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電力変換器、可変信号遅延回路及び電力変換方法 新技術説明会

国内特許コード P190016411
整理番号 KIT18020
掲載日 2019年10月21日
出願番号 特願2018-164922
公開番号 特開2020-039205
出願日 平成30年9月3日(2018.9.3)
公開日 令和2年3月12日(2020.3.12)
発明者
  • 大村 一郎
  • トリパシ ラビ ナス
出願人
  • 国立大学法人九州工業大学
発明の名称 電力変換器、可変信号遅延回路及び電力変換方法 新技術説明会
発明の概要 【課題】 トランジスタの数を増やすことなく特定のトランジスタに過度の負荷が集中することのない電力変換器等を提供することを目的とする。
【解決手段】 接続された複数のトランジスタを備える電力変換器であって、パルス幅変調信号を発生させるパルス幅変調信号発生部と、複数の前記トランジスタをそれぞれ駆動させる複数のゲート駆動部と、前記ゲート駆動部に対して、前記パルス幅変調信号に遅延を与えた遅延パルス幅変調信号を出力する複数の可変信号遅延部とを備え、及び/又は、前記ゲート駆動部のゲート抵抗を増大させ、若しくは、前記ゲート駆動部のゲート駆動電圧若しくはゲート電流を減少させることの少なくともいずれかの処理を行う複数のゲート制御部を備える、電力変換器である。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要

IGBT等の電力用半導体が利用される電力変換器では、年々容量の拡大が進んでおり並列接続されて使われることが多くなっている。また、パワーモジュールといわれるものでもIGBTのチップが内部で並列されていることが多い。

図11は、従来の複数のIGBT等のパワー半導体素子を駆動するための構成例を示す図である。従来、図11に示すように、並列に配置されているIGBTに対しては、1つのPWM信号発生部105が1つのゲート駆動部107にPWM信号を出力し、ゲート駆動部107が複数のIGBTを駆動している。しかし、温度の不均一、寄生インダクタンス、信号の遅延などの理由で、スイッチング時に一部の素子ないし一部のチップに電流が集中することで、発熱や安全動作領域逸脱などの現象により素子が破壊するという課題があった。

このため、実際には定格電流よりも低い電流で動作させるディレーティング(定格値以下で動作させること)をして、十分な余裕をもって使うことがある(非特許文献1等)。

本願発明者は、IGBTをはじめとするパワーモジュールの構造や駆動方法について、長年にわたって研究開発を行ってきた(例えば、特許文献1、2、非特許文献2等)。

産業上の利用分野

本発明は、電力変換器、可変信号遅延回路及び電力変換方法に関し、特に、複数の並列に接続されたトランジスタを備える電力変換器等に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
接続された複数のトランジスタを備える電力変換器であって、
パルス幅変調信号を発生させるパルス幅変調信号発生部と、
複数の前記トランジスタをそれぞれ駆動させる複数のゲート駆動部とを備え、
さらに、前記ゲート駆動部に対して、前記パルス幅変調信号に遅延を与えた遅延パルス幅変調信号を出力する複数の可変信号遅延部を備え、及び/又は、前記ゲート駆動部のゲート抵抗を増大させ、若しくは、前記ゲート駆動部のゲート駆動電圧若しくはゲート電流を減少させることの少なくともいずれかの処理を行う複数のゲート制御部を備える、電力変換器。

【請求項2】
複数の前記可変信号遅延部を備えるものであり、
複数の前記可変信号遅延部に対して、個別に遅延時間を指定する遅延指令信号を出力する遅延時間選択部をさらに備え、
前記可変信号遅延部は、前記パルス幅変調信号に対して、前記遅延指令信号に応じた遅延を与える、請求項1記載の電力変換器。

【請求項3】
複数の前記トランジスタのそれぞれに対応する複数の物理量最大値検出部をさらに備え、
前記物理量最大値検出部は、対応する前記トランジスタにおける所定の期間内の電流、電圧、電力又は温度の最大値である個別最大値を検出して前記個別最大値を前記遅延時間選択部に出力し、
前記遅延時間選択部は、複数の前記物理量最大値検出部から出力された複数の前記個別最大値のうち最大のものを出力した前記物理量最大値検出部に対応する前記可変信号遅延部が出力する前記パルス幅変調信号の前記遅延時間を、相対的に増加させ、又は、相対的に減少させる前記遅延指令信号を出力する、請求項2記載の電力変換器。

【請求項4】
前記遅延時間選択部で決定される各前記トランジスタの前記遅延時間を一定期間ごとに記憶する遅延時間記憶部と、
前記遅延時間記憶部が記憶した複数の前記遅延時間を比較する比較部とをさらに備える、請求項2又は3記載の電力変換器。

【請求項5】
接続された複数のトランジスタを駆動させる複数のゲート駆動部に対して、パルス幅変調信号を出力する可変信号遅延回路であって、
入力されたパルス幅変調信号に対して互いに異なる遅延を与えて複数の遅延パルス幅変調信号を出力するディレイラインと、
複数の前記遅延パルス幅変調信号のうちから特定の前記遅延パルス幅変調信号を選択する選択部とを備える、可変信号遅延回路。

【請求項6】
前記選択部は、
前記複数のトランジスタが出力する物理量の値に基づいて外部信号を出力する遅延時間選択部と接続されており、
前記外部信号に基づいて前記特定の遅延パルス幅変調信号を選択する、請求項5記載の可変信号遅延回路。

【請求項7】
接続された複数のトランジスタを備える電力変換器を用いた電力変換方法であって、
前記電力変換器は、
パルス幅変調信号を発生させるパルス幅変調信号発生部と、
複数の前記トランジスタをそれぞれ駆動させる複数のゲート駆動部と、
前記ゲート駆動部に対して、前記パルス幅変調信号を出力し、又は、遅延を与えた遅延パルス幅変調信号を出力する複数の可変信号遅延部とを備え、
前記可変信号遅延部が、前記遅延パルス幅変調信号を出力する遅延パルス幅変調信号出力ステップを含む、電力変換方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2018164922thum.jpg
出願権利状態 公開
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