CN106877634B - 开关驱动装置以及开关驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够以简单而且紧凑的结构防止自开通现象的开关驱动装置以及开关驱动方法。开关驱动装置(1)具备：第一信号输出部(30)，从第一输出端子(34)输出脉冲状的第一驱动信号(P1)；第二信号输出部(40)，根据被输入的第一驱动信号(P1)，从第二输出端子(44)将脉冲状的第二驱动信号(P2)输出至开关元件(200)的控制端子(202)；负电源生成部(50)，生成相对于接地电压(V0)的负电压(‑Vn)并由负电压(‑Vn)将第二驱动信号(P2)的低电平向负侧偏压；负电源生成部(50)具备：第一电容器(51)，根据第一驱动信号(P1)存储电荷；第二电容器(52)，由来自第一电容器(51)的电荷的移动而在自身的端子之间生成负电压(‑Vn)。

Description

开关驱动装置以及开关驱动方法
技术领域
本发明涉及例如在DC/DC变换器等电源装置中驱动开关元件的开关驱动装置以及开关驱动方法。
背景技术
一直以来，例如作为DC/DC变换器等电源装置，由开关驱动装置(驱动电路)驱动MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor(金属氧化物半导体场效应晶体管))或IGBT(Insurated Gate Bipolar Transistor(绝缘栅双极型晶体管))等开关元件(半导体开关)，由此转换电力的开关电源装置被广泛使用。
在这样的开关电源装置中，在如高速驱动开关元件那样的情况下，会有关断(OFF)状态的开关元件变成误导通(ON)状态的自开通(self turn on)现象成为问题的情况。所谓该自开通现象，是指通过伴随于开关元件的高速驱动等，关断状态下的漏源极(drain-source)间的电压急剧上升，从而电荷经由漏源极间的反馈电容而被注入到栅源极(gate-source)间电容(即，栅源极间电容被充电)并且栅极电压上升至阈值电压以上，成为导通状态的现象。在发生自开通现象的情况下，不仅电力转换效率降低，而且根据情况会发生开关元件的破损或起火等。
作为这样的自开通现象的防止对策，众所周知有将负电压施加于关断状态的开关元件的栅极并将栅极电压向负侧偏压的方法(例如参照专利文献1或者2)。通过将栅极电压向负侧偏压从而在经由反馈电容被注入的电荷量大的情况下也能够将栅极电压保持为小于阈值电压，所以能够有效地防止自开通现象。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4945218号公报
专利文献2：日本专利第4916964号公报
然而，在上述专利文献1所记载的开关驱动装置中，因为在施加于开关元件的栅极的负电压的生成中使用变压器，所以会有装置整体大型化并且成本增大等的问题。另外，在上述专利文献2所记载的开关驱动装置中，因为另外需要用于控制负电压生成用电容器104的充放电(电荷的存储以及放出)的开关元件(p通道型MOSFET107、n通道型MOSFET108以及n通道型MOSFET109)，所以会有电路结构复杂化并且成本增大等的问题。
再有，在上述专利文献2的开关驱动装置中，因为由自举电路(bootstrapcircuit)(启动(boot)用二极管113以及启动电容器(boot capacitor)127)来生成高侧(high-side)MOSFET102的驱动电压，所以将与低侧(low-side)相同的负电压生成电路设置于高侧是困难的，为了防止高侧MOSFET102中的自开通现象，有必要另外设置由变压器等构成的绝缘类型的负电源。
另外，替代现有的Si而使用了SiC或GaN等半导体的最新一代的开关元件近年来不断普及，这些元件能够高速驱动，并且阈值电压以及输入输出电容低，所以发生自开通现象的可能性变高。因此，为了有效地使用这些最新一代的开关元件，也希望一种能够以简单而且紧凑的结构防止自开通现象的开关驱动装置。
发明内容
本发明鉴于上述实际情况，其目的在于，试图提供一种能够以简单而且紧凑的结构防止自开通现象的开关驱动装置以及开关驱动方法。
(1)本发明是一种开关驱动装置，其特征在于，具备：第一信号输出部，从第一输出端子输出脉冲状的第一驱动信号；第二信号输出部，根据被输入的所述第一驱动信号，从第二输出端子将脉冲状的第二驱动信号输出至开关元件的控制端子；负电源生成部，生成相对于接地电压的负电压，并由所述负电压将所述第二驱动信号的低电平向负侧偏压；所述负电源生成部具备：第一电容器，根据所述第一驱动信号存储电荷；第二电容器，由来自所述第一电容器的电荷的移动而在自身的端子之间生成所述负电压。
(2)本发明是上述(1)所述的开关驱动装置，其特征在于，所述第一信号输出部具备电流流入端子被连接于所述第一输出端子的第一晶体管，所述第一电容器的一端经由所述第一输出端子而被连接于所述第一晶体管的电流流入端子，所述第二电容器的一端被连接于所述第一晶体管的电流流出端子。
