CN106134051A - 驱动装置 - Google Patents

驱动装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106134051A
CN106134051A CN201580015855.4A CN201580015855A CN106134051A CN 106134051 A CN106134051 A CN 106134051A CN 201580015855 A CN201580015855 A CN 201580015855A CN 106134051 A CN106134051 A CN 106134051A
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
mos transistor
grid
circuit
sensing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201580015855.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106134051B (zh
Inventor
长濑拓生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Publication of CN106134051A publication Critical patent/CN106134051A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106134051B publication Critical patent/CN106134051B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0828—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in composite switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16—Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H03K17/168—Modifications for eliminating interference voltages or currents in composite switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/30—Modifications for providing a predetermined threshold before switching
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/567—Circuits characterised by the use of more than one type of semiconductor device, e.g. BIMOS, composite devices such as IGBT
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/6877—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors the control circuit comprising active elements different from those used in the output circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0036—Means reducing energy consumption
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

一种驱动装置，具备控制功率开关元件的栅极电流并进行断开动作的断侧电路(120)。所述断侧电路具有：主MOS晶体管(Tr1)；感测MOS晶体管(Tr2)，规定所述主MOS晶体管的漏极电流；以及感测电流控制电路，将所述感测MOS晶体管的漏极电流控制为固定。所述感测电流控制电路具有：参照电源(123)；基准电阻(122)；运算放大器(121)，以所述基准电阻与所述感测MOS晶体管之间的电位接近于所述参照电位的方式，使输出施加于所述感测MOS晶体管的栅极。所述感测电流控制电路流动根据所述基准电阻的电阻值和所述参照电位决定的电流，作为所述感测MOS晶体管的漏极电流。

