JPH0669136B2 - Switch device with overcurrent protection function - Google Patents
Switch device with overcurrent protection functionInfo
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- JPH0669136B2 JPH0669136B2 JP60103308A JP10330885A JPH0669136B2 JP H0669136 B2 JPH0669136 B2 JP H0669136B2 JP 60103308 A JP60103308 A JP 60103308A JP 10330885 A JP10330885 A JP 10330885A JP H0669136 B2 JPH0669136 B2 JP H0669136B2
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は導電変調型MOSFETをスイッチ素子として用いる
過電流保護機能を備えたスイッチ装置に関する。The present invention relates to a switch device having an overcurrent protection function that uses a conductive modulation type MOSFET as a switch element.
[従来の装置] 導電変調型MOSFETはMOSゲート入力を有し、バイポーラ
・モードで動作するFETであり、スイッチング速度が速
く、しかもオン電圧が低いという長所をもっている。こ
のため、従来のバイポーラトランジスタやMOSFETでは不
可能であった大電力の高周波コトロールが可能となり、
各種装置の小形化、低コスト化が図られる。[Conventional device] A conduction modulation type MOSFET has a MOS gate input and is a FET that operates in a bipolar mode. It has the advantages of high switching speed and low on-voltage. Therefore, high-power high-frequency control, which was impossible with conventional bipolar transistors and MOSFETs, becomes possible.
Miniaturization and cost reduction of various devices can be achieved.
導電変調型MOSFETは、BIFET(Bipolar mode FET)と
呼称されるが、最近、IGBT(Insulated Gate Bipolar
Transistor)と呼称されているので、以下、IGBTと略
称する。The conductive modulation type MOSFET is called BIFET (Bipolar mode FET), but recently, IGBT (Insulated Gate Bipolar)
Transistor), henceforth abbreviated as IGBT.
第3図はIGBTの基本的なチョッパ回路である。図におい
て1がIGBTであり、このIGBT1のオン・オフにより直流
電源2から負荷3に電力を供給するようになっている。Figure 3 shows the basic chopper circuit of an IGBT. In the figure, reference numeral 1 is an IGBT, and power is supplied from a DC power supply 2 to a load 3 by turning on / off the IGBT 1.
IGBT1をオン・オフ制御するゲート信号発生回路は、IGB
T1のゲートに正の電圧を供給するゲート電源4、負の電
圧を供給するゲート電源5、制御信号入力端子10に入る
制御信号を増幅するバイポーラトランジスタ6〜9によ
り構成される。この制御信号入力端子10に正の信号を与
えると、トランジスタ6と7がオンしてゲート電源4か
ら正の電圧が出力端子11を介してIGBT1のゲートに供給
され、IGBT1はターンオンする。また、制御信号入力端
子10に負の信号を入力すると、トランジスタ8と9がオ
ンしてゲート電源5から負の電圧が出力端子11を介して
IGBT1のゲートに供給され、IGBT1はターンオフする。The gate signal generator that controls the on / off of IGBT1 is IGBT
It is composed of a gate power supply 4 for supplying a positive voltage to the gate of T1, a gate power supply 5 for supplying a negative voltage, and bipolar transistors 6 to 9 for amplifying the control signal input to the control signal input terminal 10. When a positive signal is applied to the control signal input terminal 10, the transistors 6 and 7 are turned on, a positive voltage is supplied from the gate power source 4 to the gate of the IGBT1 via the output terminal 11, and the IGBT1 is turned on. When a negative signal is input to the control signal input terminal 10, the transistors 8 and 9 are turned on and a negative voltage from the gate power source 5 is output via the output terminal 11.
It is supplied to the gate of IGBT1 and IGBT1 turns off.
第4図は、IGBTのゲート電圧をパラメータとしたドレイ
ン電圧VDとドレイン電流IDの関係を示す特性例である。
図示のようにゲート電圧VGを高くして駆動すると、オン
電圧は低くなり、IGBTの電力損失を少なくすることがで
きる。ところが第3図の回路で負荷3に短絡事故が発生
した場合、IGBT1のドレイン・ソース間電圧VDは直流電
源2の電圧まで上昇する。この結果IGBT1での電力損失
が過大となりIGBT1は破壊に至る。この様な負荷の事故
を考慮してゲート電圧を低くして駆動すると、第4図か
ら判るようにIGBT1のオン電圧が高くなり、電力損失が
大きくなるという問題がある。FIG. 4 is a characteristic example showing the relationship between the drain voltage V D and the drain current I D with the gate voltage of the IGBT as a parameter.
When the gate voltage V G is driven to be high as shown in the figure, the on-voltage is lowered and the power loss of the IGBT can be reduced. However, when a short circuit occurs in the load 3 in the circuit of FIG. 3, the drain-source voltage V D of the IGBT1 rises to the voltage of the DC power supply 2. As a result, the power loss in the IGBT1 becomes excessive and the IGBT1 is destroyed. When the gate voltage is driven low in consideration of such a load accident, there is a problem that the ON voltage of the IGBT1 becomes high as shown in FIG. 4 and the power loss becomes large.