(3)本发明是上述(2)所述的开关驱动装置，其特征在于，所述负电源生成部具备第一二极管以及第二二极管，所述第一二极管中，阳极被连接于所述第一电容器的另一端并且阴极被连接于地线，所述第二二极管中，阳极被连接于所述第二电容器的另一端并且阴极被连接于所述第一电容器的另一端，所述第二电容器和所述第一晶体管的中点被连接于所述地线。
(4)本发明是上述(3)所述的开关驱动装置，其特征在于，所述第二信号输出部具备电流流入端子被连接于所述第二输出端子的第二晶体管，所述第二电容器和所述第二二极管的中点被连接于所述第二晶体管的电流流出端子。
(5)本发明是上述(2)～(4)中的任意一项所述的开关驱动装置，其特征在于，所述负电源生成部具备被设置于所述第一电容器与所述第二电容器之间的限制电阻。
(6)本发明是一种开关驱动方法，其特征在于，在具备从第一输出端子输出脉冲状的第一驱动信号的第一信号输出部、根据被输入的所述第一驱动信号而从第二输出端子将脉冲状的第二驱动信号输出至开关元件的控制端子的第二信号输出部的开关驱动装置中，根据所述第一驱动信号将电荷存储于第一电容器，使电荷从所述第一电容器向第二电容器移动，从而在所述第二电容器的端子之间生成相对于接地电压的负电压，由所述负电压将所述第二驱动信号的低电平向负侧偏压。
根据本发明所涉及的开关驱动装置以及开关驱动方法，能够取得能够以简单而且紧凑的结构防止自开通现象这样的优异的效果。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的开关驱动装置的结构的电路图。
图2是表示开关驱动装置的动作中的电流的流动的电路图。
图3是表示开关驱动装置的动作中的电流的流动的电路图。
图4是表示开关驱动装置的动作中的电流的流动的电路图。
图5是表示开关驱动装置的动作中的电流的流动的电路图。
图6是表示开关驱动装置的其他方式的例子的电路图。
图7是表示开关驱动装置的其他方式的例子的电路图。
图8是表示开关驱动装置的其他方式的例子的电路图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。还有，在各图中，为了容易理解，会有省略图示或者简化图示的部分。
图1是表示本实施方式所涉及的开关驱动装置1的结构的电路图。本实施方式的开关驱动装置1是被设置于各种变换器(converter)或变压器(inverter)等开关电源装置，并且由从负极侧被连接于地线GND的直流电源100输入的输入电压Vcc来驱动由MOSFET构成的开关元件200(切换导通/关断)的装置。如图1所示，开关驱动装置1具备输入电容器10、脉冲生成部20、第一信号输出部30、第二信号输出部40、以及负电源生成部50。
输入电容器10是与直流电源100相并联连接并且使输入电压Vcc稳定化的电容器。脉冲生成部20是根据来自外部的控制装置等(图示省略)的指令从输入电压Vcc生成脉冲状的基准信号P0并输出至第一信号输出部30的脉冲生成部。还有，在本实施方式中，由通过脉冲宽度调制(PWM：Pulse Width Modulation)方式生成基准信号P0的PWM发生器构成脉冲生成部20，但例如也可以通过脉冲周期调制(PFM：Pulse Frequency Modulation)方式等其他方式生成基准信号P0。
第一信号输出部30是根据从脉冲生成部20输入的基准信号P0而生成脉冲状的信号即第一驱动信号P1并输出至第二信号输出部40的信号输出部。具体来说，第一信号输出部30由NPN晶体管31以及PNP晶体管32的推挽电路(push-pull circuit)构成。另外，第一信号输出部30具备第一输入端子33以及第一输出端子34。
NPN晶体管31以及PNP晶体管32的基极被互相连接，两者的中点被连接于第一输入端子33。另外，NPN晶体管31以及PNP晶体管32的发射极被互相连接，两者的中点被连接于第一输出端子34。然后，NPN晶体管31的集电极被连接于直流电源100的正极，PNP晶体管32的集电极被连接于地线GND。第一输入端子33被连接于脉冲生成部20，从脉冲生成部20输入基准信号P0。另外，第一输出端子34被连接于第二信号输出部40。
由这些结构，第一信号输出部30在被输入到第一输入端子33的脉冲状的基准信号P0为高电平(电压Vd0)的情况下，NPN晶体管31成为导通，PNP晶体管32成为关断。由此，第一输出端子34的电压接受输入电压Vcc并成为基于电压Vd0的电压Vd1。即，第一驱动信号P1成为高电平。另外，在被输入到第一输入端子33的基准信号P0为低电平(大致接地电压V0)的情况下，NPN晶体管31成为关断，PNP晶体管32成为导通，第一输出端子34的电压成为接地电压V0。即，第一驱动信号P1成为低电平。其结果，基于基准信号P0的高电平的第一驱动信号P1从第一输出端子34被输出至第二信号输出部40。
第二信号输出部40是根据从第一信号输出部30输入的第一驱动信号P1而生成脉冲状的信号即第二驱动信号P2并输出至开关元件200的信号输出部。具体来说，第二信号输出部40由具备NPN晶体管41以及PNP晶体管42的推挽电路以及光电耦合器(photo coupler)45的绝缘型栅极驱动器构成。另外，第二号输出部40具备第二输入端子43以及第二输出端子44。
