1700V-IGBTのゲートドライブ方法

質問

1700V耐圧IGBTモジュールを利用した1kVのスイッチング回路を考えていますが、ゲートのドライブ方法をどうするべきかで難航しています。
回路としてはインバーター回路のような構成で、簡単に記載しますと
上側アームを5u[sec]オン　→　1m[sec]のデッドタイム　→　下側アームを5usecオン　→ 1m[sec]のデッドタイム　の繰り返し動作です。
負荷はトランスです。

上記のような回路でIGBTをドライブする場合には、どのような方法をとるべきでしょうか？
稚拙な説明でわかりづらいかもしれませんが、よろしくお願いします。

※利用するIGBTは入手のしやすさからRSコンポーネンツで販売されている
SKM 200GB176D
http://www.bjrtd.com/pdf/skm200gb176d.pdf
を考えています。

回答No.4

tance · ベストアンサー

No.1 tanceです。

高電圧の回路で能動素子を直列にするのは、すご～く難しい
ですよ。電圧を均等にかけることを考えると、とんでもない
無駄な電力を分圧抵抗に喰わせなくてはならず、とくに
高速では寄生容量に打ち勝つ抵抗を用意するのは至難の
技です。

そこで、パルスが短いことを利用して、高電圧のクランプを
するという考え方をお奨めします。極端な話、ツェナーで
高電圧がFETにかからないようにするわけです。実際は多少の
工夫が必要です。瞬間パワーが大きくなるのでZNRのような
素子を使う必要がありますが、これは寄生容量も大きいので
これを分離する方法を考えなくてはなりません。

とっておきの方法をお教えしましょう。（昔雑誌に発表
したのでご存じかもしれませんが）ZNRと直列に高耐圧の
ダイオードを入れるんです。ZNRは寄生容量が大きいことを
逆手に取って、ZNRを高圧の電池として使います。

なかなか詳しく説明すると大変ですが、さらに情報が必要
なら次は図を描かないと判りにくいでしょう。

お礼

返信ありがとうございます。

なかなか直列接続は難しそうですね。
完全に盲点でしたが、No.5の方が仰るようにフルブリッジ構成の1kV充電であれば、IGBTの耐圧に関しては問題なさそうです。

ただ負荷が誘導性でターンオフサージが問題になるため、スナバはよくよく勉強しておきます。
ZNRのクランプ方法は興味深いですが、さしあたっては一般的なスナバ回路から進もうと思います。

回答No.5

foobar

元のご質問の内容からずれてしまうのですが、
Tr1,Tr2それぞれを直列構成にするなら、いっそのことフルブリッジにして直流電圧を１ｋVにしてしまってもよさそうに思います。
（部品点数は変わらないですし、負荷がパルストランスなら、一次と二次の絶縁ができるでしょうから一次側の電位変動も問題にならないような気がします。）

お礼

返信ありがとうございます。

仰るとおりです。
部品点数の低減のためにハーフブリッジにしていたのですが、
直列構成にするならフルブリッジにすればいいですね。

回答No.3

anachrockt

IGBTゲートドライブの日本語資料は，ここが一番充実しています．
http://www.fujielectric.co.jp/fdt/scd/pdf/RH984/RH984_07.pdf
IGBTは高速フォトカップラで絶縁してドライブするのが一般的ですが，
上下のIGBTドライブ用に絶縁された±電源が必要になります．

質問者はドライブ回路設計に慣れていないようですから，時間とお金を
節約するには，ここからドライブ基板を購入した方が速いデス．
http://www.nihon-pulse.co.jp/02_products/03_function/03_gate.html

日本パルス工業はｈｐにはカタログがありませんが，インターネプコン
等の展示会でカタログ配っています．
連絡して，詳しい資料とカタログ送ってもらうのを勧めます．

補足

返信ありがとうございます。

私も富士電機と三菱の資料がわかりやすかったので参考にしていました。無料なのでありがたいです。

日本パルス工業のドライブ基板よさそうですね。
値段がまだわからないので何ともいえませんが、考えてみます！！

回答No.2

noname#120664

こんにちは。
上下アームがあるということは、ハーフブリッジ方式でトランス昇圧して出力1ｋVを得たいのですね。
IGBTドライブですが、上アームのIGBTドライブと下アームのIGBTドライブの両方に、フォトカプラタイプでドライブするほうがいいと思います。
ゲート抵抗は、ノイズやサージ電圧緩和から約10Ω～20Ω程度をVo端子（6ピンもしくは7ピン）に入れて、ゲートに接続する。
ただ、気になるのがオン時間が5usと短いこと。
IGBTのコレクタ-エミッタ電圧が高圧になると素子自体のスイッチング動作が遅くなる傾向にあります。その場合は、ゲート抵抗を小さくする必要があるでしょう。しかし、ゲート抵抗を小さくするとサージ電圧が大きくなることや、ノイズが大きくなる。そのトレードオフを考えられたほうがいいかもしれません。

参考URL：

http://www.semicon.toshiba.co.jp/docs/datasheet/ja/Opto/TLP250_ja_datasheet_071001.pdf

お礼

返信ありがとうございます。

上下アームのIGBTですが、実際には添付画像のような回路構成であり、直流高電圧で同容量2素子直列のコンデンサを2kV充電します。
負荷はパルストランスで、切り出す5usec(150A)の電圧を昇圧し二次側コンデンサを充電し…　といった構成です。

1700V耐圧では上下アームどちらかをONしたときに片側のアームが耐圧を超えます。
そのため、モジュールは2個利用し、片アームにつきIGBTを2素子直列に接続して耐圧をあげようと考えています。
が、実際にはそんなに単純な問題ではなく、IGBTに均等には電圧はかからないためコンデンサとダイオードで余分なエネルギーをクランプする回路が必要。ということがわかり、回路構成を漁っています。

3300Vもしくは2400V耐圧のIGBTが利用できればよいのですが、三菱製に関しては納期5ヶ月とのことであきらめ、1700V直列を考えましたが甘かったようです。

どちらにしてもゲートドライブに関する知識は必須なので、仰るようにフォトカプラでのドライブ設計で進んでみようと思います。

3300V耐圧(Ic=400A程度)IGBTを海外メーカーで探していますが、なかなか目ぼしいものが見つかりません。

回答No.1

tance

方式としては、フローティング電源を設けて、高速のフォト
カプラでドライブするのがよさそうに思います。

その際、ハイサイドのフォトカプラはLED側とTr側に大きなdV/dt
が加わるので誤動作や予期せぬ負帰還に注意が必要です。

お礼

返信送れて申し訳ありません。。
フォトカプラでのドライブで行こうと思います。