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートとエミッタとの間に互いに逆向きに直列接続された第３、第４のツェナダイオードとを有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記保護回路は、
ゲートは前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタの電流センス端子に接続され、ソースは前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのエミッタに接続され、ドレインは前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートに接続されたＮＭＯＳトランジスタと、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタの電流センス端子とエミッタとの間に接続された第１の抵抗とを更に有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記保護回路は、前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートと前記ＮＭＯＳトランジスタのドレインとの間に接続された第１のダイオードを更に有することを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記保護回路は、前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタの電流センス端子と前記ＮＭＯＳトランジスタのゲートとの間に接続された第２の抵抗を更に有することを特徴とする請求項２又は３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記保護回路は、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタの電流センス端子とエミッタとの間に直列接続された複数のダイオードからなる第１のダイオード列と、
前記第１のダイオード列と並列かつ逆向きに直列接続された複数のダイオードからなる第２のダイオード列とを更に有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記保護回路は、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタの電流センス端子とエミッタとの間に直列接続された複数のダイオードからなる第１のダイオード列と、
前記第１のダイオード列と並列かつ逆向きに接続された単一の第２のダイオードとを更に有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記保護回路は、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタの電流センス端子とエミッタとの間に互いに逆向きに直列接続された第５、第６のツェナダイオードを更に有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第１の抵抗に並行に接続された外部抵抗又は外部コンデンサを更に有することを特徴とする請求項２〜７の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
絶縁ゲートバイポーラトランジスタと保護回路とを内蔵し、
前記保護回路は、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートと電流センス端子との間に直列接続された複数のダイオードからなる第１のダイオード列と、
前記第１のダイオード列と並列かつ逆向きに直列接続された複数のダイオードからなる第２のダイオード列と、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートとエミッタとの間に直列接続された複数のダイオードからなる第３のダイオード列と、
前記第３のダイオード列と並列かつ逆向きに直列接続された複数のダイオードからなる第４のダイオード列とを有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタの電流センス端子が外部端子に接続されていることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタの近傍に温度測定用ダイオードを更に有し、
前記保護回路は、前記温度測定用ダイオードのアノードにカソードが接続され、前記温度測定用ダイオードのカソードにアノードが接続された第３のダイオードを更に有することを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１】
絶縁ゲートバイポーラトランジスタと保護回路とを内蔵し、
前記保護回路は、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートと電流センス端子との間に互いに逆向きに直列接続された第１、第２のツェナダイオードと、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートとエミッタとの間に互いに逆向きに直列接続された第３、第４のツェナダイオードとを有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記保護回路は、
ゲートは前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタの電流センス端子に接続され、ソースは前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのエミッタに接続され、ドレインは前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートに接続されたＮＭＯＳトランジスタと、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタの電流センス端子とエミッタとの間に接続された第１の抵抗とを更に有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記保護回路は、前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートと前記ＮＭＯＳトランジスタのドレインとの間に接続された第１のダイオードを更に有することを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記保護回路は、前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタの電流センス端子と前記ＮＭＯＳトランジスタのゲートとの間に接続された第２の抵抗を更に有することを特徴とする請求項２又は３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記保護回路は、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタの電流センス端子とエミッタとの間に直列接続された複数のダイオードからなる第１のダイオード列と、
前記第１のダイオード列と並列かつ逆向きに直列接続された複数のダイオードからなる第２のダイオード列とを更に有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記保護回路は、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタの電流センス端子とエミッタとの間に直列接続された複数のダイオードからなる第１のダイオード列と、
前記第１のダイオード列と並列かつ逆向きに接続された単一の第２のダイオードとを更に有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記保護回路は、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタの電流センス端子とエミッタとの間に互いに逆向きに直列接続された第５、第６のツェナダイオードを更に有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第１の抵抗に並行に接続された外部抵抗又は外部コンデンサを更に有することを特徴とする請求項２〜７の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
絶縁ゲートバイポーラトランジスタと保護回路とを内蔵し、
前記保護回路は、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートと電流センス端子との間に直列接続された複数のダイオードからなる第１のダイオード列と、
前記第１のダイオード列と並列かつ逆向きに直列接続された複数のダイオードからなる第２のダイオード列と、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートとエミッタとの間に直列接続された複数のダイオードからなる第３のダイオード列と、
前記第３のダイオード列と並列かつ逆向きに直列接続された複数のダイオードからなる第４のダイオード列とを有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタの電流センス端子が外部端子に接続されていることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタの近傍に温度測定用ダイオードを更に有し、
前記保護回路は、前記温度測定用ダイオードのアノードにカソードが接続され、前記温度測定用ダイオードのカソードにアノードが接続された第３のダイオードを更に有することを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２００８−４２９５０（Ｐ２００８−４２９５０Ａ）
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０９５３２（Ｐ２００６−２０９５３２）
【出願日】平成１８年８月１日（２００６．８．１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月１日（２００６．８．１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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