CN110036557B - 驱动装置和电力转换装置 - Google Patents

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Abstract

驱动装置(100)具备：栅极驱动部(20)，其具有分别驱动串联连接的开关元件(11,12)的栅极的栅极驱动电路(21,22)；负侧电源VCCL，其将开关元件(12)的低侧的电位即基准电位COM进行压降而得的负电位GND供给到栅极驱动部(20)；负侧电容器(42)，其用于将开关元件(12)的高侧的电位即基准电位VS进行压降而得的负电位MVS供给到栅极驱动部(20)；时机检测电路(50)，其基于高侧的栅极驱动电路(21)的电位状态检测对负侧电容器(42)进行充电的充电时机；以及充电电路，其在充电时机使用负侧电源VCCL而对负侧电容器(42)进行充电。

Description

驱动装置和电力转换装置
技术领域
本发明涉及驱动装置和电力转换装置。
背景技术
电力转换装置(也称为逆变器)构成为包含例如分别配置于高侧和低侧的两个开关元件以及分别驱动这两个开关元件的栅极的两个栅极驱动电路。在此，为了高速关断开关元件，有时将负电压输入到栅极。因此，在各栅极驱动电路中，需要浮置的两个驱动电源作为分别供给为了导通和关断开关元件而输入到栅极的正电压和负电压的驱动电源(也称为正侧电源和负侧电源)。
因此，例如在专利文献1至3公开了如下技术：通过在半桥构成的电力转换装置中，设置使用电容器而将电源电压从低侧供给到高侧的栅极驱动电路的自举电路，从而成为在高侧不具备有源的电压源的简单构成。
专利文献1：日本特开2010-35389号公报
专利文献2：日本特开2011-66963号公报
专利文献3：日本特开2013-179821号公报
发明内容
技术问题
然而，专利文献1中记载的自举电路在低侧具备正侧电源和负侧电源，在高侧需要用于正电源和用于负电源的两个电容器(也分别称为正侧电容器和负侧电容器)以及用于对负侧电容器进行充电的追加的驱动电源。另外，专利文献2中记载的自举电路在低侧具备正侧电源和负侧电源，在高侧具备正侧电容器和负侧电容器，在关断高侧的开关元件且导通低侧的开关元件的同时通过追加的开关元件将负侧电源连接于负侧电容器而对负侧电容器进行充电。但是，无法控制负侧电容器的充电时机。另外，专利文献3中记载的自举电路在低侧具备正侧电源和负侧电源，在高侧具备正侧电容器和负侧电容器以及追加的开关元件，在低侧的开关元件导通时对正侧电容器进行充电并且使追加的开关元件导通而将负侧电容器用作负电源，在高侧的开关元件导通时关断追加的开关元件而使用正侧电容器对负侧电容器进行充电。但是，正侧电容器的电位大幅变动，可能对传输延迟时间等造成影响。
技术方案
(方案1)
可以是驱动具有串联连接的第一开关元件和第二开关元件的开关电路的驱动装置。
驱动装置可以具备栅极驱动部，上述栅极驱动部具有驱动第一开关元件的栅极的第一栅极驱动电路和驱动第二开关元件的栅极的第二栅极驱动电路。
驱动装置可以具备负侧电源，上述负侧电源以第一基准电位作为正电位侧并将负电位侧供给到作为第一负电位的栅极驱动部，其中，第一基准电位是第一开关元件的低侧的电位。
驱动装置可以具备负侧电容器，上述负侧电容器以第二基准电位作为正电位侧并用于将负电位侧供给到作为第二负电位的栅极驱动部，其中，第二基准电位是第一开关元件的高侧的电位。
驱动装置可以具备时机检测电路，上述时机检测电路基于第一栅极驱动电路和第二栅极驱动电路中的高侧的驱动电路的电位状态，检测对负侧电容器进行充电的充电时机。
驱动装置可以具备充电电路，上述充电电路在充电时机使用负侧电源对负侧电容器进行充电。
(方案2)
驱动装置可以具备正侧电源，上述正侧电源以第一基准电位作为负电位侧并将正电位侧供给到作为第一正电位的栅极驱动部。
驱动装置可以具备正侧电容器，上述正侧电容器以第二基准电位作为负电位侧并用于将正电位侧供给到作为第二正电位的栅极驱动部。
驱动装置可以具备第一整流器，上述第一整流器使从正侧电源的正侧端子朝向正侧电容器的电流通过，并截断反向的电流。
(方案3)
时机检测电路可以基于第一正电位、第二正电位、第一基准电位、第二基准电位、第一负电位和第二负电位中的至少一个电位来检测充电时机。
(方案4)
时机检测电路可以以第二基准电位与第一负电位之差为基准电压以下作为条件来检测充电时机。
(方案5)
时机检测电路可以以第二基准电位和第一负电位经分压而得的分压电压为第一阈值以下作为条件来检测充电时机。
(方案6)
时机检测电路可以将分压电压钳制在大于第一阈值的第二阈值以下。
(方案7)
时机检测电路可以以从正侧电源流向正侧电容器的电流为第三阈值以上作为条件来检测充电时机。
(方案8)
时机检测电路可以进一步以输入指示第一栅极驱动电路导通第一开关元件的第一栅极控制信号作为条件，检测充电时机。
(方案9)
充电电路可以具有在充电时机将第一负电位与第二负电位之间进行连接的第三开关元件。
(方案10)
驱动装置还可以具备第二整流器，上述第二整流器使从第一基准电位侧流向第二基准电位侧的电流通过并截断反向的电流。
(方案11)
第一开关元件可以是开关电路中的低侧的开关元件。
第二开关元件可以是开关电路中的高侧的开关元件。
(方案12)
第一栅极驱动电路可以接收第一正电位与第一负电位作为驱动电压。