NPN晶体管41以及PNP晶体管42的基极被互相连接，并且被连接于光电耦合器45的二次侧(受光侧)。另外，NPN晶体管41以及PNP晶体管42的发射极被互相连接，两者的中点被连接于第二输出端子44。然后，NPN晶体管41的集电极被连接于直流电源100的正极，PNP晶体管42的集电极被连接于负电源生成部50。
光电耦合器45在一次侧(发光侧)具备发光二极管(发光元件)45a。发光二极管45a的阳极被连接于第二输入端子43，阴极被连接于地线GND。因此，发光二极管45a在被输入到第二输入端子43的第一驱动信号P1为高电平的情况下发光。另外，虽然省略了图示，但是光电耦合器45的二次侧(受光侧)具备光电二极管等受光元件，并且以在对来自发光二极管45a的光进行受光的情况下将规定的电压施加于NPN晶体管41以及PNP晶体管42的基极的形式进行构成。
第二输入端子43经由第一调整电阻60而被连接于第一信号输出部30的第一输出端子34。因此，在第二输入端子43，输入被第一调整电阻60调整到电压Vd1’的第一驱动信号P1。另外，第二输出端子44经由第二调整电阻62而被连接于开关元件200的控制端子(栅极)202。
由这些结构，第二信号输出部40在被输入到第二输入端子43的脉冲状的第一驱动信号P1为高电平(电压Vd1’)的情况下，NPN晶体管41成为导通，PNP晶体管42成为关断。由此，第二输出端子44的电压接受输入电压Vcc并成为基于电压Vd1’的电压Vd2。即，第二驱动信号P2成为高电平。另外，在被输入到第二输入端子43的第一驱动信号P1为低电平(大致接地电压V0)的情况下，NPN晶体管41成为关断，PNP晶体管42成为导通，第二输出端子44经由PNP晶体管42而与负电源生成部50相连接。详细情况会在后面叙述，由此，第二输出端子44的电压由负电源生成部50而成为相对于接地电压V0的负电压-Vn。即，第二驱动信号P2成为低电平。其结果，高电平被第一驱动信号P1规定，并且低电平由负电源生成部50而向负侧偏压的第二驱动信号P2从第二输出端子44被输出至开关元件200的控制端子202。
即，在本实施方式中，通过将开关元件200的关断状态下的栅极电压相比于接地电压V0更向负侧偏压从而防止自开通现象。还有，开关元件200的控制端子202经由第3调整电阻64而被连接于地线GND，第3调整电阻64的电阻值被设定为充分大于第二调整电阻62的电阻值。因此，开关元件200的栅极电压根据第二驱动信号P2而被第二调整电阻62以及第3调整电阻64分压，在第二驱动信号P2为高电平的情况下成为电压Vd2’，在第二驱动信号P2为低电平的情况下成为相对于接地电压V0的负电压-Vn’。
负电源生成部50是如上所述生成相对于接地电压V0的负电压-Vn并且将第二驱动信号P2的低电平向负侧偏压的负电源生成部。换言之，负电源生成部50是在开关元件200成为关断状态的情况下经由第二输出端子44将负电压施加于控制端子202并将开关元件200的关断状态下的栅极电压向负侧偏压的负电源生成部。负电源生成部50具备第一电容器51、第二电容器52、第一二极管53、第二二极管64、以及限制电阻55。
第一电容器51是通过根据第一驱动信号P1存储电荷(即，充电)从而相对于接地电压V0生成正的一次电压Vp的电容器。第二电容器52是通过电荷从第一电容器51进行移动(即，由第一电容器的放电进行充电)从而生成相对于接地电压V0的负电压-Vn的电容器。第一二极管53以及第二二极管54是整流在向第一电容器51以及第二电容器52的电荷的存储的时候流动的电流的二极管。限制电阻55是调整被存储于第二电容器52的电荷量(即，充电量)的电阻。
具体来说，第一电容器51其一端经由限制电阻55而被连接于第一信号输出部30的第一输出端子34，另一端被连接于第一二极管53以及第二二极管54的中点。第二电容器52其一端被连接于地线GND，另一端被连接于第二二极管54的阳极以及第二信号输出部40的PNP晶体管42的集电极。
另外，第一二极管53以及第二二极管54在第一二极管53的阳极和第二二极管54的阴极被连接的状态下被串联连接。然后，第一二极管53的阴极被连接于地线GND，第二二极管54的阳极被连接于第二电容器的另一端和第二信号输出部40的PNP晶体管42的集电极的中点。另外，限制电阻55其一端被连接于第一信号输出部30的第一输出端子34和第一调整电阻60的中点，另一端被连接于第一电容器51的一端。
接着，对开关驱动装置1的动作的详细情况进行说明。图2～图5是表示开关驱动装置1的动作中的电流的流动的电路图。还有，在这些图中，以点划线的箭头表示电流的流动。
如上所述脉冲生成部20根据来自外部的控制装置等的指令生成调制了脉冲宽度的基准信号P0，并输出至第一信号输出部30的第一输入端子33。脉冲生成部20将基准信号P0从低电平提升到高电平，如图2所示，如果电流I0从脉冲生成部20流到第一输入端子的话，则电压Vd0被施加于第一输入端子33。由此，NPN晶体管31成为导通，PNP晶体管32成为关断，首先，电流I1流动。
