[发明专利]开关元件驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及开关元件驱动电路，特别涉及驱动电力变换器的电力开关元件的开关元件驱动电路。

背景技术

应用电力开关元件的电力变换器，伴随开关元件的大容量化·高速化，其应用范围在稳步扩展。在这样的电力开关元件中，特别是，已经日益延伸到最近应用领域中的是MOS栅极型的开关元件IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor(绝缘栅双极晶体管))或者MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor(金属氧化物半导体场效应晶体管))。

IGBT或者MOSFET是自己不继续导通·关断状态的非锁存型型开关元件，比之晶闸管等锁存型开关元件，能够得到通过栅极驱动的高的控制性，这点是很大的优点。这种非锁存型开关元件，即使在接通·关断的开关过渡期内，也能够通过栅极控制抑制浪涌电压或者浪涌电流，或者自由地控制开关过渡期的电流或者电压的梯度。

作为活用这样的非锁存型开关元件的特征的应用例，有使用有源栅极驱动技术的多串联高压变换器。在多串联高压变换器中，通过串联多个耐压有限的元件，实现能够在电力系统等高电压用途中使用的高压变换器。在多串联高压变换器中，存在由于在串联的多个元件之间的、开关定时的稍微偏离，会产生大的电压分担分散的问题。对此的对策是有源栅极驱动技术。

作为有源栅极驱动技术，有用电阻器分压在电力开关元件的主电极间施加的电压，在把该分压的电压作为电源同时，对应在电力开关元件的主电极间施加的电压向栅极电极注入电流的技术，例如日本国公开专利公报，特开2005-86940号。

在该公开专利公报的内容中，作为开关元件的控制输入端子的栅极电极，通过栅极电阻连接到电压放大器，同时还连接到控制电流源的输出。控制电流源的输入连接电压放大器的输出，在电压放大器的输入上，施加通过分压用的电阻器分压的开关元件的集电极·发射极间电压。于是，在通常动作的状态下，遵从通过电压放大器施加的栅极信号开关元件执行导通·关断动作，但是在开关元件的接通时发生浪涌电压的场合，增大来自控制电流源的输出电流。通过由控制电流源流入开关元件的栅极端子的电流开关元件的栅极电压上升，由此开关元件的集电极电流增大，其结果，开关元件的集电极电压下降。通过这样的动作，抑制开关元件的浪涌电压。

另外，作为有源栅极驱动技术，有这样的技术：在IGBT串联的电力变换器中，当IGBT的集电极电压升高时使栅极电压升高，而且，在集电极电压升高的场合，由IGTB的恒定导通状态下的栅极电压使栅极电压升高，而在构成电力变换器的串联的IGTB上通过过电流时，防止通过由于在IGTB之间产生的电压不平衡引起的过电压来破坏IGTB。例如，日本国公开专利公报，特开2003-69401号公报。

该公开专利公报的内容，是在通过这样的有源栅极驱动技术构成的多串联电力变换器中，关于发生短路事故时的元件保护方式。通常，把通过栅极回路的脉冲发生器发生的脉冲经由比较器施加在IGBT的栅极上使IGBT导通或者关断。并且，在和通过多个IGBT构成的臂成对的臂中发生短路时，保护各个IGBT免受过大的外加电压。

因为通过多个IGBT构成同一臂，所以在各IGBT中流过同一臂电流，但是由于IGBT自身的特性分散，有时在特定的IGBT上比其他的IGBT施加大的电压。这点在IGBT的饱和电流值比其他的元件小的元件上发生。当该特定的IGBT的外加电压超过规定值时，通过分压电阻分压的电压的值超过脉冲发生器的输出电压。因为比较器在两个输入中输出较高的电压，所以在该时刻，该特定的IGBT的栅极电压变得比通常的导通栅极电压高。因为IGBT的饱和电流值栅极电压越高则变得越大，所以该特定的IGBT的饱和电流值上升，与此关联该IGBT分担的电压也降低。由此，不会发生短路时在开关元件上施加的电压超过由电路决定的某一定值的情况。

上述两件日本国公开专利公报的场合，通过在栅极驱动电路中反馈控制开关元件的主电压，来防止开关元件的破坏。在这样的方式中，采用这样的方法：对于连接到外部的分压电路的电压，决定控制电路开始动作的电压的设定值，在分压的电压高于该设定值时进行控制。