このような問題を解消するため、第5図に示すような過
電流保護回路を設けることが考えられる。In order to solve such a problem, it may be possible to provide an overcurrent protection circuit as shown in FIG.
図のようにIGBT1のドレイン・ソース間には抵抗12,13が
直列接続されていて、抵抗13の両端でドレイン・ソース
間電圧を検知している。またIGBT1のゲート・ソース間
には抵抗41とトランジスタ42が直列に接続され、このト
ランジスタ42のゲートはツエナーダイオード43を介して
抵抗13の高電位側に接続されている。IGBT1のゲートは
抵抗44を介してゲート信号発生回路の出力端子11に接続
されている。As shown in the figure, resistors 12 and 13 are connected in series between the drain and source of the IGBT 1, and the drain-source voltage is detected at both ends of the resistor 13. A resistor 41 and a transistor 42 are connected in series between the gate and source of the IGBT 1, and the gate of the transistor 42 is connected to the high potential side of the resistor 13 via a Zener diode 43. The gate of the IGBT 1 is connected to the output terminal 11 of the gate signal generation circuit via the resistor 44.
この様な保護回路を備えた場合の動作は次の通りであ
る。負荷3に短絡事故が発生してIGBT1に過電流が流れ
ると、IGBT1のオン電圧が上昇する。この電圧は抵抗12,
13により分圧され、抵抗13の両端電圧がツエナーダイオ
ード43のツエナー電圧を越えるとトランジスタ42のベー
スに電流が流れる。これによりトランジスタ42がオンと
なり、ゲート電源4の電圧は抵抗41と44により分圧され
て低下する。例えばゲート電源4の電圧を15V、抵抗41
及び44を共に50Ωとした場合、正常動作している時はIG
BT1のゲート電圧は15Vであり、負荷3に短絡事故が発生
した場合はゲート電圧が7.5Vまで低下して、IGBT1に流
れる電流を低下させることができる。一方、負荷3が正
常でIGBT1がターンオンする時、その初期に数十ナノセ
カンドの遅延時間がある。このためIGBT1に正のゲート
電圧が印加された時点から数十ナノセカンドの間はIGBT
1に直流電源2の電圧が印加されている。この期間には
トランジスタ42のベースに電流が流れ、従ってIGBT1の
ゲート電圧は低い値となる。しかし時間の経過と共にIG
BT1のオン電圧は降下していき、最終的に数Vまで低下
する。この時、抵抗13に発生している電圧がツエナー電
圧値より低くなると、トランジスタ42はオフとなり、IG
BT1のゲート電圧はゲート電源4の電圧まで上昇し、IGB
T1のオン電圧が十分に低くなるまで駆動することができ
る。The operation when such a protection circuit is provided is as follows. When a short circuit occurs in the load 3 and an overcurrent flows in the IGBT1, the ON voltage of the IGBT1 rises. This voltage is the resistance 12,
When the voltage across the resistor 13 is divided by 13 and exceeds the Zener voltage of the Zener diode 43, a current flows through the base of the transistor 42. This turns on the transistor 42, and the voltage of the gate power supply 4 is divided by the resistors 41 and 44 to decrease. For example, the voltage of the gate power supply 4 is 15V, the resistance 41
When both 44 and 44 are set to 50Ω, IG is set during normal operation.
The gate voltage of BT1 is 15V, and when a short-circuit accident occurs in the load 3, the gate voltage drops to 7.5V, and the current flowing through the IGBT1 can be reduced. On the other hand, when the load 3 is normal and the IGBT 1 is turned on, there is a delay time of several tens of nanoseconds in the initial stage. Therefore, from the time when the positive gate voltage is applied to the IGBT1 for several tens of nanoseconds, the IGBT is
The voltage of the DC power supply 2 is applied to 1. During this period, a current flows through the base of the transistor 42, so the gate voltage of the IGBT1 has a low value. But over time IG
The on-voltage of BT1 drops and finally drops to several volts. At this time, when the voltage generated in the resistor 13 becomes lower than the Zener voltage value, the transistor 42 is turned off and the IG
The gate voltage of BT1 rises to the voltage of the gate power supply 4,
It can be driven until the on-voltage of T1 is sufficiently low.
ここでIGBTに過電流が流れてIGBTが破壊する時のドレイ
ン電流ID(max)とドレイン・ソース間電圧VDの関係を
第6図に示す。図から明らかなように、ID(max)はVD
と反比例関係にあり、特にIGBTを高電圧回路で使用する
場合には過電流をできるだけ小さくすることが重要とな
る。そのためには、ゲート電圧をVth(IGBTをオン状態
にするための最小ゲート電圧)以下として電流を切る
か、またはVth+3V程度以下として実質的に流れる電流
を十分小さくすることが必要である。Here, FIG. 6 shows the relationship between the drain current I D (max) and the drain-source voltage V D when an overcurrent flows through the IGBT and the IGBT is destroyed. As is clear from the figure, I D (max) is V D
It is inversely proportional to, and it is important to minimize the overcurrent especially when the IGBT is used in a high voltage circuit. For that purpose, it is necessary to turn off the current by setting the gate voltage to Vth (minimum gate voltage for turning on the IGBT) or less, or to set Vth + 3V or less to sufficiently reduce the current substantially flowing.