具体来说，如图2所示，从直流电源100的正极以及输入电容器10的一端经由NPN晶体管31、第一输出端子34以及限制电阻55而流入到第一电容器51的一端，并从第一电容器51的另一端经由第一二极管53以及地线GND而返回到直流电源100的负极以及输入电容器10的另一端的电流I1流动。其结果，第一电容器51的一端(限制电阻55侧的端子)成为正电位，另一端(第一二极管53侧的端子)成为负电位，在第一电容器51，存储(充电)规定的电荷。另外，第一电容器51的端子间电压成为基于第一输出端子34上的电压Vd1以及限制电阻55的电阻值的一次电压Vp。还有，该一次电压Vp相对于接地电压V0成为正。
如果电荷被存储于第一电容器51的话，则因为电流停止流入到第一电容器51，所以通过NPN晶体管31从第一输出端子34流出的电流的大致全部经由第一调整电阻60而流入到第二信号输出部40的第二输入端子43。即，如图3所示，从直流电源100的正极以及输入电容器10的一端经由NPN晶体管31、第一输出端子34以及第一调整电阻60而流到第二输入端子43的电流I2流动。由此，第一驱动信号P1从低电平上升到高电平，电压Vd1’被施加于第二输入端子43。换言之，负电源生成部50以将第一驱动信号P1的上升边缘作为触发(trigger)并且电荷由从第一驱动信号P1的高电平的电位吐出的能量而被存储于第一电容器51的形式进行构成。
流入到第二输入端子43的电流I2在通过了发光二极管45a之后经由地线GND返回到直流电源100的负极以及输入电容器10的另一端，并使发光二极管45a点灯。由此，第二信号输出部40的NPN晶体管41成为导通，PNP晶体管42成为关断，如图3所示，从直流电源100的正极以及输入电容器10的一端经由NPN晶体管41、第二输出端子44以及第二调整电阻62流入到开关元件200的控制端子202的电流I3流动。即，第二驱动信号P2从低电平上升到高电平，电压Vd2’被施加于控制端子202。其结果，开关元件200成为导通，通过漏源极间的电流I4流动。
开关元件200的导通状态在与基准信号P0成为高电平的期间大致相同的期间被继续。脉冲生成部20根据来自外部的控制装置等的指令将基准信号P0从高电平降低到低电平，如果电流I0不流动的话，则如图4所示，第一信号输出部30的第一输入端子33的电压变成大致接地电压V0。由此，第一信号输出部30的NPN晶体管31成为关断，PNP晶体管32成为导通并且电流I2不流动，第一输出端子34以及第二输入端子43的电压成为大致接地电压V0。即，第一驱动信号P1成为低电平。
此时，因为通过第一信号输出部30的PNP晶体管32成为导通从而如图4所示负电源生成部50的第一电容器51以及第二电容器52经由限制电阻55而被短路并且形成闭合电路，所以电荷从第一电容器51移动到第二电容器52(第一电容器51放电，第二电容器52被充电)。然后，电流I5伴随于该电荷的移动而流动。具体来说，从第一电容器51的一端经由限制电阻55、第一输出端子34、PNP晶体管32以及地线GND流入到第二电容器的一端并从第二电容器52的另一端经由第二二极管54返回到第一电容器51的另一端的电流I5流动。由此，第二电容器52的一端(地线GND侧的端子)成为正电位，另一端(第二二极管54侧的端子)成为负电位，电荷被存储(充电)于第二电容器52。换言之，负电源生成部50以将第一驱动信号P1的下降边缘作为触发并且由第一驱动信号P1的低电平的电位的吸引能力而从第一电容器51放出的电荷被存储于第二电容器52的形式进行构成。
另外，因为地线GND介于第一电容器51与第二电容器52之间，所以第二电容器52的端子间电压成为将接地电压V0作为高电位的负电压-Vn。再有，该负电压-Vn的大小对应于介于第一电容器51与第二电容器52之间的限制电阻55的电阻值。即，在本实施方式中，由限制电阻55的电阻值，能够适当调整负电压-Vn的大小。
另外，如果第一驱动信号P1成为低电平且第二信号输出部40的第二输入端子43的电压成为大致接地电压V0的话，则第二信号输出部40的NPN晶体管41成为关断，PNP晶体管42成为导通，从而电流I3不流动。另外，通过PNP晶体管42成为导通，从而第二输出端子44以及开关元件200的控制端子202与第二电容器52相连接，如图5所示，第二电容器52以及开关元件200的寄生电容即栅源极间电容204经由第二调整电阻62而被短路并且形成闭合电路。
第二电容器52的端子间电压为将接地电压V0作为高电位的负电压-Vn，被存储于第二电容器52的电荷的极性与在开关元件200的导通期间中被存储于栅源极间电容204的电荷的极性相反。因此，在闭合电路被形成的情况下，电流I6伴随于电荷的移动而流向图5所表示的方向。另外，栅源极间电容204因为是寄生于元件的电容，所以与第二电容器52相比较电容值充分小，并且被存储的电荷量也充分少于被存储于第二电容器52的电荷量。因此，被存储于栅源极间电容204的电荷随着在闭合电路中流动的电流I6的发生而消失，其能量在消失的时候被第二调整电阻62等消耗。在被存储于栅源极间电容204的电荷消失之后，成为大致负电压-Vn由残存于第二电容器52的充分大的电荷而被施加于第二输出端子44，并且负电压-Vn’被施加于控制端子202的状态。即，第二驱动信号P2成为向负侧被偏压的低电平，开关元件200成为关断。
