一种在高电压下利用的IGBT等半导体开关元件的短路保护装置，即使不存在电流传感用的开关元件，也能简单且误动作的可能性较小地检测短路状态，保护半导体开关元件防止受到破坏。通过对集电极侧的电压采用高电阻(2)和检测用的电阻(3、4)进行分压，来将导通中的IGBT(1)的电流的大小检测为电压信息，根据该电压值来推定IGBT(1)中的功率损耗，并推定基于该功率损耗的发热量，在推定发热量超过了规定值时，按照逐渐减小栅极信号电压的方式进行限制来保护IGBT(1)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。
技术介绍
在功率半导体开关元件中，绝缘栅双极晶体管IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor)由于驱动简单，因此被大范围地应用于电源或逆变器中。此外，由于元件的稳态损耗比MOSFET小，因此被利用于较高电压的领域。在高电压下进行利用的情况下，在负载短路状态下，如果IGBT导通，则流动过大 的电流，存在IGBT由于该电流而产生热损坏的可能性。因此，为了阻止这种情况的发生，构成保护装置。IGBT元件由于短路电流所引起的温度上升而产生热破坏，因此作为短路状态的检测方法，根据短路电流来检测与IGBT元件的温度上升相当的值，在该值为即将使IGBT热破坏之前的阈值时，需要进行保护动作。但是，在高电压下进行利用的情况下，由于短路电流非常大且直接检测很困难，因此存在如专利文献I所公开的那样，如果在负载短路状态下IGBT导通，则利用集电极-发射极间电压的上升来检测该情况的方法。此外，存在如专利文献2所公开的那样，在主电路的IGBT中另外准备电流传感用的辅助IGBT的方式。在这种方式中，能够减小检测用元件的电流容量，并且不需要高速、高耐压的二极管。现有技术文献专利文献专利文献I JP特开平3-106217号公报专利文献2 JP特开平7-86587号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题在专利文献I中所公开的方式中，由于在IGBT的集电极-栅极间使用二极管，因此存在由于IGBT从导通变为截止时的二极管的恢复电流而进行误动作的可能性，需要高速特性的二极管。此外，在高电压电路的情况下还需要高耐压特性。另一方面，在专利文献2所公开的方式中，通过除了提前在与主电路IGBT元件相同的芯片内作成电流传感用的IGBT以外的方法，难以简易地作成检测电路。本专利技术所要解决的问题点在于，在高电压下进行利用的功率半导体开关元件的保护装置中，即使不存在电流传感用的半导体开关元件，也能简单地且误动作的可能性较小地保护功率半导体开关元件防止受到热损坏。用于解决课题的手段本专利技术的一方面的特征在于，具备设置在功率半导体开关元件的两端子间的电阻分压电路所构成的端子电压检测单元；根据该端子电压检测单元的输出值来推定功率半导体开关元件的导通中的功率损耗的功率损耗推定单元；和当由该功率损耗推定单元所推定的功率损耗超过了规定值时，使上述功率半导体开关元件的功率损耗减小的保护单元。在本专利技术的优选实施方式中，上述功率损耗推定单元具备输入上述端子电压检测单元的输出，并产生与该输入信号成比例的输出电压的缓冲电路。此外，在本专利技术的优选的其他的实施方式中，上述功率损耗推定单元具备输入上述端子电压检测单元的输出的积分单元。进而，在本专利技术的优选的其他实施方式中，上述功率损耗推定单元具备输入上述端子电压检测单元的输出的平方电路。进而，在本专利技术的优选的其他实施方式中，上述功率损耗推定单元具备输入上述 端子电压检测单元的输出的一阶延迟电路。专利技术的效果根据本专利技术的优选实施方式，即使不存在电流传感用的半导体开关元件，也能简单且误动作的可能性较小地保护功率半导体开关元件防止受到热损坏。本专利技术的其他目的和特征在以下所述的实施方式中将会明确。附图说明图I为采用IGBT作为功率半导体开关元件的情况下的本专利技术的实施例I的短路保护检测电路的结构图。图2为IGBT的集电极电流与集电极-发射极间电压的关系图。图3为IGBT的功率损耗与集电极-发射极间电压的关系图。图4为对IGBT的功率损耗与集电极-发射极间电压的关系进行了直线近似后的图。图5为图I中的积分器6的内部结构例图。图6为采用IGBT作为功率半导体开关元件的情况下的本专利技术的实施例2的短路保护检测电路的结构图。图7为采用IGBT作为功率半导体开关元件的情况下的本专利技术的实施例3的短路保护检测电路的结构图。图8为采用IGBT作为功率半导体开关元件的情况下的本专利技术的实施例4的短路保护检测电路的结构图。图9为IGBT的热的等效电路图。图10为采用IGBT作为功率半导体开关元件的情况下的本专利技术的实施例5的短路保护检测电路的结构图。