[発明が解決しようとする課題] しかし、第5図の保護回路では、IGBTに過電流が流れた
場合にゲート電圧がVthまたはそれ以下になるように抵
抗41,44を設定した時、次のような問題が生じる。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the protection circuit of FIG. 5, when the resistors 41 and 44 are set so that the gate voltage becomes Vth or lower when an overcurrent flows through the IGBT, Such problems arise.
第1図、前述したようにIGBT1がターンオンする初期に
おいてIGBT1のドレイン・ソース間には直流電源2の電
圧が印加されてトランジスタ42はオン状態となってお
り、この時IGBT1のゲート電圧はVth程度またはそれ以下
となってしまう。この結果IGBT1はターンオンしなくな
るか、またはターンオン時間が極端に長くなる。As shown in FIG. 1, as described above, the voltage of the DC power supply 2 is applied between the drain and source of the IGBT1 at the initial stage of turning on the IGBT1 and the transistor 42 is in the ON state. At this time, the gate voltage of the IGBT1 is about Vth. Or it will be less than that. As a result, IGBT1 will not turn on or the turn-on time will be extremely long.
第2に、負荷3が事故を起こして保護回路が動作した場
合、IGBT1に流れていた過電流が急激に減少するため、
回路の浮遊インダクタンス成分のためにIGBT1にかかる
電圧が振動し、一時的に抵抗13に発生している電圧がツ
エナーダイオード43のツエナー電圧値より低くなる。こ
のときトランジスタ42はオフ状態となり、再びIGBT1に
高いゲート電圧がかかり過電流が流れ出す。この繰り返
しによってこの回路では発振現象を引き起こす。Secondly, when the load 3 has an accident and the protection circuit operates, the overcurrent flowing in the IGBT1 decreases sharply.
The voltage applied to the IGBT 1 oscillates due to the stray inductance component of the circuit, and the voltage temporarily generated in the resistor 13 becomes lower than the Zener voltage value of the Zener diode 43. At this time, the transistor 42 is turned off, a high gate voltage is applied to the IGBT1 again, and an overcurrent starts to flow. This circuit causes an oscillation phenomenon in this circuit.
本発明は、上述の問題を解消しようとして成されたもの
で、その目的とするところは、ターンオン初期のゲート
電圧の低下をなくすと共に、IGBTがオフして振動電圧が
発生した時IGBTがすぐにオンしないようにして信頼性の
高い過電流保護機能を備えたスイッチ装置を提供するこ
とにある。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to eliminate the decrease in the gate voltage at the initial stage of turn-on, and when the IGBT is turned off and an oscillating voltage is generated, the IGBT immediately An object of the present invention is to provide a switching device having a highly reliable overcurrent protection function that does not turn on.
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するために、本発明は、ゲート・ソース
間に与えられるゲート電圧に応じてドレイン・ソース間
の導電率が変化しオン・オフする導電変調型MOSFETをス
イッチ素子(1)として用いるスイッチ装置において、
前記スイッチ素子のドレイン・ソース間電圧を検出する
電圧検出回路(12,13)と、この電圧検出回路の出力に
より制御されて前記ゲート電圧を低下させるゲート電圧
制御回路とを備え、前記ゲート電圧制御回路は、ドレイ
ンがダイオード(15)を介して前記スイッチ素子のゲー
トに接続され、ゲートが抵抗(16)とダイオード(17)
の並列回路を介して前記電圧検出回路の出力に接続され
たMOSFET(14)と、前記スイッチ素子のゲート信号発生
回路の出力により制御されて前記スイッチ素子のオフ期
間及びターンオン初期の所定期間前記電圧検出回路の出
力端子を短絡する回路とから構成する。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention is a conductivity modulation type in which the conductivity between a drain and a source changes according to a gate voltage applied between the gate and the source to turn on and off. In a switch device using a MOSFET as a switch element (1),
The gate voltage control includes a voltage detection circuit (12, 13) for detecting a drain-source voltage of the switch element, and a gate voltage control circuit controlled by an output of the voltage detection circuit to lower the gate voltage. In the circuit, the drain is connected to the gate of the switch element through the diode (15), and the gate is the resistor (16) and the diode (17).
The MOSFET (14) connected to the output of the voltage detection circuit via the parallel circuit of the switch element and the output of the gate signal generation circuit of the switch element to control the voltage for the off period of the switch element and the predetermined period of initial turn-on of the voltage. And a circuit that short-circuits the output terminal of the detection circuit.