第二栅极驱动电路可以接收第二正电位与第二负电位作为驱动电压。
(方案13)
驱动装置还可以具备电平移位电路，上述电平移位电路将以第一基准电位作为基准的第一栅极控制信号进行电平移位，而生成以第二基准电位作为基准的用于控制第二开关元件的栅极的第二转换栅极控制信号。
第二栅极驱动电路可以根据第二转换栅极控制信号来驱动第二开关元件的栅极。
(方案14)
电平移位电路可以具有依次串联连接于第二正电位与第二负电位之间的电平移位电阻和电平移位用开关元件。
电平移位电路可以具有电平移位用整流器，上述电平移位用整流器使从第二基准电位侧流向电平移位电阻与电平移位用开关元件之间的连接点的电流通过，并截断反向的电流。
(方案15)
负侧电容器的电容可以小于正侧电容器的电容。
(方案16)
电力转换装置可以具备方案1～15中的任一项记载的驱动装置。
电力转换装置可以具备第一开关元件和第二开关元件。
应予说明，上述发明内容并未列举出本发明的全部必要特征。此外，这些特征组的子组合也可以另外构成发明。
附图说明
图1示出本实施方式的驱动装置和包含该驱动装置而构成的电力转换装置的构成。
图2示出高侧的栅极驱动电路的输入阈值范围。
图3示出输入电路的输入阈值范围。
图4示出电平移位电路的构成以及高侧的栅极驱动电路和齐纳二极管。
图5示出时机检测电路的构成。
图6示出时机检测电路的工作波形的一个示例。
图7示出驱动装置和电力转换装置的工作波形的一个示例。
图8示出变形例的驱动装置和包含该驱动装置而构成的电力转换装置的构成。
图9示出变形例的时机检测电路的构成。
图10示出变形例的时机检测电路的工作波形的一个示例。
符号说明
9…微处理器，10…开关电路，11,12…开关元件，13,14…整流元件，20…栅极驱动部，21,22…栅极驱动电路，23…输入电路，24…滤波延迟电路，25…脉冲生成电路，26,27…齐纳二极管，30…电平移位电路，31R,31S…电阻元件，32R,32S…开关元件，33R,33S,34R,34S…整流元件，35,36…电阻元件，40…自举电路，41…正侧电容器，42…负侧电容器，43,44…整流器，45,46…电阻元件，47…开关元件，48…整流元件，50…时机检测电路，51…比较器，52…齐纳二极管，53…延迟电路，54…AND电路，55…NOT电路，56…延迟电路，57…锁存电路，58…放大器，100…驱动装置，110…电力转换装置，140…自举电路，150…时机检测电路，151…比较器，152…AND电路，153…NOT电路，154…锁存电路，155…放大器，200…驱动装置，210…电力转换装置。
具体实施方式
以下，通过发明的实施方式对本发明进行说明，但以下的实施方式并非限定权利要求所涉及的发明。另外，在实施方式中所说明的特征的全部组合未必都是发明的解决方案所必须的。
图1示出本实施方式的驱动装置100和包含该驱动装置而构成的电力转换装置110的构成。在电力转换装置110中，在高侧不设置有源的驱动电源，驱动装置100控制对设置于高侧的驱动电源用的电容器进行充电的时机，由此可实现开关元件的负电源驱动。电力转换装置110具备开关电路10和驱动装置100。
开关电路10具有开关元件11,12和整流元件13,14，通过这些元件针对负载L和电源EV构成半桥型的开关电路。应予说明，将电源EV的正极侧称为高侧(HS)，将电源EV的负极侧称为低侧(LS)。
作为一个示例，开关元件11,12设置成绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。应予说明，也可以采用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为开关元件11,12。开关元件11,12具有栅电极(也简称为栅极)、集电电极(也简称为集电极)和发射电极(也简称为发射极)。开关元件11,12以将开关元件11的发射极与开关元件12的集电极连接的方式串联连接，并分别配置于高侧和低侧。
作为一个示例，整流元件13,14设置成续流二极管(FWD)。整流元件13反向并联连接于开关元件11，整流元件14反向并联连接于开关元件12。应予说明，在开关元件11,12包括寄生二极管的情况下，也可以不设置整流元件13,14。
在开关电路10中，开关元件11的集电极和发射极分别连接于电源EV的正极和负载L的一端，开关元件12的集电极和发射极分别连接于负载L的一端和电源EV的负极。但是，负载L的另一端连接于电源EV的负极。在此，将开关元件12的高侧的电位和低侧的电位(即，负载L的一端的电位和另一端的电位)表示为成为各个工作基准的基准电位VS,COM(分别为第二基准电位和第一基准电位的一个示例)。
驱动装置100是根据从外部接收的控制信号IN来驱动开关电路10的装置。驱动装置100具有栅极驱动部20和自举电路40。
栅极驱动部20是驱动开关元件11,12的栅极而驱动开关电路10的单元，并且包括输入电路23、滤波延迟电路24、脉冲生成电路25、电平移位电路30、栅极驱动电路21,22和齐纳二极管26,27。应予说明，作为一个示例，针对基准电位COM的控制信号IN通过配置于驱动装置100外部的微处理器9生成，并被输入到栅极驱动部20。
输入电路23根据控制信号IN生成用于控制开关元件11,12的栅极的栅极控制信号HIN,LIN。栅极控制信号HIN,LIN被输入到后级的滤波延迟电路24。