如果开关元件200成为关断的话，则开关元件200的漏源极间的电压从导通时的大致接地电压V0急剧上升，由此电荷经由寄生电容即漏栅极间电容206而被注入到栅源极间电容204(栅源极间电容204被充电)。由经由该漏栅极间电容206的电荷的注入而被存储于栅源极间电容204的电荷的极性为使控制端子202(栅极)的电压上升(向正侧偏压)的方向，并且与被存储于将负电压-Vn’施加于控制端子202的第二电容器52的电荷的极性成相反。因此，即使相对于经由漏栅极间电容206的向栅源极间电容204的电荷的注入，伴随于电荷的移动的电流I6也流向图5所表示的方向。由此，经由漏栅极间电容206被注入的电荷由耦合而消失，从而防止了栅源极间电容204中的电荷的存储。
另外，开关元件200的关断状态在与基准信号P0成为低电平的期间大致相同的期间被继续，但是，其间，第一信号输出部30的PNP晶体管32被维持在导通状态，所以第一电容器51以及第二电容器52被保持在由PNP晶体管32而被短路的状态。即，因为在开关元件200的关断期间中从第一电容器51向第二电容器52的电荷的移动被继续，所以通过相对于第二电容器52的电容值充分增大第一电容器51的电容值，从而在第二电容器52中的电荷量的减少大的情况下也能够由来自第一电容器51的电荷的移动将第二电容器52的端子间电压维持在大致负电压-Vn。
即，在本实施方式中，因为在开关元件200的关断期间中第二电容器52连续地被第一电容器51后援(back up)，所以能够稳定地将控制端子202的电压即栅极电压维持在负电压-Vn’。由此，因为能够将栅极电压稳定地保持为小于阈值电压，所以能够可靠地防止开关元件200的自开通现象。
以下，通过开关驱动装置1重复上述动作，从而开关元件200以基于来自外部的控制装置等的指令的时间比率被导通/关断驱动。
这样，在本实施方式中，因为根据第一驱动信号P1将电荷存储(充电)于第一电容器51并从电荷被存储的第一电容器51使电荷移动(放电)，从而将电荷存储(充电)于第二电容器52，所以不会由变压器等而从直流电源100进行绝缘，并且能够生成负电压-Vn。另外，因为第一电容器51以及第二电容器52的连接/切断由第一信号输出部30的PNP晶体管32的导通/关断以及第二信号输出部40的PNP晶体管42的导通/关断来进行切换，所以不会另外设置专用的开关等，能够生成负电压-Vn并且将第二驱动信号P2的低电平向负侧偏压。即，根据本实施方式，尽管是简单而且紧凑的结构，但能够可靠地防止开关元件200中的自开通现象。
接着，对开关驱动装置1的其他方式进行说明。图6～图8是表示开关驱动装置的其他方式的例子的电路图。
图6表示由开路集电极电路构成第一信号输出部30的情况下的一个例子。该例子的第一信号输出部30具备电阻36来替代NPN晶体管31，该电阻36的一端被连接于直流电源100的正极，另一端被连接于PNP晶体管32的发射极。然后，PNP晶体管32的基极被连接于第一输入端子33，PNP晶体管32的发射极以及电阻36的另一端被连接于第一输出端子34，PNP晶体管32的集电极被连接于地线GND。即使是在这样构成第一信号输出部30的情况下，也能够取得与上述相同的效果。还有，也可以将第二信号输出部40的推挽电路置换成开路集电极电路。
图7表示替代第二信号输出部40的光电耦合器45而设置电平移位电路(level-shift circuit)46的情况下的一个例子。在此情况下，被施加于第二输入端子43的电压通过信号电平由电平移位电路46而被转换而被施加于NPN晶体管41以及PNP晶体管42的基极。这样，第二信号输出部40也可以是相对于第一驱动信号P1不被绝缘的信号输出部，在此情况下，也能够取得与上述相同的效果。还有，在图7所表示的例子中，由开路集电极电路构成第一信号输出部30，但是，第一信号输出部30也可以由推挽电路构成。
其他省略图示，但是，第一信号输出部30以及第二信号输出部40也可以是具备FET或IGBT等其他晶体管来替代NPN晶体管31、41以及PNP晶体管32、42的信号输出部。另外，限制电阻55既可以是被设置于第二电容器52与PNP晶体管32之间的电阻，也可以是被设置于第一电容器51与第一输出端子34之间以及第二电容器52与PNP晶体管32之间的双方的电阻。另外，也可以将第一电容器51的一端连接于第一调整电阻60和第二输入端子43的中点并且将第一调整电阻60兼用作限制电阻55。另外，开关驱动装置1也可以被设置于开关电源装置以外的各种装置，开关驱动装置1的进行驱动的开关元件200当然也可以是MOSFET以外的各种开关元件。
图8表示在具备低侧的第一开关元件200a以及高侧的第二开关元件200b的开关电源装置中将开关驱动装置1设置于低侧以及高侧的双方的情况下的一个例子。在该例子中，低侧的各部被连接于第一地线GND1，高侧的各部被连接于第二地线GND2。第一地线GND1的电位(第一接地电压V01)以及第二地线GND2的电位(第二接地电压V02)既可以不同也可以相同。