[作用] 前記ターンオン初期の所定期間は前記スイッチ素子のタ
ーンオン時間より大きく設定され、この間前記電圧検出
回路の出力端子を短絡することにより前記MOSFET(14)
のゲート電圧が零に固定され、ターンオン初期にスイッ
チ素子のゲート電圧が低下することはなくなる。また、
過電流が発生して電圧検出回路の出力が増加したときMO
SFET(14)がオンしてスイッチ素子のゲート電圧が零に
され過電流は急速に減少する。このとき、振動電圧が発
生して電圧検出回路の出力が低下してもMOSFET(14)の
ゲート入力容量と抵抗(16)の放電時定数により所定期
間MOSFET(14)のオン状態を維持することにより前記ス
イッチ素子が再びオンすることはなくなる。[Operation] The predetermined period in the initial stage of turn-on is set to be longer than the turn-on time of the switch element, and during this period, the output terminal of the voltage detection circuit is short-circuited to the MOSFET (14)
The gate voltage of the switch element is fixed to zero, and the gate voltage of the switch element does not drop at the initial stage of turn-on. Also,
MO when overcurrent occurs and the output of the voltage detection circuit increases
The SFET (14) is turned on, the gate voltage of the switch element is reduced to zero, and the overcurrent decreases rapidly. At this time, even if the oscillating voltage is generated and the output of the voltage detection circuit is reduced, the MOSFET (14) is maintained in the ON state for a predetermined period by the gate input capacitance of the MOSFET (14) and the discharge time constant of the resistor (16). This prevents the switch element from turning on again.
[実施例] 第1図に本発明の一実施例の回路構成を示す。第3図に
示す基本回路と対応する部分は第3図と同一符号を付し
て詳細な説明は省略する。[Embodiment] FIG. 1 shows a circuit configuration of an embodiment of the present invention. Portions corresponding to the basic circuit shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 3 and detailed description thereof will be omitted.
IGBT1のドレイン・ソース間電圧を検出する電圧検出回
路として、IGBT1のドレイン・ソース間に抵抗12,13が直
列接続されている。これは第5図と同じである。IGBT1
に過電流が流れた時にそのゲート・ソース間電圧を低下
させる回路として、そのゲート・ソース間にダイオード
15とMOSFET14の直列回路を設けている。MOSFET14のゲー
トは抵抗16とダイオード17の並列回路を介して電圧検出
回路の出力端子である抵抗13の高電位側端子に接続され
ている。抵抗16及びダイオード17はMOSFET14のゲート入
力容量と共に所定の時定数回路を構成している。すなわ
ち、抵抗13の検出電圧が増加したときはダイオード17を
介して直ちにMOSFET14のゲート電圧を増加させ、抵抗13
の検出電圧が低下したときはダイオード17が逆バイアス
されてMOSFET14のゲート電圧を所定時定数で減少させる
作用を行なうためのものである。電圧検出回路の出力端
子である抵抗13の高電位端子には、これを選択的に短絡
するための回路として、MOSFET20と抵抗23からなるMOS
インバータ及びこのMOSインバータにより制御されるMOS
FET18が設けられている。MOSインバータの入力端子は抵
抗21を介してゲート信号発生回路の出力端子11に接続さ
れている。この抵抗21はMOSFET20のゲート入力容量と共
に遅延回路を構成している。MOSFET18のドレイン・ソー
ス間には過電圧防止用のツエナーダイオード19が設けら
れている。As a voltage detection circuit that detects the drain-source voltage of the IGBT1, resistors 12 and 13 are connected in series between the drain and source of the IGBT1. This is the same as in FIG. IGBT1
As a circuit that lowers the gate-source voltage when an overcurrent flows through the
A series circuit of 15 and MOSFET 14 is provided. The gate of the MOSFET 14 is connected to the high potential side terminal of the resistor 13 which is the output terminal of the voltage detection circuit via the parallel circuit of the resistor 16 and the diode 17. The resistor 16 and the diode 17 constitute a predetermined time constant circuit together with the gate input capacitance of the MOSFET 14. That is, when the detection voltage of the resistor 13 increases, the gate voltage of the MOSFET 14 is immediately increased via the diode 17 and the resistance 13
The diode 17 is reverse-biased when the detection voltage of (3) decreases, and the gate voltage of the MOSFET 14 is reduced with a predetermined time constant. The high-potential terminal of the resistor 13, which is the output terminal of the voltage detection circuit, has a MOS circuit composed of the MOSFET 20 and the resistor 23 as a circuit for selectively short-circuiting this.
Inverter and MOS controlled by this MOS inverter
FET18 is provided. The input terminal of the MOS inverter is connected to the output terminal 11 of the gate signal generation circuit via the resistor 21. The resistor 21 constitutes a delay circuit together with the gate input capacitance of the MOSFET 20. A Zener diode 19 for preventing overvoltage is provided between the drain and source of the MOSFET 18.
抵抗21とMOSFET20のゲート入力容量による遅延回路の時
定数は、IGBT1がターンオンする前にMOSFET14がオンに
ならないように設定される。例えば、オンゲート信号が
入力されてIGBT1のドレイン・ソース間電圧が10%以下
に低下する迄はMOSFET18がオフすることのないように、
その時定数が設定される。The time constant of the delay circuit formed by the resistor 21 and the gate input capacitance of the MOSFET 20 is set so that the MOSFET 14 does not turn on before the IGBT 1 turns on. For example, to prevent the MOSFET 18 from turning off until the drain-source voltage of the IGBT1 drops below 10% when the on-gate signal is input,
The time constant is set.