滤波延迟电路24从栅极控制信号HIN,LIN除去噪声，并且使其中的一个信号相对于另一个信号延迟，而输出HRDV,LDRV信号。例如，通过使栅极控制信号LIN的上升相对于栅极控制信号HIN的下降发生延迟并且使栅极控制信号HIN的上升相对于栅极控制信号LIN的下降发生延迟，从而防止开关元件11,12同时导通。
脉冲生成电路25根据栅极控制信号HDRV生成输入到电平移位电路30的控制信号SET,RES。在此，控制信号SET包括根据栅极控制信号HDRV的上升而生成的脉冲信号，RES包括根据栅极控制信号HDRV的下降而生成的脉冲信号。
电平移位电路30生成用于控制开关元件11的栅极的转换栅极控制信号SDRN,RDRN。转换栅极控制信号SDRN,RDRN通过将以负电位GND作为基准的栅极控制信号HDRV(由此生成的控制信号SET,RES)进行电平移位而转换为以负电位MVS作为基准的信号来生成。关于电平移位电路30的构成在后面描述。
栅极驱动电路21,22分别配置于高侧和低侧，并分别驱动开关元件11,12的栅极。
栅极驱动电路21根据由电平移位电路30生成的转换栅极控制信号SDRN,RDRN而生成栅极驱动信号HO，并将栅极驱动信号HO输入到开关元件11的栅极。在此，栅极驱动信号HO在用于导通开关元件11的正电压信号和用于关断开关元件11的负电压信号之间进行切换，这些信号通过利用栅极驱动电路21分别从正侧电容器41和负侧电容器42作为驱动电压接收的正电位VB(第二正电位的一个示例)和负电位MVS(第二负电位的一个示例)而生成。根据图2所示的栅极驱动电路21的输入阈值范围可知，负电位MVS具有使基准电位VS降低与负侧电容器42的充电电压(VS-MVS)相当的偏移电压的量而得的电位，栅极控制信号HO被给予正电位VB与负电位MVS之间的电压范围。
栅极驱动电路22介由通过输入电路23生成的控制信号LIN，根据通过滤波延迟电路24生成的控制信号LDRV而生成栅极驱动信号LO，并将栅极驱动信号LO输入到开关元件12的栅极。在此，栅极驱动信号LO在用于导通开关元件12的正电压信号和用于关断开关元件12的负电压信号之间进行切换，这些信号通过利用栅极驱动电路22分别从正侧电源VCCH和负侧电源VCCL作为驱动电压接收的正电位VL(第一正电位的一个示例)和负电位GND(第一负电位的一个示例)而生成。由图3所示的输入电路23的输入阈值范围可知，负电位GND具有使基准电位COM降低与负侧电源VCCL的电源电压(COM-GND)相当的偏移电压的量而得的电位，控制信号IN被给予正电位VL与基准电位COM之间的电压范围，而栅极控制信号LDRV被给予正电位VL与负电位GND之间的电压范围。
齐纳二极管26,27利用它们的击穿电压，分别将正电位VB和负电位MVS相对于基准电位VS维持在一定值以下的电位差。由此，即使在正侧电容器41和负侧电容器42被过充电的情况下，也能够将一定的正电压和负电压供给到栅极驱动电路21。
自举电路40是将电源电压从配置于低侧的电源供给到配置于高侧的栅极驱动电路21的电路。自举电路40包括正侧电源VCCH和负侧电源VCCL、正侧电容器41和负侧电容器42、整流器43,44、开关元件47、整流元件48以及时机检测电路50。
正侧电源VCCH和负侧电源VCCL配置于低侧，用于生成输入到开关元件12的栅极的栅极驱动信号LO，是向栅极驱动部20内的栅极驱动电路22供给正电位VL和负电位GND的电源。应予说明，正侧电源VCCH和负侧电源VCCL可以由外部电源(例如，商用电源)通过AC-DC转换等而生成，也可以使用本地电力或电池等而生成。正侧电源VCCH和负侧电源VCCL分别串联连接，它们的连接点连接于基准电位COM，负侧电源VCCL的负极连接于负电位GND。正侧电源VCCH生成正电位VL并将其供给到栅极驱动电路22。负侧电源VCCL生成负电位GND并将其供给到栅极驱动电路22。由此，能够相对于基准电位COM生成正电位VL的栅极驱动信号LO和负电位GND的栅极驱动信号LO。
正侧电容器41和负侧电容器42配置于高侧，用于生成输入到开关元件11的栅极的栅极驱动信号HO，是将正电位VB和负电位MVS供给到栅极驱动部20内的栅极驱动电路21的元件。正侧电容器41和负侧电容器42分别串联连接，它们的连接点连接于基准电位VS。正侧电容器41通过正侧电源VCCH充电，生成正电位VB，并将其供给到栅极驱动电路21。负侧电容器42通过负侧电源VCCL而与正侧电容器的充电一起进行充电，生成负电位MVS，并将其供给到栅极驱动电路21。由此，能够相对于基准电位VS生成正电位VB的栅极驱动信号HO和负电位MVS的栅极驱动信号HO。应予说明，负侧电容器42的电容可以比正侧电容器41的电容小。
整流器43,44是分别使电流从正侧电源VCCH和负侧电源VCCL流到正侧电容器41和负侧电容器42而对其进行充电，并且使电流不从正侧电容器41和负侧电容器42返回地将正电位VB和负电位MVS供给到栅极驱动电路21的元件。整流器43连接于正侧电源VCCH与正侧电容器41之间，使从正侧电源VCCH的正极朝向正侧电容器41的电流通过，并截断反向的电流。由此，在开关元件12被导通时，通过正侧电源VCCH、整流器43、正侧电容器41和开关元件12形成充电电路，通过正侧电源VCCH使正侧电容器41充电。整流器44连接于基准电位COM与基准电位VS之间，使从基准电位COM侧朝向基准电位VS侧的电流通过，并截断反向的电流。