于是，在该例子中，第一输入电压Vcc1从直流电源100被输入到低侧，高于第一输入电压Vcc1的第二输入电压Vcc2从直流电源100经由自举电路70而被输入到高侧。即，在该例子中，以从1个直流电源100将电力提供给低侧以及高侧的双方的形式进行构成。自举电路70由启动用二极管72以及启动电容器74构成。启动用二极管72其阳极被连接于直流电源100的正极，阴极被连接于启动电容器74的一端。另外，启动电容器74的另一端被连接于第二地线GND2。
再有，在该例子中，从被设置于低侧的1个脉冲生成部20将基准信号P0输出至低侧的第一信号输出部30以及高侧的第一信号输出部30的双方。还有，在脉冲生成部20与高侧的第一信号输出部30之间设置有电平移位电路22，信号电平由电平移位电路22而被转换的基准信号P0被输入到高侧的第一信号输出部30。
在本实施方式的开关驱动装置1中，因为利用第一驱动信号P1来生成负电压-Vn，所以不仅能够适用于低侧以及高侧的任一者而且相对于电力由自举电路70而被提供的高侧也能够适用。即，根据开关驱动装置1，不管开关电源装置的结构如何，均能够以简单而且紧凑的结构在低侧的第一开关元件200a以及高侧的第二开关元件200b的任一者中将负电压-Vn’施加于控制端子202a、202b并且可靠地防止自开通现象。
如以上所说明的那样，本实施方式的开关驱动装置1具备：第一信号输出部30，从第一输出端子34输出脉冲状的第一驱动信号P1；第二信号输出部40，根据被输入的第一驱动信号P1，从第二输出端子44将脉冲状的第二驱动信号P2输出至开关元件200的控制端子202；负电源生成部50，生成相对于接地电压V0的负电压-Vn并由负电压-Vn将第二驱动信号P2的低电平向负侧偏压；负电源生成部50具备：第一电容器51，根据第一驱动信号P1存储电荷；第二电容器52，由来自第一电容器51的电荷的移动而在自身的端子之间生成负电压-Vn。
另外，本实施方式的开关驱动方法是在具备从第一输出端子34输出脉冲状的第一驱动信号P1的第一信号输出部30、根据被输入的第一驱动信号P1而从第二输出端子44将脉冲状的第二驱动信号P2输出至开关元件200的控制端子202的第二信号输出部40的开关驱动装置1中，根据第一驱动信号P1将电荷存储于第一电容器51，使电荷从第一电容器51向第二电容器52移动，从而在第二电容器52的端子之间生成相对于接地电压V0的负电压-Vn，由负电压-Vn将第二驱动信号P2的低电平向负侧偏压。
通过成为这样的结构，从而不设置负电压-Vn生成用的变压器或专用开关等，就能够生成负电压-Vn并且将第二驱动信号P2的低电平向负侧偏压，所以即使为简单而且紧凑的结构，也能够可靠地防止开关元件200中的自开通现象。
另外，第一信号输出部30具备电流流入端子(发射极)被连接于第一输出端子34的第一晶体管(PNP晶体管32)，第一电容器51其一端经由第一输出端子34而被连接于第一晶体管的电流流入端子，第二电容器52其一端被连接于第一晶体管的电流流出端子(集电极)。通过这样做，从而能够有效地利用用于生成第一驱动信号P1的第一晶体管来切换向第一电容器51的电荷的存储(充电)动作、以及从第一电容器51向第二电容器52的电荷的移动动作，由此，能够使负电源生成部50为简单而且紧凑的结构。
另外，负电源生成部50具备第一二极管53以及第二二极管54，第一二极管53其阳极被连接于第一电容器51的另一端并且其阴极被连接于地线GND，第二二极管54其阳极被连接于第二电容器52的另一端并且其阴极被连接于第一电容器51的另一端，第二电容器52和第一晶体管(PNP晶体管32)的中点被连接于地线GND。通过这样做，从而因为能够将电荷由第一驱动信号P1而被存储(充电)的第一电容器51的端子间电压作为正的一次电压Vp并且将电荷从第一电容器51进行移动的第二电容器52的端子间电压作为负电压-Vn，所以能够以简单而且紧凑的结构生成负电压-Vn。
另外，第二信号输出部40具备电流流入端子(发射极)被连接于第二输出端子44的第二晶体管(PNP晶体管42)，第二电容器52和第二二极管54的中点被连接于第二晶体管的电流流出端子(集电极)。因为通过这样做，从而能够有效地利用用于生成第二驱动信号P2的第二晶体管来切换向开关元件200的控制端子202的第二电容器52的连接/切断，所以能够使负电源生成部50为简单而且紧凑的结构。
另外，负电源生成部50具备被设置于第一电容器51与第二电容器52之间的限制电阻55。因为通过这样做从而能够由限制电阻55的电阻值来调整负电压-Vn的大小，所以能够可靠地防止开关元件200中的自开通现象并且能够提高开关驱动装置1的泛用性。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是，本发明所涉及的开关驱动装置以及开关驱动方法并不限定于上述的实施方式，只要是在不脱离本发明的宗旨的范围内肯定能够增加各种变更。另外，在上述实施方式中所表示的作用以及效果不过是列举了由本发明产生的最优选的作用以及效果，本发明的作用以及效果并不限定于此。
产业上的利用可能性
本发明所涉及的开关驱动装置以及开关驱动方法能够在各种电气·电子设备的领域中进行利用。
符号的说明
1 开关驱动装置
30 第一信号输出部
32 PNP晶体管
34 第一输出端子
40 第二信号输出部
42 PNP晶体管
44 第二输出端子
50 负电源生成部
51 第一电容器
52 第二电容器