Description

驱动装置
关联申请的交叉引用
本申请基于在2014年3月27日申请的日本申请号2014-66596号，此处引用其记载内容。
技术领域
本申请涉及进行功率开关元件的导通断开控制以及异常时的保护的驱动装置。
背景技术
关于构成逆变器、转换器等半导体电力转换装置的功率开关元件，作为提高在开关动作时的浪涌电压和开关损失的折衷的技术，使用动态地控制栅极电压或栅极电流的主动栅极控制(AGC)。
此外，如专利文献1那样，提出了一种驱动电路，在功率开关元件中流过了过大的电流的情况下抑制栅极电压并抑制集电极电流，进行保护以使功率开关元件不损坏。
但是，在专利文献1中，为了对功率开关元件的栅极电流进行控制，需要大量MOSFET、电阻器等。因此，电路规模、即布局面积变大。
此外，专利文献1的技术是基于与功率开关元件的栅极连接的电阻器的电阻值来控制栅极电流的方式，所以由于功率开关元件的制造偏差引起的阈值电压的偏差，导致开关速度产生偏差，开关损失产生偏差。也就是说，存在如下等问题：开关损失偏离规格书等中规定的标准，成品率降低。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-34701号公报
发明内容
本申请的目的在于，在进行功率开关元件的关断动作的驱动装置中，抑制电路规模且高精度地控制输出电流来降低开关损失。
在本申请的一方式中，对功率开关元件的导通断开进行控制的驱动装置具备控制所述功率开关元件的栅极电流而进行断开动作的断侧电路。所述断侧电路具有：主MOS晶体管，作为输出晶体管；感测MOS晶体管，栅极与所述主MOS晶体管的栅极共通，相对于所述主MOS晶体管构成电流镜，从而规定所述主MOS晶体管的漏极电流；以及感测电流控制电路，将所述感测MOS晶体管的漏极电流控制为固定。所述感测电流控制电路具有：参照电源，产生参照电位；基准电阻，与所述感测MOS晶体管串联连接；以及运算放大器，以所述基准电阻与所述感测MOS晶体管之间的电位接近于所述参照电位的方式，使输出施加于所述感测MOS晶体管的栅极。所述感测电流控制电路流动根据所述基准电阻的电阻值和所述参照电位决定的电流，作为所述感测MOS晶体管的漏极电流。
据此，感测MOS晶体管的漏极电流根据参照电位和基准电阻的电阻值来规定，该感测MOS晶体管通过电流镜规定主MOS晶体管的漏极电流。因此，能够不依赖于向本申请所涉及的驱动装置供应电力的电源电压、断侧电路的输出电流的电流值而高精度地控制输出电流。从而，能够减小功率开关元件的栅极电流的偏差，能够降低开关损失。
此外，与专利文献1那样的现有技术相比，能够削减电阻器等无源元件的部件件数，因此能够减小布局面积。例如，能够将本申请所涉及的驱动装置和功率开关元件安装于同一封装，能够实现集成化。
此外，在专利文献1中，对功率开关元件的栅极进行驱动的栅极电流大，且需要精度，因此需要分立部件的电阻器。相对于此，在本申请的电路结构中，在功率开关元件的栅极的串联路径中不需要电阻器，所以能够削减分立部件，易于集成化。
附图说明
参照附图，通过下述的详细的记述，关于本申请的上述目的以及其他目的、特征、优点变得更明确。该附图是，
图1是表示第一实施方式所涉及的驱动装置的概略结构的电路图，
图2是表示驱动装置以及功率开关元件的概略结构的俯视图，
图3是表示第二实施方式所涉及的驱动装置的概略结构的电路图，
图4是表示由驱动装置进行的驱动的时序图，
图5是表示第三实施方式所涉及的驱动装置的概略结构的电路图。
具体实施方式
(第一实施方式)
最初，参照图1，说明本实施方式所涉及的驱动装置。
如图1所示，该驱动装置100控制作为对负载300进行驱动的功率开关元件的绝缘栅双极晶体管(IGBT)200的驱动。
该驱动装置100具备通侧电路110和断侧电路120。
通侧电路110以及断侧电路120在电源和GND(地)之间串联连接，在其中间点上连接有IGBT200的栅极。通侧电路110由PMOS晶体管构成，在该PMOS晶体管为导通状态时向IGBT200的栅极施加电源电压Vcc。由此IGBT200成为导通状态，在IGBT200的集电极-发射极间流过电流，向负载300供应电力。
断侧电路120具有两个NMOS晶体管(Tr1、Tr2)。这些NMOS晶体管由作为输出晶体管的主MOS晶体管Tr1、规定主MOS晶体管Tr1的漏极电流的感测MOS晶体管Tr2构成。在本实施方式中，主MOS晶体管Tr1相对于感测MOS晶体管Tr2构成电流镜。具体而言，主MOS晶体管Tr1的栅极被设为与感测MOS晶体管Tr2的栅极共通，源极共通而接地。主MOS晶体管Tr1的漏极与IGBT200的栅极连接。