应予说明，在允许正侧电容器41和负侧电容器42的串联电容器的合成电容值减少的情况下，不是必须设置整流器44。在该情况下，后述的开关元件47被导通时，通过串联的正侧电源VCCH和负侧电源VCCL、整流器43、正侧电容器41和负侧电容器42以及开关元件47来形成充电电路，通过串联的正侧电源VCCH和负侧电源VCCL使正侧电容器41和负侧电容器42一起充电。
开关元件47被后述的时机检测电路50控制，并且在充电时机导通而将负电位GND,MVS之间连接。由此，通过负侧电源VCCL、整流器44、负侧电容器42和开关元件47形成充电电路，通过负侧电源VCCL使负侧电容器42充电。
整流元件48与开关元件47反向并联连接。通过整流元件48，不会使负电位MVS变为负电位GND以下。应予说明，在开关元件47包括寄生二极管的情况下，也可以不设置整流元件48。
时机检测电路50是基于配置于高侧的栅极驱动电路21的电位状态，检测对负侧电容器42进行充电的充电时机的电路。时机检测电路50通过将低侧的栅极控制信号LDRV和后述的高侧的电位电平输出HSPOT(对应于基准电位VS与负电位GND之间的差)用作控制输入，从而检测充电时机，在该时机通过导通开关元件47而形成充电回路来对负侧电容器42进行充电。关于时机检测电路50的构成在后面描述。
图4示出电平移位电路30的构成以及高侧的栅极驱动电路21和齐纳二极管26,27。电平移位电路30具有电阻元件31S,31R、开关元件32S,32R、整流元件33S,33R、整流元件34S,34R和电阻元件35,36。
电阻元件31S,31R是电平移位电阻的一个示例，其一端连接于正侧电容器41的正极(即，正电位VB)，其另一端连接于栅极驱动电路21。
开关元件32S,32R是电平移位用开关元件的一个示例，分别连接于电阻元件31S,31R的另一端与负电位GND之间。开关元件32S通过从脉冲生成电路25输出的控制信号SET而被驱动，作为转换栅极控制信号SDRN被输入到栅极驱动电路21。开关元件32R通过从脉冲生成电路25输出的控制信号RES而被驱动，作为转换栅极控制信号RDRN被输入到栅极驱动电路21。
整流元件33S,33R设置为使阴极朝向正电位VB侧，分别与电阻元件31S,31R并联连接，使转换栅极控制信号SDRN,RDRN不超过正电位VB。
整流元件34S,34R设置为使阳极朝向基准电位VS侧，分别连接于电阻元件31S,31R和开关元件32S,32R间的连接点与基准电位VS之间，使转换栅极控制信号SDRN,RDRN不低于基准电位VS。
因此，电平移位电路30以根据栅极控制信号HDRV的上升和下降而分别生成的脉冲控制信号SET,RES作为输入，并将其分别转换为具有正电位VB与基准电位VS之间的电位的转换栅极控制信号SDRN,RDRN。
电阻元件35,36串联连接于基准电位VS与负电位GND之间。进一步地，在电阻元件35,36的连接点，使高侧的电位电平输出HSPOT输入到时机检测电路50。应予说明，电阻元件35,36的电阻值被设定为在开关元件11导通时(即，高侧为高电位状态时)比后述的时机检测电路50内的参考VREF高，在开关元件11关断时(即，高侧为低电位状态时)比后述的时机检测电路50内的参考VREF低。
图5示出时机检测电路50的构成。时机检测电路50具有比较器51、齐纳二极管52、延迟电路53、逻辑与(AND)电路54、逻辑非(NOT)电路55、延迟电路56、锁存电路57和放大器58。
比较器51将从电平移位电路30输出的高侧的电位电平输出HSPOT与参考VREF进行比较，在电位电平输出HSPOT为参考VREF以下的情况下输出处于高电平的比较结果COUT，在电位电平输出HSPOT大于参考VREF的情况下输出处于低电平的比较结果COUT。由此，能够以基准电位VS与负电位GND之差为对应于参考VREF的基准电压以下作为条件，来检测充电时机。
齐纳二极管52将输入到比较器51的高侧的电位电平输出HSPOT钳制在其击穿电压以下。在此，将击穿电压设为大于参考VREF。由于电位电平输出HSPOT根据开关元件11的开关状态大幅上下变动，由此能够防止过高的电压信号输入到比较器51。
延迟电路53输出相对于栅极控制信号LDRV的上升发生延迟的脉冲波。通过任意地规定延迟时间delay1，能够使充电时机的开始延后于栅极控制信号LDRV的上升、即开关元件12的导通而进行检测。
AND电路54计算比较器51的比较结果COUT与延迟电路53的输出的逻辑与，并输出其结果。由此，能够对比较器51的比较结果COUT处于高电平的情况、即开关元件11关断而配置于高侧的栅极驱动电路21处于低电位状态的情况进行检测。
NOT电路55计算栅极控制信号LDRV的逻辑非，并输出其结果。
延迟电路56输出相对于栅极控制信号LDRV的逻辑非的上升、即栅极控制信号LDRV的下降发生延迟的脉冲波。通过任意规定延迟时间delay2，能够使充电时机的结束延后于栅极控制信号LDRV的下降、即开关元件12的关断而进行检测。
锁存电路57根据AND电路54的输出而置位，根据延迟电路56的输出而复位。由此，在开关元件11关断而配置于高侧的栅极驱动电路21处于低电位状态的情况下，延后于开关元件12的导通而开始充电且延后于开关元件12的关断而结束充电的充电时机信号生成。