このように構成されたスイッチ装置において、ゲート信
号発生回路の制御信号入力端子10に正の信号が与えられ
ると、出力端子11から抵抗22を介してオンゲート信号が
IGBT1のゲートに供給され、IGBT1はターンオンする。こ
のときMOSFET20のゲートにも抵抗21を介してオンゲート
信号が与えられるが、このMOSFET20がオンする時点は抵
抗21とゲート入力容量による遅延回路によりIGBT1がオ
ンする時点より一定時間遅れる。MOSFET20がオンになる
とMOSFET18のゲート電圧が零となって抵抗13に並列接続
されたMOSFET18がオフとなる。即ち、MOSFET18はIGBTの
ターンオン初期に所定期間抵抗13の両端を短絡してIGBT
のゲート電圧が低下しないようにしている。In the switch device configured as above, when a positive signal is applied to the control signal input terminal 10 of the gate signal generation circuit, the on-gate signal is output from the output terminal 11 via the resistor 22.
It is supplied to the gate of IGBT1 and IGBT1 turns on. At this time, an on-gate signal is also applied to the gate of the MOSFET 20 via the resistor 21, but the time at which the MOSFET 20 is turned on is delayed from the time at which the IGBT 1 is turned on by a delay circuit formed by the resistor 21 and the gate input capacitance. When the MOSFET 20 turns on, the gate voltage of the MOSFET 18 becomes zero and the MOSFET 18 connected in parallel with the resistor 13 turns off. That is, the MOSFET 18 is short-circuited at both ends of the resistor 13 for a predetermined period at the initial stage of turn-on of the IGBT.
The gate voltage is kept from dropping.
ゲート信号発生回路の制御信号入力端子10に負の制御信
号が与えられると、出力端子11から負のオフゲート信号
が出力されIGBTはオフする。このときMOSFET20のゲート
にもオフゲート信号が与えられこのMOSFET20はオフ状態
となる。従ってMOSFET18はオン状態となり、電圧検出買
置の抵抗13は短絡される。When a negative control signal is applied to the control signal input terminal 10 of the gate signal generation circuit, a negative off gate signal is output from the output terminal 11 and the IGBT is turned off. At this time, an off-gate signal is also given to the gate of the MOSFET 20, and the MOSFET 20 is turned off. Therefore, the MOSFET 18 is turned on, and the resistance 13 for the voltage detection capacitor is short-circuited.
以上のようにこのスイッチ装置では、IGBT1のオフ期間
及びターンオン初期の所定期間MOSFET18がオン状態に保
たれ、電圧検出回路の出力端子である抵抗13の高電位側
端子は接地状態に保たれる。As described above, in this switch device, the MOSFET 18 is kept in the ON state during the OFF period of the IGBT 1 and the predetermined period in the initial stage of turn-on, and the high potential side terminal of the resistor 13 which is the output terminal of the voltage detection circuit is kept in the ground state.
このような回路構成において、負荷3に事故が発生して
IGBT1に過電流が流れた場合の動作を説明する。IGBT1に
過電流が流れるとそのオン電圧が上昇する。このとき電
圧検出回路の抵抗13と並列に設けられたMOSFET18はオフ
状態であり、抵抗13にはIGBT1のオン電圧に対応した電
圧が得られる。この電圧はダイオード17を介してMOSFET
14のゲートにかかり、このゲート電圧がしきい値電圧を
越えるとこのMOSFET14はオンする。この結果IGBT1のゲ
ート・ソース間電圧はMOSFET14のオン電圧とダイオード
15の順方向電圧の和まで低下する。この和はIGBT1のし
きい値より十分低い値に設定されており、これによりIG
BT1の過電流は遮断される。In such a circuit configuration, if an accident occurs in the load 3,
The operation when an overcurrent flows through the IGBT1 will be described. When an overcurrent flows through the IGBT1, its on-voltage rises. At this time, the MOSFET 18 provided in parallel with the resistor 13 of the voltage detection circuit is in the OFF state, and the resistor 13 can obtain a voltage corresponding to the ON voltage of the IGBT 1. This voltage is transferred to the MOSFET via diode 17.
The MOSFET 14 is turned on when the gate voltage of the gate 14 exceeds the threshold voltage. As a result, the gate-source voltage of IGBT1 is
It drops to the sum of 15 forward voltages. This sum is set to a value that is sufficiently lower than the threshold of IGBT1.
The overcurrent of BT1 is cut off.
このようにして過電流が遮断された時、前述のようにIG
BT1のドレイン・ソース間電圧は振動する。本実施例の
回路ではこの様な振動があってもIGBT1が再度ターンオ
ンして過電流が再度流出することはない。その理由は次
の通りである。IGBT1のゲート・ソース間を短絡するた
めのMOSFET14のゲートにはダイオード17と並列に抵抗16
が設けられている。When the overcurrent is cut off in this way, the IG
The drain-source voltage of BT1 oscillates. In the circuit of this embodiment, the IGBT 1 is not turned on again and the overcurrent does not flow out again even if such vibration occurs. The reason is as follows. In the gate of MOSFET14 to short-circuit between the gate and source of IGBT1, a resistor 17 is connected in parallel with diode 17
Is provided.