53 第一二极管
54 第二二极管
55 限制电阻
200 开关元件
202 控制端子
GND 地线
P1 第一驱动信号
P2 第二驱动信号
V0 接地电压
-Vn 负电压。

Claims (5)

1.一种开关驱动装置，其特征在于：
具备：
第一信号输出部，从第一输出端子输出脉冲状的第一驱动信号；
第二信号输出部，根据被输入的所述第一驱动信号，从第二输出端子将脉冲状的第二驱动信号输出至开关元件的控制端子；以及
负电源生成部，生成相对于接地电压的负电压，并由所述负电压将所述第二驱动信号的低电平向负侧偏压，
所述负电源生成部具备：
第一电容器，根据所述第一驱动信号存储电荷；以及
第二电容器，由来自所述第一电容器的电荷的移动而在自身的端子之间生成所述负电压，
所述第一信号输出部具备电流流入端子被连接于所述第一输出端子的第一晶体管，
所述第一电容器的一端经由所述第一输出端子而被连接于所述第一晶体管的电流流入端子，
所述第二电容器的一端被连接于所述第一晶体管的电流流出端子。
2.如权利要求1所述的开关驱动装置，其特征在于：
所述负电源生成部具备第一二极管以及第二二极管，
所述第一二极管中，阳极被连接于所述第一电容器的另一端并且阴极被连接于地线，
所述第二二极管中，阳极被连接于所述第二电容器的另一端并且阴极被连接于所述第一电容器的另一端，
所述第二电容器和所述第一晶体管的中点被连接于所述地线。
3.如权利要求2所述的开关驱动装置，其特征在于：
所述第二信号输出部具备电流流入端子被连接于所述第二输出端子的第二晶体管，
所述第二电容器和所述第二二极管的中点被连接于所述第二晶体管的电流流出端子。
4.如权利要求2或3所述的开关驱动装置，其特征在于：
所述负电源生成部具备被设置于所述第一电容器与所述第一信号输出部的所述第一输出端子之间的限制电阻。
5.一种开关驱动方法，其特征在于：
在具备从第一输出端子输出脉冲状的第一驱动信号的第一信号输出部、根据被输入的所述第一驱动信号而从第二输出端子将脉冲状的第二驱动信号输出至开关元件的控制端子的第二信号输出部的开关驱动装置中，
根据所述第一驱动信号将电荷存储于第一电容器，
使电荷从所述第一电容器向第二电容器移动，从而在所述第二电容器的端子之间生成相对于接地电压的负电压，
由所述负电压将所述第二驱动信号的低电平向负侧偏压。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6846280B2 (ja) * 2017-05-08 2021-03-24 Fdk株式会社 スイッチ回路
CN107094009B (zh) * 2017-06-08 2023-03-21 北京智芯微电子科技有限公司 一种碳化硅场效应管的驱动模块
JP6808060B2 (ja) * 2017-10-03 2021-01-06 三菱電機株式会社 スイッチング素子の駆動回路、電力変換装置、エレベータ装置、およびスイッチング素子の駆動方法
JP6956386B2 (ja) * 2018-01-29 2021-11-02 ローム株式会社 負電圧生成回路およびこれを用いた電力変換装置
US10630160B2 (en) * 2018-04-24 2020-04-21 Texas Instruments Incorporated Gate drive adapter
JP7099199B2 (ja) * 2018-09-03 2022-07-12 株式会社デンソー 駆動対象スイッチの駆動回路
DE102018126780A1 (de) * 2018-10-26 2020-04-30 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Schaltungsanordnung von Gate-Treiber-Schaltungen und Leistungsschaltern mit negativer Sperrspannung
DE102018126779B4 (de) * 2018-10-26 2020-06-18 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Gate-Treiber-Schaltung mit Spannungsinvertierung für einen Leistungshalbleiterschalter
CN112042100A (zh) * 2018-11-28 2020-12-04 东芝三菱电机产业系统株式会社 电力转换装置
DE102019102311A1 (de) * 2019-01-30 2020-07-30 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Gate-Treiber-Schaltung mit Spannungsinvertierung für einen Leistungshalbleiterschalter

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002044957A (ja) * 2000-07-26 2002-02-08 Matsushita Electric Works Ltd インバータ装置