放大器58放大并输出锁存电路57的输出。输出作为栅极驱动信号XM1G而被输入到开关元件47的栅极。
图6示出时机检测电路50的工作波形的一个示例。在最上级示出电位电平输出HSPOT的波形。电位电平输出HSPOT表示配置于高侧的栅极驱动电路21的电位状态，随着开关元件11的开关工作(导通和关断)而重复高电平和低电平。在第二级示出比较器51的输出COUT的波形。输出COUT在电位电平输出HSPOT为参考VREF以下的情况下处于高电平，在电位电平输出HSPOT大于参考VREF的情况下处于低电平。在第三级示出低侧的栅极控制信号LDRV的波形。栅极控制信号LDRV与高侧的栅极控制信号HDRV(未图示)相反地重复高电平和低电平。在第四级和第五级分别示出AND电路54的输出S的波形和延迟电路56的输出R的波形。在比较器51的输出COUT处于高电平的情况、即开关元件11关断而配置于高侧的栅极驱动电路21处于低电位状态的情况下，输出S延后于栅极控制信号LDRV的上升(与开关元件12导通对应)而脉冲状地上升。输出R相对于栅极控制信号LDRV的下降(对应于开关元件12的关断)进行延迟而脉冲状地上升。在第六级示出栅极驱动信号XM1G的波形。栅极驱动信号XM1G对应于输出S的上升而上升，对应于输出R的上升而下降。由此，负侧电容器42的充电时机成为在开关元件11关断而配置于高侧的栅极驱动电路21处于低电位状态的情况下延后于开关元件12的导通而开始，并延后于开关元件12的关断而结束。应予说明，通过延迟电路53,56来规定延迟时间delay1,delay2，由此能够与开关元件11的导通工作对应地任意规定充电时机。
图7示出驱动装置100和电力转换装置110的工作波形的一个示例。在最上级示出控制信号IN的波形。控制信号IN在以负电位GND为基准的振幅3.3V下，从时刻5μ秒起重复约3μ秒期间的低电平和约2μ秒期间的高电平。在第二级示出正侧电源VCCH的输出电压和负侧电源VCCL的输出电压的波形。以负电位GND为基准，正侧电源VCCH的输出电压和负侧电源VCCL的输出电压分别为20V和5V。在第三级示出以负电位MVS为基准的正电位VB的波形和基准电位VS的波形。以负电位MVS为基准，正电位VB和基准电位VS分别为20V和5V。在第四级示出以负电位GND为基准的正电位VB的波形、基准电位VS的波形和负电位MVS的波形。正电位VB、基准电位VS和负电位MVS随着开关元件11的开关工作(导通和关断)而以120V的振幅工作。在第五级示出栅极驱动信号XM1G的波形。栅极驱动信号XM1G具有以负电位GND为基准的振幅5V，在高侧(基准电位VS)处于低电位状态的情况下，延后于低侧的栅极控制信号LDRV(本例中与控制信号IN的高电平对应)处于高电平。在第六级和第七级示出栅极驱动信号HO,LO的波形。栅极驱动信号HO,LO分别具有以负电位MVS和负电位GND为基准的振幅20V，隔着基准电位彼此不同的低电平期间而交替重复基准电位不同的高电平。在第八级示出高侧基准电位VS的波形。在第九级和第十级示出正电位VB相对于基准电位VS的电位变动波形以及基准电位VS相对于负电位MVS的电位变动波形。任一情况均在50mV以下的变动范围内工作，重复进行充电和放电。
应予说明，在本实施方式的驱动装置100，时机检测电路50利用了基准电位VS与负电位GND间的电位差，作为检测充电时机的高侧的电位状态(作为电位电平输出HSPOT而检测)，但也可以利用正电位VB,VL、基准电位VS,COM和负电位MVS,GND中的至少一个。特别地，可以利用正电位VB、基准电位VS和负电位MVS中的至少一个与正电位VL、基准电位COM和负电位GND中的至少一个之间的电位差。另外，可以利用正电位VB、基准电位VS和负电位MVS中的至少一个与负电位GND之间的电位差。
图8示出变形例的驱动装置200和包含该驱动装置200而构成的电力转换装置210的构成。电力转换装置210具备开关电路10和驱动装置200。在此，开关电路10与前述的电力转换装置110中的开关电路10同样地构成。
驱动装置200具有栅极驱动部20和自举电路140。在此，栅极驱动部20与前述的驱动装置100中的栅极驱动部20同样地构成。但是，不需要电平移位电路30内的电阻元件35,36。
自举电路140包括正侧电源VCCH和负侧电源VCCL、正侧电容器41和负侧电容器42、整流器43,44、电阻元件45,46、开关元件47、整流元件48和时机检测电路150，通过将电阻元件45设置在前述的自举电路40中的正侧电源VCCH与整流器43之间，将电阻元件46设置在负侧电源VCCL与整流器44之间，将时机检测电路50替换为时机检测电路150而构成。在自举电路140，利用整流器43与电阻元件45的连接点的电位BSV而检测高侧的电位状态，将其输入到时机检测电路150。
图9示出时机检测电路150的构成。时机检测电路150具有比较器151、逻辑与(AND)电路152、逻辑非(NOT)电路153、锁存电路154和放大器155。
比较器151将电位BSV与参考VREF进行比较，在电位BSV为参考VREF以下的情况下输出处于高电平的比较结果COUT，在电位BSV大于参考VREF的情况下输出处于低电平的比较结果COUT。由此，能够以电位BSV在与参考VREF对应的基准电压以下、即从正侧电源VCCH流向正侧电容器41的电流在与参考VREF对应的阈值电流量以上作为条件，来检测充电时机。