IGBT1のドレイン・ソース間電圧が振動して抵抗13の端
子電圧が低下した時、MOSFET14のゲート入力容量に蓄積
されている電化は抵抗16を介して放電される。しかし本
実施例ではこの放電の時定数を大きくして、MOSFET14の
ゲート電圧がそのしきい値Vthになるまでの放電時間をI
GBT1のドレイン・ソース間電圧の振動周期より長くなる
ように設定している。この結果、IGBT1のドレイン・ソ
ース間電圧が短時間零になってもMOSFET14がオフするこ
とはなく、これによりIGBT1が再度ターンオンして過電
流が流出することは防止される。When the drain-source voltage of the IGBT 1 oscillates and the terminal voltage of the resistor 13 drops, the charge stored in the gate input capacitance of the MOSFET 14 is discharged via the resistor 16. However, in this embodiment, the time constant of this discharge is increased so that the discharge time until the gate voltage of the MOSFET 14 reaches the threshold value Vth is I
It is set to be longer than the oscillation cycle of the GBT1 drain-source voltage. As a result, even if the drain-source voltage of the IGBT1 becomes zero for a short period of time, the MOSFET 14 is not turned off, which prevents the IGBT1 from turning on again and causing an overcurrent to flow out.
また本実施例の回路では、正常動作している場合、前述
のようにIGBT1にオンゲート信号が印加されてから一定
時間MOSFET18がオン状態に保たれる。このためIGBT1の
ターンオン遅れ時間内は電圧検出回路の出力端子である
抵抗13の端子や短絡されており、MOSFET14がオンするこ
とはなく、IGBT1のターンオンの失敗や遅れを防止する
ことができる。Further, in the circuit of the present embodiment, when the circuit is operating normally, the MOSFET 18 is kept in the ON state for a certain period of time after the ON gate signal is applied to the IGBT 1 as described above. Therefore, during the turn-on delay time of the IGBT1, the terminal of the resistor 13 which is the output terminal of the voltage detection circuit and the short-circuit are short-circuited, the MOSFET 14 does not turn on, and failure or delay of turn-on of the IGBT1 can be prevented.
第2図は、第1図の回路においてIGBT1に過電流が流れ
てそのゲート電圧が低下した時、これを検出してゲート
信号発生回路の動作を制御するようにした実施例であ
る。図において24はホトカプラであり、その発光素子を
ダイオード15と直列に挿入し、受光素子側に抵抗25を接
続して、MOSFET14がオンしたことを検出するように構成
されている。この抵抗25の端子電圧は波形整形回路26、
フリップフロップ27を介してANDゲート29の一つの入力
端子に入力される。ANDゲート29の他の入力端子30には
“1",“0"の制御信号が入力されるようになっている。3
1はANDゲート29の出力を正、負の信号に変換するレベル
変換回路であり、その出力端子がゲート信号発生回路の
制御入力端子10に接続されている。FIG. 2 shows an embodiment in which, in the circuit of FIG. 1, when an overcurrent flows through the IGBT1 and its gate voltage drops, it is detected and the operation of the gate signal generating circuit is controlled. In the figure, reference numeral 24 is a photocoupler, the light emitting element of which is inserted in series with the diode 15 and the resistor 25 is connected to the light receiving element side to detect that the MOSFET 14 is turned on. The terminal voltage of this resistor 25 is the waveform shaping circuit 26,
It is input to one input terminal of the AND gate 29 via the flip-flop 27. The control signals of "1" and "0" are input to the other input terminal 30 of the AND gate 29. 3
1 is a level conversion circuit that converts the output of the AND gate 29 into positive and negative signals, the output terminal of which is connected to the control input terminal 10 of the gate signal generation circuit.
このように構成された回路の正常動作について説明す
る。フリップフロップ27のリセット端子28には、フリッ
プフロップ27の出力が常に"1"になるように信号が与え
られる。一方、ANDゲート29の制御入力端子30にはIGBT1
をオンまたはオフするために“1"または“0"の制御信号
が入力される。このときANDゲート29の出力は制御入力
端子30に与えた信号と同じになり、これがレベル変換回
路31で正または負の信号に変換されてゲート信号発生回
路の制御信号入力端子10に供給される。The normal operation of the circuit thus configured will be described. A signal is applied to the reset terminal 28 of the flip-flop 27 so that the output of the flip-flop 27 is always "1". On the other hand, the IGBT 1 is connected to the control input terminal 30 of the AND gate 29.
A control signal of "1" or "0" is input to turn on or off. At this time, the output of the AND gate 29 becomes the same as the signal given to the control input terminal 30, and this is converted into a positive or negative signal by the level conversion circuit 31 and supplied to the control signal input terminal 10 of the gate signal generation circuit. .