在这样的结构中，在主MOS晶体管Tr1中，以与感测MOS晶体管Tr2的尺寸比相同的电流比流过漏极电流。
此外，断侧电路120具有：运算放大器121，用于对感测MOS晶体管Tr2的漏极电流进行控制；基准电阻122，用于规定该运算放大器121的输出；以及参照电源123，向该运算放大器121的一个输入端子赋予参照电位Vref。若从未图示的微机等被输入表示使IGBT200断开的控制信号，则运算放大器121向感测MOS晶体管Tr2的栅极施加电压，从而从IGBT200的栅极导出固定的电流。
基准电阻122是分流电阻，规定感测MOS晶体管Tr2的漏极电流的电流值。进而，规定从IGBT200的栅极导出的电流的电流值。从IGBT200的栅极导出的电流是在主MOS晶体管Tr1中流过的漏极电流。并且，主MOS晶体管Tr1与感测MOS晶体管Tr2一起构成电流镜，因此从IGBT200的栅极导出的电流依赖于感测MOS晶体管Tr2的漏极电流。
在这样的结构中，若被输入表示使IGBT200断开的控制信号，则运算放大器121被驱动而向感测MOS晶体管Tr2施加栅极电压。此时的漏极电流由基准电阻122的电阻值R来规定。并且，该电流值通过调整运算放大器121的输出而被反馈控制，以使基准电阻122和感测MOS晶体管Tr2之间的连接点的电位接近于参照电位Vref。由此，感测MOS晶体管Tr2的漏极电流被高精度地控制为固定的值(＝(Vcc-Vref)/R)。因此，从IGBT200的栅极导出的电流也高精度地被设为固定电流。另外，在本实施方式中，感测电流控制电路相当于由运算放大器121和基准电阻122以及参照电源123构成的电路。
接着，说明本实施方式所涉及的驱动装置100的作用效果。
感测MOS晶体管Tr2的漏极电流通过参照电位Vref和基准电阻的电阻值R来规定，该感测MOS晶体管Tr2通过电流镜规定主MOS晶体管Tr1的漏极电流。因此，能够不依赖于向驱动装置100供应电力的电源电压Vcc、断侧电路的输出电流的电流值而高精度地控制输出电流。从而，能够减小IGBT200的栅极电流的偏差，能够降低开关损失。
此外，与现有技术相比，能够削减电阻器等无源元件的部件件数，所以能够减小驱动装置100的布局面积。例如，如图2所示，能够将驱动装置100和IGBT200安装于同一封装，能够实现集成化。
此外，例如在专利文献1中，对功率开关元件的栅极进行驱动的栅极电流大，且需要精度，因此需要分立部件的电阻器。相对于此，在本申请的电路结构中，在功率开关元件的栅极的串联路径中不需要电阻器，所以能够削减分立部件，易于集成化。
(第二实施方式)
本实施方式所涉及的驱动装置100如图3所示那样，作为断侧电路120的结构要素，除了第一实施方式中的要素之外，还具有栅极电压判定电路124、驱动能力切换电源125、驱动能力切换开关SW1、SW2。
首先，参照图3，说明本实施方式所涉及的驱动装置100的结构要素。
栅极电压判定电路124将IGBT200的栅极电压和规定的阈值(以后称为栅极电压判定阈值V1)进行比较，基于它们的大小关系，对后述的驱动能力切换开关SW1、SW2的导通断开进行切换。
驱动能力切换电源125相对于感测MOS晶体管Tr2的栅极与运算放大器121并联连接。本实施方式中的驱动能力切换电源125中，向感测MOS晶体管Tr2的栅极施加的电压被设定得比由运算放大器121施加的电压高。
驱动能力切换开关SW1、SW2是关于向感测MOS晶体管Tr2的栅极施加的电压，切换从运算放大器121施加或从驱动能力切换电源125施加的开关。具体而言，开关SW1在感测MOS晶体管Tr2的栅极和运算放大器121的输出端子之间连接。开关SW2在感测MOS晶体管Tr2的栅极和驱动能力切换电源125之间连接。
接着，参照图4，说明本实施方式所涉及的驱动装置100的动作以及作用效果。
在时刻t1，向运算放大器121输入表示使IGBT200断开的控制信号。在时刻t1，为了高精度地控制输出电流，进行由运算放大器121进行的感测MOS晶体管Tr2的驱动。也就是说，驱动能力切换开关SW1被设为导通状态，驱动能力切换开关SW2被设为断开状态。由此，如图4所示，运算放大器121驱动而IGBT200的栅极电流流过。
若从IGBT200的栅极开始进行电荷的导出，则栅极电压降低。并且，在时刻t2，若栅极电压降低至规定的电位(镜像电压)并经过规定时间，则集电极电压Vce开始上升。并且，从集电极电压达到电源电压VP的时刻集电极电流Ic开始减少。
并且，在时刻t3，若IGBT200的栅极电压低于阈值电压(所谓Vth)则集电极电流Ic收敛为零，集电极电压Vce收敛为电源电压VP。