符号的说明I. . . IBGT、2...高电阻、3...检测用电阻、4...检测用电阻、5...缓冲放大器、6...积分器、7...控制电路、8...二极管、9...积分器用电容器、10...积分器用电阻、11...短路判定部、12...关断用切换电路、13...开启用切换电路、14...关断侧的栅电阻(短路时)、15...关断侧的栅电阻(通常时)、16...开启侧的栅电阻(短路时)、17...开启侧的栅电阻(通常时)、18..·乘法器、19... 一阶延迟电路、20. ..IGBT的热的等效电路的电流源、21...等效电路的电容器、22...等效电路放热模拟电阻、23...微型计算机、24. · · AD变换器、25. · · CPU,26. · ·比较器、27. · ·温度传感器。具体实施例方式以下，参照附图对本专利技术的优选实施方式进行说明。实施例I在本专利技术的实施例I中，如果为采用了高电阻和检测用的电阻的分压电路，则通过将其分压后的电压经过缓冲放大器输入到积分电路，从而由简易的电路实现了对功率半导体开关元件的温度上升即功率损耗相当值的检测。图I为采用了 IGBT作为功率半导体开关元件的情况下的本专利技术的实施例I的短路保护检测电路的结构图。功率半导体开关兀件I为I. 2[kV]以上的闻耐压绝缘棚双极晶 体管(IGBT)。采用高电阻2(以后作为R2进行处理)和检测用的电阻3以及4(以后作为R3、R4进行处理)对IGBTl的从集电极端子到发射极端子之间的电压进行分压，将检测电阻R3与R4之间的电压信息输入到作为功率检测设备来使用的缓冲放大器(电压跟随器)5。缓冲放大器5的输出值输入到作为温度检测器来使用的积分器6。积分器6对从缓冲放大器5输出的信息进行累计，并输入到控制电路7。控制电路7中，对是否为短路负载状态进行判断，在判断为处于短路负载状态时，限制IGBTl的栅极电压。此外，在高电阻R2与检测电阻R3之间，在短路负载电流过大的情况下，施加到R3的电压变得过大，存在产生损坏的可能性，因此通过将阴极侧与电源连接的二极管8来钳位到例如15 [V]程度而进行保护。在此，作为本专利技术的实施方式中的IGBTl的短路状态，针对即将过热之前的状态的检测原理进行说明。图2为IGBT的集电极电流与集电极-发射极间电压的关系图。IGBT的集电极电流Ic和集电极-发射极间电压Vce的关系可以认为是具有截距B/A的比例关系。如果用式子表示这种关系，则IGBT的集电极-发射极间电压Vce在比图2的X截距B/A大的区域中，成为如下那样。Ic = AXVce-B…(I)在考虑到集电极电流Ic所引起的功率半导体开关元件的功率损耗的情况下，由于功率损耗W通过W = IcXVce... (2)来给出，因此如果将式⑴代入到式(2)，则成为W = AX Vce2-BX Vce... (3)。图3为IGBT的功率损耗与集电极-发射极间电压的关系图，根据式(3)，能够认为功率损耗W与集电极-发射极间电压Vce的关系如图所示那样为2次函数。根据以上所述，通过对导通中的IGBT的集电极-发射极间电压Vce进行检测，能够检测IGBT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】2009.12.17 JP 2009-2859351.一种功率半导体开关元件的保护装置，其特征在于，具备 设置在功率半导体开关元件的两端子间的电阻分压电路所构成的端子电压检测单元; 功率损耗推定单元，其根据该端子电压检测单元的输出值来推定功率半导体开关元件的导通中的功率损耗；和 保护单元，其对应于通过该功率损耗推定单元所推定的功率损耗超过了规定值的情况，使上述功率半导体开关元件的功率损耗减小。2.根据权利要求I所述的功率半导体开关元件的保护装置，其特征在于， 上述功率损耗推定单元具备缓冲电路，该缓冲电路将上述端子电压检测单元的输出作为输入，产生与该输入信号成比例的输出电压。3.根据权利要求I所述的功率半导体开关元件的保护装置，其特征在于， 上述功率损耗推定单元具备积分单元，该积分单元输入上述端子电压检测单元的输出。4.根据权利要求I 3中任一项所述的功率半导体开关元件的保护装置，其特征在于， 上述功率损耗推定单元具备平方电路，该平方电路输入上述端子电压检测单元的输出。5.根据权利要求I或2所述的功率半导体开关元件的保护装置，其特征在于， 上述功率损耗推定单元具备一阶延迟电路，该一阶延迟电路输入上述端子电压检测单兀的输出。6.根据权利要求I 5中任一项...
【专利技术属性】
技术研发人员：杉野友启，白滨秀文，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：
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