次にIGBT1に過電流が流れた場合の動作を説明する。IGB
T1に過電流が流れると前述のようにMOSFET14がオンとな
り、IGBT1のゲート電圧が低下する。このときMOSFET14
と直列に接続されたホトカプラ24の発光素子側に電流が
流れて抵抗25の端子電圧が上昇する。この電圧は波形整
形回路26で所定の論理レベル信号に変換され、フリップ
フロップ27の出力は反転し“0"となり、この結果ANDゲ
ート29の出力も“0"となり、ゲート信号発生回路の制御
入力端子10には負電圧が与えられて、ANDゲート29の制
御入力端子30にオン信号“1"が入力され続けてもIGBT1
へのゲート信号の供給は停止される。Next, the operation when an overcurrent flows in the IGBT 1 will be described. IGB
When an overcurrent flows through T1, MOSFET 14 is turned on as described above, and the gate voltage of IGBT1 drops. At this time, MOSFET 14
A current flows to the light emitting element side of the photocoupler 24 connected in series with and the terminal voltage of the resistor 25 rises. This voltage is converted into a predetermined logic level signal by the waveform shaping circuit 26, the output of the flip-flop 27 is inverted and becomes "0", and as a result, the output of the AND gate 29 also becomes "0", and the control input of the gate signal generation circuit. Even if a negative voltage is applied to the terminal 10 and the ON signal “1” continues to be input to the control input terminal 30 of the AND gate 29, the IGBT1
The supply of the gate signal to is stopped.
こうして本実施例の回路では、IGBT1の過電流だけでな
く、過電流が流れた時にゲート信号発生回路を停止させ
る自動制御も行われる。Thus, in the circuit of this embodiment, not only the overcurrent of the IGBT 1 but also automatic control for stopping the gate signal generation circuit when an overcurrent flows is performed.
[発明の効果] 本発明によるスイッチ装置では、スイッチ素子に過電流
が流れた時にそのゲート・ソース間を短絡する制御素子
としてMOSFETを用いている。そしてこのMOSFETのゲート
には抵抗と自身のゲート入力容量による時定数回路が設
けられている。このため、スイッチ素子に過電流が流れ
てこのMOSFETが働きスイッチ素子のゲート・ソース間電
圧を低下させた時、過電流の急激な減少によりドレイン
・ソース間に振動電圧が発生しても、前記時定数回路に
よりMOSFETをオン状態に保つことができ、スイッチ素子
に再度過電流が流れるという事態を防止することができ
る。また電圧検出回路の出力端子は、オンゲート信号が
入ったスイッチ素子のターンオン初期において所定期間
これを短絡する回路を設けており、スイッチ素子のター
ンオン初期に過電流保護回路が働いてスイッチ素子がタ
ーンオンしないかまたはターンオンが遅れるという事態
も防止される。従って本発明によれば、信頼性の高い過
電流保護機能を備えたスイッチ装置が実現できる。[Effects of the Invention] In the switch device according to the present invention, the MOSFET is used as a control element for short-circuiting the gate and the source when an overcurrent flows through the switch element. The gate of this MOSFET is provided with a time constant circuit composed of a resistor and its own gate input capacitance. Therefore, when an overcurrent flows through the switch element and this MOSFET works to reduce the gate-source voltage of the switch element, even if an oscillating voltage occurs between the drain and source due to a sudden decrease in overcurrent, The MOSFET can be kept in the ON state by the time constant circuit, and it is possible to prevent a situation in which an overcurrent again flows through the switch element. In addition, the output terminal of the voltage detection circuit is provided with a circuit that short-circuits the switch element containing the ON-gate signal for a predetermined period at the initial turn-on time, and the overcurrent protection circuit works at the initial turn-on time of the switch element to prevent the switch element from turning on. Also, the situation where the turn-on is delayed is prevented. Therefore, according to the present invention, a switch device having a highly reliable overcurrent protection function can be realized.
第1図は本発明の過電流保護機能を備えたスイッチ装置
の一実施例の構成図、第2図は本発明の他の実施例の構
成図、第3図はIGBTを用いたスイッチ装置の基本構成
図、第4図はIGBTの電圧−電流の関係を示す特性図、第
5図は従来の考え方による過電流保護機能を備えたスイ
ッチ装置の構成図、第6図はIGBTの危険動作領域を示す
特性図である。 1……導電変調型MOSFET(IGBT) 2……直流電源、3……負荷 4,5……ゲート電源、6〜9……トランジスタ 10……制御信号入力端子、11……ゲート信号出力端子 12,13……抵抗(電圧検出回路) 14,18,20……MOSFET、15,17……ダイオード 16,21〜23……抵抗、19……ツエナーダイオードFIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a switch device having an overcurrent protection function of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a switch device using an IGBT. Basic configuration diagram, FIG. 4 is a characteristic diagram showing the voltage-current relationship of the IGBT, FIG. 5 is a configuration diagram of a switch device having an overcurrent protection function according to the conventional concept, and FIG. 6 is a dangerous operation area of the IGBT. FIG. 1 ... Conduction modulation type MOSFET (IGBT) 2 ... DC power supply, 3 ... Load 4,5 ... Gate power supply, 6-9 ... Transistor 10 ... Control signal input terminal, 11 ... Gate signal output terminal 12 , 13 ...... Resistance (voltage detection circuit) 14,18,20 ...... MOSFET, 15,17 …… Diode 16,21 to 23 …… Resistance, 19 …… Zener diode
Claims (3)
に応じてドレイン・ソース間の導電率が変化しオン・オ
フする導電変調型MOSFETをスイッチ素子(1)として用
いるスイッチ装置において、前記スイッチ素子のドレイ
ン・ソース間電圧を検出する電圧検出回路(12,13)
と、この電圧検出回路の出力により制御されて前記ゲー
ト電圧を低下させるゲート電圧制御回路とを備え、前記
ゲート電圧制御回路は、ドレインがダイオード(15)を
介して前記スイッチ素子のゲートに接続され、ゲートが
抵抗(16)とダイオード(17)の並列回路を介して前記