其后驱动能力切换开关SW1也为导通状态，因此断侧电路120持续导出IGBT200的栅极电荷。由此，IGBT200的栅极电压持续降低。并且，在时刻t4，若栅极电压低于在栅极电压判定电路124中设定的栅极电压判定阈值V1，则栅极电压判定电路124使驱动能力切换开关SW1从导通变化为断开，使驱动能力切换开关SW2从断开变化为导通。也就是说，成为向主MOS晶体管Tr1的栅极施加了驱动能力切换电源125的电压而不是施加来自运算放大器121的输出的状态。
驱动能力切换电源125中，向主MOS晶体管Tr1的栅极施加的电压被设定的比由运算放大器121施加的电压高，因此主MOS晶体管Tr1的漏极电流变大。因此，在时刻t4，IGBT200的栅极电流急剧地上升。即，断侧电路120的驱动能力变大。由此，IGBT200的栅极电荷急速被导出而栅极电压成为零。即，IGBT200的断开动作完成。另外，在下一次导通IGBT200的情况下，使驱动能力切换开关SW2从导通变化为断开后，使通侧电路110驱动。
在时刻t4以后，驱动能力切换开关SW2也维持导通状态，因此能够以低阻抗持续将IGBT200的栅极-发射极间短路。从而，能够抑制IGBT200在断开状态下由于噪声等而误导通。即，能够可靠地保持断开。
另外，通过减小与运算放大器121连接的参照电源123的参照电位Vref，从而增大感测MOS晶体管Tr2的漏极电流，提高断侧电路120的驱动能力，也能够保持断开。但是，在保持断开时不要求断侧电路120的输出电流的精度，而且通过驱动能力切换开关SW1、SW2的切换对驱动能力进行切换能够加快切换的响应速度。
此外，作为用于保持断开的驱动能力切换电源125的电压，为了断开IGBT200而设定充分的电压，因此成为与运算放大器121的输出相比充分大的电压。由于该电压不需要高精度地控制，所以不需要复杂的电路。因此，本实施方式中的驱动装置100与第一实施方式相比能够并不很增大电路规模地实现。
(第三实施方式)
本实施方式所涉及的驱动装置100如图5所示那样，除了第二实施方式中的要素之外还具备保护电路130。
首先，参照图5，说明本实施方式所涉及的驱动装置100的结构要素。
保护电路130具有：保护用MOS晶体管Tr3；恒流电路P1、P2，向保护用MOS晶体管Tr3供应漏极电流；保护开关SW3、SW4，对从恒流电路P1、P2向保护用MOS晶体管Tr3的电流供应进行控制；以及集电极电流检测部140，通过感测发射极端子SE的电流来检测IGBT200的集电极电流。
保护用MOS晶体管Tr3的栅极经由开关SW5与断侧电路120的主MOS晶体管Tr1的栅极连接，相对于主MOS晶体管Tr1构成电流镜。因此，通过对保护用MOS晶体管Tr3的漏极电流进行控制，能够不经由感测MOS晶体管Tr2的驱动而对主MOS晶体管Tr1的漏极电流进行控制。换言之，能够不依赖于构成在断侧电路120的感测电流控制电路(由运算放大器121、基准电阻122以及参照电源123构成的电路)，对IGBT200的栅极电流进行控制。
恒流电路P1经由保护开关SW3与保护用MOS晶体管的漏极连接。此外，恒流电路P2经由保护开关SW4，相对于保护用MOS晶体管Tr3的漏极与恒流电路P1并联连接。恒流电路P1以及P2所供应的电流分别被设定为不同的电流值，能够通过切换保护开关SW3、SW4来向保护用MOS晶体管Tr3供应不同的漏极电流。此外，恒流电路P1以及P2所供应的电流被设定比在感测MOS晶体管Tr2中通常流过的漏极电流小的值。另外，在本实施方式中，恒流电路P2的电流值被设定得比恒流电路P1的电流值小。
集电极电流检测部140是检测IGBT200的集电极电流并在过电流或负载300的短路时保护IGBT200的电路。该电流检测部140具有：比较器141、142；电压源143、144，向比较器141、142的输入端子A赋予成为阈值的电压；以及用于将IGBT200的集电极电流转换为电压的电阻器R1。
更详细地进行说明。如图5所示，在比较器141的一方的输入端子A上连接有电压源143。并且，另一方的输入端子B连接在IGBT200的感测发射极端子SE与电阻器R1的中间点上，该电阻器R1被连接在该感测发射极端子SE与GND之间。即，向比较器141中的输入端子B施加与从IGBT200的感测发射极端子SE向GND流过的电流和电阻器R1的电阻值对应的电压。向输入端子B施加的电压与从感测发射极端子SE向GND流过的电流成比例。也就是说，IGBT200的集电极电流变得越大则该电压越成为高电压。