AND电路152计算比较器151的比较结果COUT与栅极控制信号LDRV的逻辑与，并输出其结果。由此，在比较器51的比较结果COUT处于高电平的情况、即开关元件11关断而配置于高侧的栅极驱动电路21处于低电位状态的情况下，输出脉冲信号。
NOT电路153计算栅极控制信号LDRV的逻辑非，并输出其结果。
锁存电路154通过AND电路152的输出而置位，通过栅极控制信号LDRV的逻辑非而复位。由此，在开关元件11关断而配置于高侧的栅极驱动电路21处于低电位状态下，与开关元件12的导通同步开始充电并且与开关元件12的关断同步结束充电的充电时机信号生成。
放大器155放大锁存电路154的输出而输出。输出作为栅极驱动信号XM1G而被输入到开关元件47的栅极。
应予说明，可以介由延迟电路而延迟栅极控制信号LDRV，并将其输入到AND电路152，也可以介由延迟电路而延迟栅极控制信号LDRV的逻辑非并将其输入到锁存电路154。
图10示出变形例的时机检测电路150的工作波形的一个示例。在最上级示出电位BSV的波形。电位BSV表示高侧的电位状态，随着开关元件12的导通而下降，随着正侧电容器41的充电而上升。在第二级示出比较器51的输出COUT的波形。输出COUT在电位BSV为参考VREF以下的情况下处于高电平，在电位BSV大于参考VREF的情况下处于低电平。在第三级示出低侧的栅极控制信号LDRV的波形。栅极控制信号LDRV与高侧的栅极控制信号HDRV(未图示)相反地重复高电平和低电平。在第四级和第五级分别示出AND电路152的输出S的波形和NOT电路153的输出R的波形。在比较器151的输出COUT处于高电平的情况、即开关元件11被关断而配置于高侧的栅极驱动电路21处于低电位状态的情况下，输出S对应于栅极控制信号LDRV的上升(对应于开关元件12的导通)而上升，对应于输出COUT的下降或栅极控制信号LDRV的下降而下降。输出R对应于栅极控制信号LDRV的下降(对应于开关元件12的关断)而上升，对应于栅极控制信号LDRV的上升(对应于开关元件12的导通)而下降。在第六级示出栅极驱动信号XM1G的波形。栅极驱动信号XM1G对应于输出S的上升而上升，对应于输出R的上升而下降。由此，负侧电容器42的充电时机在配置于高侧的栅极驱动电路21处于低电位状态的情况下开关元件12的导通的时机下开始，在开关元件12的关断的时机下结束。
应予说明，对于本实施方式的驱动装置100和变形例的驱动装置200，在低侧设有正侧电源VCCH和负侧电源VCCL，在高侧设有正侧电容器41和负侧电容器42，但也可以取而代之，在高侧设有正侧电源VCCH和负侧电源VCCL，在低侧设有正侧电容器41和负侧电容器42。在该情况下，输入电路23、滤波延迟电路24和脉冲生成电路25设置于高侧，电平移位电路30通过将以基准电位VS作为基准的栅极控制信号LDRV(由其生成的控制信号SET,RES)进行电平移位而转换为以基准电位COM作为基准的信号，从而生成用于控制开关元件12的栅极的转换栅极控制信号。
以上，使用实施方式对本发明进行了说明，但是本发明的技术范围并不限于上述实施方式所记载的范围。可以对上述实施方式进行各种变更或改进的情况对本领域技术人员来说是显而易见的。根据权利要求书的记载清楚的是，进行了那样的变更或改进的方式也可以包括在本发明的技术范围内。
应注意，权利要求书、说明书及附图中示出的装置、系统、程序及方法中的动作、过程、步骤和阶段等各处理的执行顺序只要未特别明示“早于”、“预先”等，另外，只要未在后续处理中使用之前的处理结果，就可以以任意顺序来实现。关于权利要求书、说明书及附图中的动作流程，即使为方便起见使用“首先”、“接下来”等进行了说明，也并不意味着必须以该顺序来实施。

Claims (32)

1.一种驱动装置，其驱动具有串联连接的第一开关元件和第二开关元件的开关电路，所述驱动装置具备：
栅极驱动部，其具有驱动所述第一开关元件的栅极的第一栅极驱动电路和驱动所述第二开关元件的栅极的第二栅极驱动电路；
负侧电源，其以第一基准电位作为正电位侧电位并以负电位侧电位作为第一负电位，而将所述第一负电位供给到所述栅极驱动部，其中，所述第一基准电位是所述第一开关元件的低侧的电位；
负侧电容器，其用于以第二基准电位作为正电位侧电位并以负电位侧电位作为第二负电位，而将所述第二负电位供给到所述栅极驱动部，其中，所述第二基准电位是所述第一开关元件的高侧的电位；
时机检测电路，其基于所述第一栅极驱动电路和所述第二栅极驱动电路中的高侧的驱动电路的电位状态，检测对所述负侧电容器进行充电的充电时机；以及
充电电路，其在所述充电时机使用所述负侧电源对所述负侧电容器进行充电，
所述时机检测电路以所述第二基准电位与所述第一负电位之差为基准电压以下作为条件，检测所述充电时机。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动装置具备：
正侧电源，其以所述第一基准电位作为负电位侧电位并以正电位侧电位作为第一正电位，而将所述第一正电位供给到所述栅极驱动部；
正侧电容器，其用于以所述第二基准电位作为负电位侧电位并以正电位侧电位作为第二正电位，而将所述第二正电位供给到所述栅极驱动部；以及