JP2014150654A (ja) * 2013-01-31 2014-08-21 Kikusui Electr0Nics Corp ゲート駆動回路
CN104604134A (zh) * 2012-08-30 2015-05-06 株式会社电装 半导体装置
CN104883038A (zh) * 2015-06-15 2015-09-02 山东大学 一种应用负压关断半桥电路驱动器的半桥电路及其方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4428584Y1 (zh) * 1964-12-18 1969-11-27
DE2238657B2 (de) 1972-08-05 1974-08-08 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Schalldämpfer
JPS4916964A (zh) 1972-06-10 1974-02-14
JPS56145773A (en) * 1980-04-11 1981-11-12 Hitachi Ltd Dc negative voltage generating circuit
DE3689445T2 (de) * 1985-02-08 1994-07-14 Toshiba Kawasaki Kk Schutzschaltung für einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate.
JPS62132687U (zh) * 1986-02-17 1987-08-21
JPS6318958A (ja) * 1986-07-11 1988-01-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 正電圧−負電圧変換回路
US5485341A (en) * 1992-09-21 1996-01-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Power transistor overcurrent protection circuit
JP2881755B2 (ja) * 1994-04-27 1999-04-12 シャープ株式会社 パワー素子駆動回路
JP3666843B2 (ja) * 1999-02-26 2005-06-29 株式会社東芝 絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路
JP2006115422A (ja) * 2004-10-18 2006-04-27 Toshiba Corp 半導体装置及び電圧発生回路
DE102005045099B4 (de) * 2005-09-21 2011-05-05 Infineon Technologies Ag Entsättigungsschaltung mit einem IGBT
JP4945218B2 (ja) 2006-11-07 2012-06-06 株式会社東芝 Ｆｅｔドライブ回路
JP4916964B2 (ja) 2007-07-12 2012-04-18 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Ｄｃ−ｄｃコンバータ、ドライバｉｃ、およびシステムインパッケージ
JP2013070530A (ja) * 2011-09-22 2013-04-18 Renesas Electronics Corp ゲート駆動回路、電力変換回路、３相インバータ、及びゲート駆動方法
JP6417546B2 (ja) * 2013-11-13 2018-11-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 ゲート駆動回路およびそれを用いた電力変換装置
JP6326929B2 (ja) 2014-04-16 2018-05-23 株式会社シグマ 防振機能を備えた変倍結像光学系

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002044957A (ja) * 2000-07-26 2002-02-08 Matsushita Electric Works Ltd インバータ装置
CN104604134A (zh) * 2012-08-30 2015-05-06 株式会社电装 半导体装置
JP2014150654A (ja) * 2013-01-31 2014-08-21 Kikusui Electr0Nics Corp ゲート駆動回路
CN104883038A (zh) * 2015-06-15 2015-09-02 山东大学 一种应用负压关断半桥电路驱动器的半桥电路及其方法

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