比较器141在与流过感测发射极端子SE的电流对应的电压超过了电压源143的电压的情况、即集电极电流超过了规定的阈值(过电流检测用的阈值)的情况下，输出信号经由过电流滤波电路131使保护开关SW3以及开关SW5导通。
关于比较器142，也是与比较器141同样的结构。即，在比较器142的一方的输入端子A上连接有电压源144。并且，另一方的输入端子B连接在IGBT200的感测发射极端子SE与电阻器R1的中间点上，该电阻器R1被连接在该感测发射极端子SE与GND之间。
并且，比较器142在与流过感测发射极端子SE的电流对应的电压超过了电压源144的电压的情况、即集电极电流超过了规定的阈值(短路检测用的阈值)的情况下，输出信号经由短路滤波电路132使保护开关SW4以及开关SW5导通。
电压源143被设定对IGBT200来说判断为过电流的电压。此外，电压源144被设定判断为负载300短路的电压。也就是说，电压源144的电压被设定得比电压源143的电压高。
另外，滤波电路(131、132)是如下电路：在预先设定的滤波时间内，所输入的信息维持某状态的情况下，输出与输入对应的信号。例如，在通过集电极电流检测部140以过电流滤波电路131中设定的规定的滤波时间以上检测到超过了过电流检测用的阈值的集电极电流的情况下，使保护开关SW3和开关SW5导通。此外，例如，在通过集电极电流检测部140以短路滤波电路132中设定的规定的滤波时间以上检测到超过了短路检测用的阈值的集电极电流的情况下，使保护开关SW4和开关SW5导通。
该滤波电路(131、132)被设置以防止由于IGBT200的集电极电流中的脉冲噪声等而保护电路130动作。
接着，说明本实施方式所涉及的驱动装置100的动作以及作用效果。
例如，设为在IGBT200中流过与通常相比过大的集电极电流(过电流)。由于过电流，集电极电流检测部140的比较器141的输入端子B的电位比输入端子A的电位高，比较器141将该情况输出给过电流滤波电路131。若过电流的状态持续了过电流滤波电路131中预先设定的滤波时间，则过电流滤波电路131将驱动能力切换开关SW1、SW2设为断开，且使保护开关SW3和开关SW5导通。
由此，在保护用MOS晶体管Tr3中，流过由恒流电路P1规定的漏极电流。并且，在与保护用MOS晶体管Tr3构成电流镜的主MOS晶体管Tr1中也流过被镜像的漏极电流。恒流电路P1的电流值被设定比在感测MOS晶体管Tr2中通常流过的漏极电流小的值，所以与断侧电路120的输出电流通过感测MOS晶体管Tr2的漏极电流来控制的情况相比，能够降低驱动能力。
在IGBT200的集电极电流为过电流的状态下，在关断时在集电极电压Vce中产生大的浪涌，IGBT200的损坏的可能性高。因此，通过降低断侧电路120的驱动能力来减少浪涌电压，能够将IGBT200安全地断路而保护。
另一方面，设为负载300短路，在IGBT200中流过比过电流大的集电极电流。由于短路，集电极电流检测部140的比较器142的输入端子B的电位变得比输入端子A的电位高，比较器142将该情况输出给短路滤波电路132。若短路的状态持续了短路滤波电路132中预先设定的滤波时间，则短路滤波电路132将驱动能力切换开关SW1、SW2设为断开，且使保护开关SW4和开关SW5导通。
由此，在保护用MOS晶体管Tr3中，流过由恒流电路P2规定的漏极电流。恒流电路P2的电流值被设定得比恒流电路P1的电流值小，因此能够比过电流的情况更加降低驱动能力，能够抑制浪涌电压。
另外，在短路滤波电路132中预先设定的滤波时间优选设定得比在过电流滤波电路中设定的滤波时间短。这是因为：据此，由于短路时的集电极电流与过电流时相比其电流值大，所以通过在短时间断开IGBT200，能够减轻IGBT200的压力。此外，在通常动作时，需要最低限度的滤波时间，以便不会由于开关时的噪声等而误进行过电流、短路保护。
(其他实施方式)
以上说明了本申请的优选的实施方式，但本申请完全没有被上述的实施方式限制，在不脱离本申请的主旨的范围中，能够进行各种变形而实施。
在上述的各实施方式中，作为功率开关元件而例示了IGBT200，但不限定于该例。例如，作为功率开关元件，针对功率MOS晶体管等也能够应用本申请。
此外，参照电位Vref优选被设定为与预先测定的功率开关元件的栅极电容对应的值。虽未图示，在驱动装置100中设置存储器电路，设为将与驱动装置100的出厂前检查(在制造后进行的特性检查)中测定的栅极电容对应的参照电位存储至存储器。具体而言，栅极电容越大则将参照电位Vref的值设定得越小，通过使断侧电路120的驱动能力增大，从而能够抑制IGBT200的栅极电容的制造偏差。从而，能够降低IGBT200的开关损失的偏差。