第一整流器，其使从所述正侧电源的正侧端子朝向所述正侧电容器的电流通过，并截断反向的电流。
3.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述时机检测电路以所述第二基准电位与所述第一负电位之差经分压而得的分压电压为第一阈值以下作为条件，检测所述充电时机。
4.根据权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，所述时机检测电路将所述分压电压钳制在大于所述第一阈值的第二阈值以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述时机检测电路进一步以接收到指示所述第一栅极驱动电路导通所述第一开关元件的第一栅极控制信号作为条件，检测所述充电时机。
6.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述充电电路具有在所述充电时机将所述第一负电位与所述第二负电位之间进行连接的第三开关元件。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动装置还具备第二整流器，所述第二整流器使从所述第一基准电位侧朝向所述第二基准电位侧的电流通过并截断反向的电流。
8.根据权利要求1～4中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述第一开关元件是所述开关电路中的低侧的开关元件，
所述第二开关元件是所述开关电路中的高侧的开关元件。
9.根据权利要求2所述的驱动装置，其特征在于，所述第一栅极驱动电路接收所述第一正电位与所述第一负电位作为驱动电压，
所述第二栅极驱动电路接收所述第二正电位与所述第二负电位作为驱动电压。
10.根据权利要求9所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动装置还具备电平移位电路，所述电平移位电路将以所述第一基准电位作为基准的第一栅极控制信号进行电平移位，而生成以所述第二基准电位作为基准的用于控制所述第二开关元件的栅极的第二转换栅极控制信号，
所述第二栅极驱动电路根据所述第二转换栅极控制信号来驱动所述第二开关元件的栅极。
11.根据权利要求10所述的驱动装置，其特征在于，所述电平移位电路具有：
电平移位电阻和电平移位用开关元件，其依次串联连接于所述第二正电位与所述第二负电位之间；以及
电平移位用整流器，其使从所述第二基准电位侧流向所述电平移位电阻与所述电平移位用开关元件之间的连接点的电流通过，并截断反向的电流。
12.根据权利要求2所述的驱动装置，其特征在于，所述负侧电容器的电容小于所述正侧电容器的电容。
13.一种驱动装置，其驱动具有串联连接的第一开关元件和第二开关元件的开关电路，所述驱动装置具备：
栅极驱动部，其具有驱动所述第一开关元件的栅极的第一栅极驱动电路和驱动所述第二开关元件的栅极的第二栅极驱动电路；
负侧电源，其以第一基准电位作为正电位侧电位并以负电位侧电位作为第一负电位，而将所述第一负电位供给到所述栅极驱动部，其中，所述第一基准电位是所述第一开关元件的低侧的电位；
负侧电容器，其用于以第二基准电位作为正电位侧电位并以负电位侧电位作为第二负电位，而将所述第二负电位供给到所述栅极驱动部，其中，所述第二基准电位是所述第一开关元件的高侧的电位；
时机检测电路，其基于所述第一栅极驱动电路和所述第二栅极驱动电路中的高侧的驱动电路的电位状态，检测对所述负侧电容器进行充电的充电时机；
充电电路，其在所述充电时机使用所述负侧电源对所述负侧电容器进行充电；
正侧电源，其以所述第一基准电位作为负电位侧电位并以正电位侧电位作为第一正电位，而将所述第一正电位供给到所述栅极驱动部；
正侧电容器，其用于以所述第二基准电位作为负电位侧电位并以正电位侧电位作为第二正电位，而将所述第二正电位供给到所述栅极驱动部；以及
第一整流器，其使从所述正侧电源的正侧端子朝向所述正侧电容器的电流通过，并截断反向的电流，
所述时机检测电路以从所述正侧电源流向所述正侧电容器的电流为第三阈值以上作为条件，检测所述充电时机。
14.根据权利要求13所述的驱动装置，其特征在于，所述时机检测电路进一步以接收到指示所述第一栅极驱动电路导通所述第一开关元件的第一栅极控制信号作为条件，检测所述充电时机。
15.根据权利要求13所述的驱动装置，其特征在于，所述充电电路具有在所述充电时机将所述第一负电位与所述第二负电位之间进行连接的第三开关元件。
16.根据权利要求13～15中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动装置还具备第二整流器，所述第二整流器使从所述第一基准电位侧朝向所述第二基准电位侧的电流通过并截断反向的电流。
17.根据权利要求13～15中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述第一开关元件是所述开关电路中的低侧的开关元件，
所述第二开关元件是所述开关电路中的高侧的开关元件。
18.根据权利要求17所述的驱动装置，其特征在于，所述第一栅极驱动电路接收所述第一正电位与所述第一负电位作为驱动电压，
所述第二栅极驱动电路接收所述第二正电位与所述第二负电位作为驱动电压。
19.根据权利要求17所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动装置还具备电平移位电路，所述电平移位电路将以所述第一基准电位作为基准的第一栅极控制信号进行电平移位，而生成以所述第二基准电位作为基准的用于控制所述第二开关元件的栅极的第二转换栅极控制信号，
所述第二栅极驱动电路根据所述第二转换栅极控制信号来驱动所述第二开关元件的栅极。
20.根据权利要求19所述的驱动装置，其特征在于，所述电平移位电路具有：
电平移位电阻和电平移位用开关元件，其依次串联连接于所述第二正电位与所述第二负电位之间；以及
电平移位用整流器，其使从所述第二基准电位侧流向所述电平移位电阻与所述电平移位用开关元件之间的连接点的电流通过，并截断反向的电流。
21.根据权利要求13所述的驱动装置，其特征在于，所述负侧电容器的电容小于所述正侧电容器的电容。
22.一种驱动装置，其驱动具有串联连接的第一开关元件和第二开关元件的开关电路，所述驱动装置具备：
栅极驱动部，其具有驱动所述第一开关元件的栅极的第一栅极驱动电路和驱动所述第二开关元件的栅极的第二栅极驱动电路；
负侧电源，其以第一基准电位作为正电位侧电位并以负电位侧电位作为第一负电位，而将所述第一负电位供给到所述栅极驱动部，其中，所述第一基准电位是所述第一开关元件的低侧的电位；
负侧电容器，其用于以第二基准电位作为正电位侧电位并以负电位侧电位作为第二负电位，而将所述第二负电位供给到所述栅极驱动部，其中，所述第二基准电位是所述第一开关元件的高侧的电位；
时机检测电路，其直接接收所述第一负电位，并且基于所述第一栅极驱动电路和所述第二栅极驱动电路中的高侧的驱动电路的电位状态，检测对所述负侧电容器进行充电的充电时机；以及
充电电路，其在所述充电时机使用所述负侧电源对所述负侧电容器进行充电，
所述充电电路具有在所述充电时机将所述第一负电位与所述第二负电位之间进行连接的第三开关元件，
所述时机检测电路以所述第一负电位作为基准而输出表示所述充电时机的驱动信号，
所述第三开关元件基于所述驱动信号，将所述第一负电位与所述第二负电位之间进行连接。
23.根据权利要求22所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动装置具备：
正侧电源，其以所述第一基准电位作为负电位侧电位并以正电位侧电位作为第一正电位，而将所述第一正电位供给到所述栅极驱动部；
正侧电容器，其用于以所述第二基准电位作为负电位侧电位并以正电位侧电位作为第二正电位，而将所述第二正电位供给到所述栅极驱动部；以及
第一整流器，其使从所述正侧电源的正侧端子朝向所述正侧电容器的电流通过，并截断反向的电流。
24.根据权利要求23所述的驱动装置，其特征在于，所述时机检测电路基于所述第一正电位、所述第二正电位、所述第一基准电位、所述第二基准电位、所述第一负电位和所述第二负电位中的至少一个电位，检测所述充电时机。
25.根据权利要求22～24中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述时机检测电路进一步以接收到指示所述第一栅极驱动电路导通所述第一开关元件的第一栅极控制信号作为条件，检测所述充电时机。
26.根据权利要求22～24中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动装置还具备第二整流器，所述第二整流器使从所述第一基准电位侧朝向所述第二基准电位侧的电流通过并截断反向的电流。
27.根据权利要求22～24中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述第一开关元件是所述开关电路中的低侧的开关元件，
所述第二开关元件是所述开关电路中的高侧的开关元件。
28.根据权利要求23所述的驱动装置，其特征在于，所述第一栅极驱动电路接收所述第一正电位与所述第一负电位作为驱动电压，
所述第二栅极驱动电路接收所述第二正电位与所述第二负电位作为驱动电压。
29.根据权利要求28所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动装置还具备电平移位电路，所述电平移位电路将以所述第一基准电位作为基准的第一栅极控制信号进行电平移位，而生成以所述第二基准电位作为基准的用于控制所述第二开关元件的栅极的第二转换栅极控制信号，
所述第二栅极驱动电路根据所述第二转换栅极控制信号来驱动所述第二开关元件的栅极。
30.根据权利要求29所述的驱动装置，其特征在于，所述电平移位电路具有：
电平移位电阻和电平移位用开关元件，其依次串联连接于所述第二正电位与所述第二负电位之间；以及
电平移位用整流器，其使从所述第二基准电位侧流向所述电平移位电阻与所述电平移位用开关元件之间的连接点的电流通过，并截断反向的电流。
31.根据权利要求23所述的驱动装置，其特征在于，所述负侧电容器的电容小于所述正侧电容器的电容。
32.一种电力转换装置，具备：
权利要求1～31中任一项所述的驱动装置；以及
所述第一开关元件和所述第二开关元件。
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