電圧検出回路の出力に接続されたMOSFET(14)と、前記
スイッチ素子のゲート信号発生回路の出力により制御さ
れて前記スイッチ素子のオフ期間及びターンオン初期の
所定期間前記電圧検出回路の出力端子を短絡する回路と
から構成し、前記MOSFETのゲート入力容量と前記抵抗で
所定の放電時定数を構成することを特徴とする過電流保
護機能を備えたスイッチ装置。1. A switch device using as a switch element (1) a conductivity modulation type MOSFET whose conductivity between drain and source changes according to a gate voltage applied between the gate and source to turn on and off. Voltage detection circuit (12,13) that detects the drain-source voltage of the
And a gate voltage control circuit that is controlled by the output of the voltage detection circuit to reduce the gate voltage. The gate voltage control circuit has a drain connected to the gate of the switch element via a diode (15). A switch whose gate is controlled by a MOSFET (14) whose gate is connected to the output of the voltage detection circuit through a parallel circuit of a resistor (16) and a diode (17) and the output of a gate signal generation circuit of the switch element. And a circuit that short-circuits the output terminal of the voltage detection circuit for a predetermined period during the off period of the device and the initial stage of turn-on, and a predetermined discharge time constant is formed by the gate input capacitance of the MOSFET and the resistor. Switch device with current protection function.
路は、前記ゲート信号発生回路の出力により駆動され、
入力部に前記スイッチ素子のターンオン時間より大きい
遅延要素を含むMOSインバータ(20,21)と、このMOSイ
ンバータにより駆動されて前記電圧検出回路の出力端子
を短絡するMOSFET(18)とから構成したことを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の過電流保護機能を備えた
スイッチ装置。2. The circuit for short-circuiting the output terminal of the voltage detection circuit is driven by the output of the gate signal generation circuit,
The input section includes a MOS inverter (20, 21) including a delay element longer than the turn-on time of the switch element, and a MOSFET (18) driven by the MOS inverter to short-circuit the output terminal of the voltage detection circuit. A switch device having an overcurrent protection function according to claim 1.
圧を低下させたことを検出する手段と、この検出信号に
より前記ゲート信号発生回路の入力信号をオフの状態に
維持する手段を備えたことを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の過電流保護機能を備えたスイッチ装置。3. Means for detecting that the MOSFET (14) is turned on to lower the gate voltage, and means for keeping the input signal of the gate signal generating circuit off by the detection signal. A switch device having an overcurrent protection function according to claim 1.
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
| JP60103308A JPH0669136B2 (en) | 1985-05-15 | 1985-05-15 | Switch device with overcurrent protection function |
| CN86103419.8A CN1004184B (en) | 1985-05-15 | 1986-05-14 | Overcurrent Protection Circuit of Conductivity Modulation MOS Field Effect Transistor |
| US06/863,515 US4719531A (en) | 1985-05-15 | 1986-05-15 | Overcurrent protective circuit for modulated-conductivity type MOSFET |
| EP86303716A EP0206505B1 (en) | 1985-05-15 | 1986-05-15 | An overcurrent protective circuit for modulated-conductivity type mosfet |
| DE8686303716T DE3672910D1 (en) | 1985-05-15 | 1986-05-15 | OVERCURRENT PROTECTION CIRCUIT FOR MOSFET WITH CONDUCTIVITY MODULATION. |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60103308A JPH0669136B2 (en) | 1985-05-15 | 1985-05-15 | Switch device with overcurrent protection function |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61261919A JPS61261919A (en) | 1986-11-20 |
| JPH0669136B2 true JPH0669136B2 (en) | 1994-08-31 |
Family
ID=14350588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60103308A Expired - Lifetime JPH0669136B2 (en) | 1985-05-15 | 1985-05-15 | Switch device with overcurrent protection function |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH0669136B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10194289A (en) * | 1996-12-27 | 1998-07-28 | Takashi Kobayashi | Packaging container |
Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
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| JP5562781B2 (en) * | 2010-09-21 | 2014-07-30 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | Protection device, complementary protection device, signal output device, latch-up prevention method, and program |
| JP6750333B2 (en) * | 2016-06-15 | 2020-09-02 | 富士電機株式会社 | Semiconductor switching element protection circuit |
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1985
- 1985-05-15 JP JP60103308A patent/JPH0669136B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JPH10194289A (en) * | 1996-12-27 | 1998-07-28 | Takashi Kobayashi | Packaging container |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPS61261919A (en) | 1986-11-20 |
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