此外，在第二实施方式中，示出了驱动能力切换电源125的电压被设定得比从运算放大器121输出的电压高的例子、即驱动能力切换电源125和驱动能力切换开关SW2构成断开保持电路的例子。相对于此，也能够将驱动能力切换电源125的电压设定得比从运算放大器121输出的电压低。在该情况下，驱动能力切换电源125和驱动能力切换开关SW2作为抑制断侧电路120的驱动能力的电路而发挥作用。
本申请遵照实施例而记述，但应该理解本申请不限定于该实施例、构造。本申请还包含各种变形例、等同范围内的变形。此外，各种组合、方式、进而在它们中包含仅一要素、这以上、或这以下的其他组合、方式也落入本申请的范畴、思想范围内。

Claims (6)

1.一种驱动装置，对功率开关元件(200)的导通断开进行控制，具备：
断侧电路(120)，控制所述功率开关元件的栅极电流并进行断开动作，所述断侧电路具有：
主MOS晶体管(Tr1)，作为输出晶体管；
感测MOS晶体管(Tr2)，栅极与所述主MOS晶体管的栅极共通，相对于所述主MOS晶体管构成电流镜，从而规定所述主MOS晶体管的漏极电流；以及
感测电流控制电路，将所述感测MOS晶体管的漏极电流控制为固定，
所述感测电流控制电路具有：
参照电源(123)，产生参照电位；
基准电阻(122)，与所述感测MOS晶体管串联连接；以及
运算放大器(121)，以所述基准电阻与所述感测MOS晶体管之间的电位接近于所述参照电位的方式，使输出施加于所述感测MOS晶体管的栅极，
所述感测电流控制电路流动根据所述基准电阻的电阻值和所述参照电位决定的电流，作为所述感测MOS晶体管的漏极电流。
2.如权利要求1所述的驱动装置，
所述参照电位被设定为与预先测定的所述功率开关元件的栅极电容对应的值。
3.如权利要求1或权利要求2所述的驱动装置，
所述断侧电路具有：
驱动能力切换电源(125)，与所述运算放大器并联连接至所述感测MOS晶体管的栅极，产生与所述运算放大器的输出不同的电位；以及
驱动能力切换开关(SW1、SW2)，能够在所述运算放大器与所述驱动能力切换电源之间切换向所述主MOS晶体管的栅极施加的电压。
4.如权利要求3所述的驱动装置，
所述驱动能力切换电源的至少一个产生比所述运算放大器的输出高的电位，
根据所述功率开关元件的栅极电压低于规定的阈值，向所述主MOS晶体管的栅极施加的电压变得比所述运算放大器的输出高。
5.如权利要求1～4的任一项所述的驱动装置，还具备：
保护电路(130)，与所述主MOS晶体管的栅极连接，基于所述功率开关元件的集电极电流的电流值动作，
该保护电路具有：
保护用MOS晶体管(Tr3)，与所述主MOS晶体管构成电流镜；
恒流电路(P1、P2)，向所述保护用MOS晶体管供应固定的漏极电流；
保护开关(SW3、SW4)，被设置在所述恒流电路与所述保护用MOS晶体管之间，控制向所述保护用MOS晶体管的电流供应；以及
集电极电流检测部(140)，对所述功率开关元件的集电极电流的电流值超过规定的阈值进行检测，
该集电极电流检测部根据所述功率开关元件的集电极电流的电流值超过规定的阈值，使所述保护开关导通。
6.如权利要求5所述的驱动装置，
所述功率开关元件的集电极电流的阈值被设定为过电流检测用的阈值以及短路检测用的阈值中的至少一方，该短路检测用的阈值被设定为比过电流检测用的阈值高的电流值。
CN201580015855.4A 2014-03-27 2015-03-12 驱动装置 Active CN106134051B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014066596A JP6349855B2 (ja) 2014-03-27 2014-03-27 駆動装置
JP2014-066596 2014-03-27
PCT/JP2015/001365 WO2015146040A1 (ja) 2014-03-27 2015-03-12 駆動装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106134051A true CN106134051A (zh) 2016-11-16
CN106134051B CN106134051B (zh) 2018-10-30

Family

ID=54194594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580015855.4A Active CN106134051B (zh) 2014-03-27 2015-03-12 驱动装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9722594B2 (zh)
JP (1) JP6349855B2 (zh)
CN (1) CN106134051B (zh)
WO (1) WO2015146040A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108123707A (zh) * 2016-11-29 2018-06-05 丰田自动车株式会社 开关电路
CN112912738A (zh) * 2018-11-06 2021-06-04 日立安斯泰莫株式会社 负载驱动装置和变速机的驱动系统
CN116707501A (zh) * 2023-08-03 2023-09-05 无锡市稳先微电子有限公司 智能电子开关、集成电路芯片、芯片产品和汽车

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6498473B2 (ja) * 2015-02-24 2019-04-10 ローム株式会社 スイッチ駆動回路
WO2017159338A1 (ja) * 2016-03-16 2017-09-21 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電力変換回路
JP6890480B2 (ja) * 2017-06-19 2021-06-18 日立Astemo株式会社 半導体装置
US10218258B1 (en) * 2018-01-09 2019-02-26 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Apparatus and method for driving a power stage
JP7200522B2 (ja) * 2018-07-12 2023-01-10 株式会社デンソー ゲート駆動回路
CN111736054B (zh) * 2020-06-23 2022-09-16 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司 用于igbt驱动退饱和保护功能的测试电路和其模拟测试方法
CN117879554A (zh) * 2023-12-29 2024-04-12 无锡市稳先微电子有限公司 控制芯片、智能电子开关和汽车

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1256556A (zh) * 1998-12-03 2000-06-14 株式会社日立制作所 电压驱动开关元件的栅极驱动电路
JP4954290B2 (ja) * 2007-10-02 2012-06-13 三菱電機株式会社 ゲート駆動回路
JP2014054019A (ja) * 2012-09-05 2014-03-20 Denso Corp スイッチング素子の駆動回路

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5500619A (en) 1992-03-18 1996-03-19 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device
JP3152204B2 (ja) 1998-06-02 2001-04-03 日本電気株式会社 スルーレート出力回路
JP3941309B2 (ja) * 1998-12-03 2007-07-04 株式会社日立製作所 電圧駆動形スイッチング素子のゲート駆動回路
JP3598870B2 (ja) 1999-04-07 2004-12-08 富士電機デバイステクノロジー株式会社 ドライブ回路
JP2001223571A (ja) 2000-02-10 2001-08-17 Fuji Electric Co Ltd 電圧駆動型半導体素子のゲート駆動装置
US7132868B2 (en) 2001-06-27 2006-11-07 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device
JP4619812B2 (ja) 2005-02-16 2011-01-26 株式会社東芝 ゲート駆動回路
JP5098872B2 (ja) 2008-07-25 2012-12-12 株式会社デンソー 電力変換回路の駆動回路
US8760144B2 (en) * 2010-06-28 2014-06-24 Wuxi Vimicro Corporation Multiple-input comparator and power converter
JP5252055B2 (ja) * 2010-11-22 2013-07-31 株式会社デンソー 負荷駆動装置
JP5569460B2 (ja) 2011-04-21 2014-08-13 株式会社デンソー 負荷駆動装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1256556A (zh) * 1998-12-03 2000-06-14 株式会社日立制作所 电压驱动开关元件的栅极驱动电路
JP4954290B2 (ja) * 2007-10-02 2012-06-13 三菱電機株式会社 ゲート駆動回路
JP2014054019A (ja) * 2012-09-05 2014-03-20 Denso Corp スイッチング素子の駆動回路

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108123707A (zh) * 2016-11-29 2018-06-05 丰田自动车株式会社 开关电路
CN112912738A (zh) * 2018-11-06 2021-06-04 日立安斯泰莫株式会社 负载驱动装置和变速机的驱动系统
CN112912738B (zh) * 2018-11-06 2023-11-17 日立安斯泰莫株式会社 负载驱动装置和变速机的驱动系统
CN116707501A (zh) * 2023-08-03 2023-09-05 无锡市稳先微电子有限公司 智能电子开关、集成电路芯片、芯片产品和汽车
CN116707501B (zh) * 2023-08-03 2023-10-31 无锡市稳先微电子有限公司 智能电子开关、集成电路芯片、芯片产品和汽车

Also Published As

Publication number Publication date
JP6349855B2 (ja) 2018-07-04
JP2015192490A (ja) 2015-11-02
US20160352320A1 (en) 2016-12-01
WO2015146040A1 (ja) 2015-10-01
US9722594B2 (en) 2017-08-01
CN106134051B (zh) 2018-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106134051A (zh) 驱动装置
CN103944367B (zh) 一种退饱和检测电路、包含其的电路及其操作方法
US10770888B2 (en) Overcurrent protection device for semiconductor device
US9570905B2 (en) Semiconductor drive apparatus
JP6197685B2 (ja) ゲート駆動回路
CN103944548B (zh) 用于晶体管的栅极驱动电路
US9461533B2 (en) Electronic circuit
JP6351736B2 (ja) 自己消弧型半導体素子の短絡保護回路
WO2010021082A1 (ja) 電力用半導体素子の駆動回路
CN106134050B (zh) 驱动装置
JP5376641B2 (ja) 電池装置
JP2013169102A (ja) ゲート駆動回路
CN105938815A (zh) 静电保护电路
CN207265706U (zh) 一种电池保护电路
US11171478B2 (en) Electronic fuse circuit, corresponding device and method
CN108107344A (zh) 一种适用于igbt驱动芯片的过热保护电路
CN105957863A (zh) 静电保护电路
CN104065028B (zh) 电子保险丝装置及其操作方法
WO2021134540A1 (zh) 混合断路器、混合断路系统及断路方法
US10110025B2 (en) Enhanced parallel protection circuit
CN208971379U (zh) 一种防过冲保护电路
JP6160545B2 (ja) 過電流保護回路
CN204031117U (zh) 自调整温度的功率晶体管
CN105515429A (zh) 智能功率模块和空调器
CN105659497B (zh) 功率半导体的过压保护电路和保护功率半导体不受过压损害的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant