CN111869068B - 开关装置以及开关装置的控制方法 - Google Patents

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Abstract

开关装置包括：使开关元件(1)被开关的驱动电路(2－4)；以及被连接在开关元件的控制端子(G)和驱动电路(2－4)之间、至少能够变更为第1电容值和与第1电容值不同的第2电容值的可变电容电路(6A)，控制端子和驱动电路之间的电容值通过对可变电容电路的控制来控制。

Description

开关装置以及开关装置的控制方法
技术领域
本发明涉及开关装置以及开关装置的控制方法。
背景技术
已知具有以下部件的半导体开关元件的驱动电路：生成用于驱动半导体开关元件的驱动控制信号的驱动控制信号生成单元；在正电位和负电位之间按顺序被串联地连接，根据驱动控制信号，交替地成为导通状态的第1晶体管以及第2晶体管；被连接在第1晶体管以及第2晶体管的连接点和半导体开关元件的控制端子之间的电阻元件；相对电阻元件被并联地连接的电容器；以及相对电阻元件被并联地连接，并且相对电容器被串联地连接的开关(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2016－77057号公报
发明内容
发明要解决的课题
在以往技术中，电容器的电容的值被固定，所以例如若在导通状态时开关元件中流动的电流的电流值变化等的、开关元件的动作条件被变更，则存在开关损耗增加的问题。
本发明要解决的课题是，提供能够根据开关元件的动作条件，适当地降低开关损耗的开关装置以及开关装置的控制方法。
用于解决课题的手段
本发明通过以下方式解决上述课题，即，包括使开关元件被开关的驱动电路；以及被连接在开关元件的控制端子和驱动电路之间、至少能够变更为第1电容值和与第1电容值不同的第2电容值的可变电容电路，控制端子与驱动电路之间的电容值通过对可变电容电路的控制来控制。
发明的效果
按照本发明，可以根据开关元件的动作条件，适当地降低开关损耗。
附图说明
图1是第1实施方式的开关装置的电路图。
图2是关断动作造成的能量损耗与电流值的变化的关系的一个例子。
图3是接通动作造成的能量损耗与电压值的变化的关系的一个例子。
图4是第2实施方式的开关装置的电路图。
图5是第3实施方式的开关装置的电路图。
图6是第4实施方式的开关装置的电路图。
图7是第5实施方式的开关装置的电路图。
具体实施方式
以下，根据附图说明本发明的实施方式。
《第1实施方式》
图1是第1实施方式的开关装置100的电路图。本实施方式的开关装置100是用于驱动被包含在功率变换电路(power converter circuit)等中的开关元件的驱动电路，例如，被用于构成功率变换装置的逆变器电路的一部分。
开关装置100包括：开关元件1、构成推挽电路的晶体管2以及晶体管3、信号发生器4、驱动用电源5A、可变静电电容装置6A、控制器7、电流传感器8。
开关元件1是构成主电路的电路元件。主电路是适用于开关装置的装置之中主要部分的电路。例如，在将开关装置适用于功率变换装置的情况下，开关元件1相当于被包含在功率变换装置中的开关元件。
开关元件1具有控制端子、高电位侧端子、以及低电位侧端子。在开关元件1中，使用称为所谓功率半导体的半导体元件。作为开关元件1，例如举出MOSFET、IGBT等。特别是，优选使用SiC或GaN等宽带隙半导体。由此，可以进行高速开关动作，并且可以使开关损耗降低。在本实施方式中，MOSFET被用于开关元件1，控制端子相当于栅极端子G，高电位侧端子相当于漏极端子D，低电位侧端子相当于源极端子S。
在开关元件1中，被预先设定用于切换导通以及截止的阈值电压(Vth)。阈值电压是起因于开关元件1的内部结构而变化的电压。在开关元件1的栅极电压比阈值电压高的情况下，开关元件1变为导通状态，在栅极电压比阈值电压低的情况下，开关元件1变为截止状态。为了方便说明，将开关元件1的栅极端子上被施加的电压称为栅极电压。
晶体管2、3是构成推挽电路的晶体管。晶体管2是PNP型晶体管，晶体管3是NPN型晶体管。晶体管2以及晶体管3分别具有基极端子、集电极端子、发射极端子。晶体管2的基极端子连接到信号发生器4，晶体管2的集电极端子连接到驱动用电源5A的高电位侧连接，晶体管2的发射极端子经由电阻R1连接到开关元件1的栅极端子。而且，晶体管3的基极端子连接到信号发生器4，晶体管3的基极端子与驱动用电源5A的低电位侧、信号发生器4连接。而且，晶体管3的集电极端子经由电流传感器8与开关元件1的源极端子连接。晶体管3的发射极端子连接到晶体管2的发射极端子，并且经由电阻R1连接到开关元件1的栅极端子。
晶体管2以及晶体管3根据从信号发生器4输入到基极端子的信号，使发射极端子和集电极端子之间导通以及截断。根据晶体管2的导通状态以及截断状态、晶体管3的导通状态以及截断状态的组合，开关元件1变为导通状态或者截止状态。
例如，若根据来自信号发生器4的信号，晶体管2变为导通状态，晶体管3变为截断状态，则驱动用电源5A和开关元件1的栅极端子导通。在驱动用电源5A的输出电压比开关元件1的阈值电压高的情况下，栅极电压也比阈值电压高，开关元件1变为导通状态。相反，若根据来自信号发生器4的信号，晶体管2变为截断状态，晶体管3变为导通状态，则驱动用电源5A和开关元件1的栅极端子截断，在栅极电压比阈值电压低的情况下，开关元件1变为截止状态。在晶体管2、3中，优选具有上述那样的开关功能的晶体管，例如，列举双极晶体管、单极晶体管。
信号发生器4通过控制体管2的导通以及截断和晶体管3的导通以及截断，切换开关元件1的导通以及截止。为了方便说明，将开关元件1从导通状态切换到截止状态的动作，或者开关元件1从截止状态切换到导通状态的动作称为开关动作。信号发生器4产生用于使开关元件1被开关的开关信号，将该开关信号分别输出到晶体管2及晶体管3。
具体地说，在将开关元件1从截止状态切换到导通状态的情况下，信号发生器4对晶体管2的基极端子输出电流，对晶体管3的基极端子不输出电流。由此，晶体管2成为导通状态，晶体管3成为截断状态，如上述那样，开关元件1从截止状态切换到导通状态。为了方便说明，将开关元件1从截止状态切换到导通状态的动作称为接通动作来说明。
相反，在将开关元件1从导通状态切换到截止状态的情况下，信号发生器4不对晶体管2的基极端子输出电流，对晶体管3的基极端子输出电流。由此，晶体管2成为截断状态，晶体管3成为导通状态，如上述那样，开关元件1从导通状态被切换到截止状态。为了方便说明，将开关元件1从导通状态切换到截止状态的动作称为关断动作来说明。
驱动用电源5A是可变更输出电压的电源。驱动用电源5A的高电位侧的端子经由晶体管2以及电阻R1连接到开关元件1的栅极端子。
电阻R1被连接在使开关元件1开关的驱动电路和开关元件1的栅极端子之间。在本实施方式中，使开关元件1开关的驱动电路相当于由晶体管2以及晶体管3构成的推挽电路、信号发生器4、驱动用电源5A。以下，为了方便说明，将使开关元件1被开关的驱动电路仅称为驱动电路。而且，如图1所示，驱动电路的输出端子相当于晶体管2和晶体管3的连接点P。以下，为了方便说明，将连接点P称为驱动电路的输出端子。
电阻R1是被称为所谓栅极电阻的电阻，是用于使栅极电压的上升时间延迟的电阻。例如，在没有电阻R1的情况下，若被输入栅极电压的上升时间短、上升急剧的波形，则在作为输出端子的开关元件1的源极端子中，产生被称为振铃的波形的失真。通过将电阻R1插入在栅极端子和晶体管2以及晶体管3之间，可以使栅极电压的上升时间延迟，其结果，即使开关元件1进行开关，也可以抑制振铃。电阻R1的电阻值是起因于开关元件1的结构而被设计的值。例如，根据在开关元件1的栅极电极中存在的栅极电阻的电阻值、在栅极端子以及源极端子间存在的寄生电容的电容值Cg而被适当设定。
可变静电电容装置6A被连接在驱动电路和开关元件1的栅极端子之间。而且，可变静电电容装置6A相对电阻R1被并联连接。
控制信号从控制器7被输入到可变静电电容装置6A。可变静电电容装置6A是可以根据来自控制器7的控制信号，变更驱动电路的输出端子和开关元件1的栅极端子之间的电容值的装置。作为可变静电电容装置6A，例如是可电气地控制电容值的半导体设备，也可以是可根据电极的相对面积变更电容值的电容器(例如，微调电容器)和控制电容器的旋转机构的电动机的组合。可变静电电容装置6A的结构没有被特别限定。而且，电容值表示静电电容的值。
而且，在本实施方式中，可变静电电容装置6A至少可以变更为默认条件下的电容值和与该电容值不同的其它电容值。所谓默认条件对应于从控制器7对可变静电电容装置6A不输入控制信号的情况、和可变静电电容装置6A由于某些原因无法对控制信号进行反应的情况。而且，在默认条件中，还包含控制器7有意识地停止了对可变静电电容装置6A的控制的情况。
例如，在可变静电电容装置6A是具有非易失性存储器的半导体设备的情况下，可变静电电容装置6A使非易失性存储器预先存储默认条件下的电容值。然后，若对应于默认条件，则可变静电电容装置6A可以通过读入预先被设定的电容值，变更为默认条件下的电容值。而且，变更为默认条件下的电容值的方法是一个例子，未特别限定。
而且，在本实施方式中，可变静电电容装置6A具有2种电容值作为默认条件下的电容值，其中一个电容值为有效。一个电容值是在开关元件1关断时有效的默认条件下的电容值，另一个电容值是在开关元件1接通时有效的默认条件下的电容值。关于决定这些电容值的方法，在后叙述。以下，为了方便说明，将开关元件1关断时有效的默认条件下的电容值称为关断时的默认条件下的电容值，将开关元件1接通时有效的默认条件下的电容值称为接通时的默认条件下的电容值。
而且，可变静电电容装置6A可以根据来自控制器7的控制信号，变更为与默认条件下的电容值不同的电容值。例如，在可变静电电容装置6A为半导体设备的情况下，可变静电电容装置6A根据从控制器7输出的电压变更电容值。可变静电电容装置6A可以使电容值以逐级的值增减，也可以使电容值以连续的值增减。关于由可变静电电容装置6A设定的电容值的具体的说明，在后叙述。
电流传感器8检测在开关元件1中流动的电流之中、从漏极端子向源极端子的方向流动的电流。电流传感器8将检测到的电流值输出到控制器7。
控制器7是控制可变静电电容装置6A的控制电路。控制器7包括：CPU、ROM、以及RAM。从电流传感器8向控制器7输入在开关元件1中流动的电流的电流值。控制器7根据在开关元件1中流动的电流的电流值，控制可变静电电容装置6A。然后，可变静电电容装置6A使电容值根据控制信号变更。由此，可以使驱动电路的输出端子和栅极端子之间的路径的电容值变更。
接着，一边参照图2、图3，一边说明通过控制器7变更的可变静电电容装置6A的电容值。首先，说明开关元件1关断时的可变静电电容装置6A的电容值。
图2是开关元件1的关断动作造成的能量损耗、与在开关元件1中流动的电流的电流值的变化(dI/dt)的关系的一个例子。在图2中表示开关元件1的关断动作造成的能量损耗作为关断损耗。电流值的变化表示每单位时间在开关元件1中流动的电流的电流值的变化。
而且，图2表示在图1所示的电路构成中，使驱动电路和栅极端子之间的静电电容的值在C0～C6(单位：pF)的范围中变化的情况的关断损耗与电流值的变化的关系。C0是最小的电容值，C6是最大的电容值。而且，设为按照C0、C1、C2、C3、C4、C5、C6的顺序，电容值逐级地变大(C0＜C1···＜C5＜C6)。
接着、一边参照图2、一边说明关断时的默认条件下的电容值。在本实施方式中，关断时的默认条件下的电容值被设定为在关断时开关元件1中流动的电流的电流值的变化为最小的值。在图2的例子中、关断时的默认条件下的电容值被设定为C3。
接着、说明基于控制器7的可变静电电容装置6A的电容值的控制方法。在本实施方式中，控制器7根据电流传感器8检测的电流值，换言之，根据开关元件1中流动的电流的电流值，控制可变静电电容装置6A的电容值。开关元件1中流动的电流的电流值是在开关元件1导通的状态下，从作为开关元件1的高电位侧的端子的漏极端子向作为低电位侧的端子的源极端子流动的电流的电流值。
并且，在本实施方式中，控制器7控制可变静电电容装置6A，使得电容值大于关断时的默认条件下的电容值。换言之，控制器7在电流值的变化大于默认条件下的电流值的变化的方向上，控制可变静电电容装置6A的电容值。若使用图2的例子，则控制器7在大于C3的电容值的范围中，控制可变静电电容装置6A的电容值。
说明具体的控制方法。控制器7进行控制，使得开关元件1中流动的电流的电流值越大，可变静电电容装置6A的电容值越小。相反，控制器7进行控制，使得开关元件1中流动的电流的电流值越小，可变静电电容装置6A的电容值越大。
例如，在开关元件1的规定的动作条件下，开关元件1中流动的电流的电流值为A1(单位：A)，假设控制器7控制了可变静电电容装置6A，使得对于该电流值，在关断时的电容值为C5。
基于这样的条件，假设开关元件1的动作条件由于某些原因被变更，开关元件1中流动的电流的电流值增加到了A2(＞A1)。在该情况下，控制器7控制可变静电电容装置6A，使得电容值小于C5。若使用图2的例子，则控制器7在检测到电流值从A1增加到A2时，例如控制可变静电电容装置6A，使得电容值从C5减少到C4。作为开关元件1的动作条件被变更的原因，例如举出在驱动车辆中安装的电动机的功率变换装置中被使用的情况，电动机的转速改变了等。而且，使电容值减少至C4是一个例子，也可以是比C5小的其它电容值。
相反，假设开关元件1的动作条件由于某些原因而被变更，开关元件1中流动的电流的电流值减少到了A3(＜A1)。在该情况下，控制器7控制可变静电电容装置6A，使得电容值大于C5。若使用图2的例子，则控制器7在检测出电流值从A1减少到A3时，例如控制可变静电电容装置6A，使得电容值从C5增加至C6。而且，使电容值增加至C6是一个例子，也可以是比C5大的其它电容值。
接着，说明开关元件1接通时的可变静电电容装置6A的电容值。
图3是开关元件1的接通动作造成的能量损耗、与开关元件1的两端子上被施加的电压的电压值的变化(dV/dt)的关系的一个例子。而且，在图3中，将开关元件1的接通动作造成的能量损耗表示作为接通损耗。电压值的变化表示每单位时间在开关元件1的漏极端子和源极端子之间的电压的电压值的变化。
并且，图3表示在图1所示的电路结构中，使驱动电路和栅极端子之间的静电电容的值在C0’～C4’(单位：pF)的范围中变化的情况的接通损耗与电压值的变化的关系。C0’是最小的电容值，C4’是最大的电容值。并且，电容值以C0’、C1’、C2’、C3’、C4’的顺序逐级地增大(C0’＜C1’＜C2’＜C3’＜C4’)。这些电容值是与图2所示的C0～C6不同的电容值。在本实施方式中，控制器7设定各个电容值，使得开关元件1接通时设定的电容值与开关元件1关断时设定的电容值不同。而且，接通时设定的电容值与关断时设定的电容值不限于不同的电容值，也可以是相同的电容值。
接着，说明基于控制器7的可变静电电容装置6A的电容值的控制方法。在本实施方式中，对于接通时也与关断时同样，控制器7根据电流传感器8检测的电流值，变更可变静电电容装置6A的电容值。
说明具体的控制方法。控制器7进行控制，使得开关元件1中流动的电流的电流值越大，可变静电电容装置6A的电容值越小。相反，控制器7进行控制，使得开关元件1中流动的电流的电流值越小，可变静电电容装置6A的电容值越大。
例如，在开关元件1的规定的动作条件中，设开关元件1中流动的电流的电流值为A1(单位：A)，控制器7控制可变静电电容装置6A，使得对该电流值接通时的电容值变为C3’。
基于这样的条件，设开关元件1的动作条件由于某些原因而被变更，开关元件1中流动的电流的电流值增加到了A2(＞A1)。在该情况下，控制器7控制可变静电电容装置6A，使得电容值比C3’小。若使用图3的例子，则控制器7在检测到电流值从A1增加到A2时，控制可变静电电容装置6A，例如使得电容值从C3’减少。
相反，假设开关元件1的动作条件由于某些原因而被变更，开关元件1中流动的电流的电流值减少到了A3(＜A1)。在该情况下，控制器7控制可变静电电容装置6A，使得电容值大于C3’。若使用图3的例子，则控制器7在检测到电流值从A1减少到了A3时，例如控制可变静电电容装置6A，使得电容值从C3’增加至C4’。而且，使电容值增加至C4’是一个例子，也可以是大于C3’的其它电容值。
这样，通过基于控制器7的控制，在开关元件1导通时开关元件1中流动的电流的电流值越大，驱动电路的输出端子和栅极端子之间的电容值越小。由此，从导通状态转移至截断状态时的电流值的变化变小，可以抑制开关元件1关断时在开关元件1中产生的浪涌电压。并且，从截断状态转移至导通状态时的电压值的变化变小，可以抑制开关元件1接通时在开关元件1中产生的浪涌电流。
相反，开关元件1导通时开关元件1中流动的电流的电流值越小，驱动电路的输出端子和栅极端子之间的电容值越大。由此，可以使关断损耗以及接通损耗降低。并且，虽然从导通状态转移到截断状态时的电流值的变化变大，但是在开关元件1的导通状态下流动的电流值本身较小，所以可以抑制该电流值的变化的最大值(也称为电流值的变化的峰值。)，可以抑制发生像超过开关元件1的耐压那样的浪涌电压。并且，虽然从截断状态转移到导通状态时的电压值的变化变大，但是开关元件1在导通状态下流动的电流的电流值本身较小，所以可以抑制该电压值的变化的最大值(也称为电压值的变化的峰值。)，可以抑制发生像超过开关元件1的容许电流那样的浪涌电流。
并且，每当控制可变静电电容装置6A的电容值时，控制器7考虑开关元件1的寄生电容，设定可变静电电容装置6A的电容值。在图1所示的电路中，开关元件1的栅极电压变为将驱动电路的输出电压通过可变静电电容装置6A的电容值和开关元件1的寄生电容的电容值Cg分压后的电压。因此，在开关元件1关断时，控制器7设定可变静电电容装置6A的电容值，使得栅极电压高于开关元件1的阈值电压。并且，在开关元件1接通时，控制器7设定可变静电电容装置6A的电容值，使得栅极电压低于开关元件1的阈值电压。换言之，控制器7在开关元件1可关断的电容值的范围内，设定关断时的可变静电电容装置6A的电容值。并且，控制器7在开关元件1可接通的电容值的范围内，设定接通时的可变静电电容装置6A的电容值。
并且，在关断时设定的电容值与接通时设定的电容值不同的情况下，控制器7在开关周期中规定的定时，将可变静电电容装置6A的电容值切换到各个电容值。作为切换电容值的定时的一个例子，开举出开关元件1即将关断之前以及即将接通之前的定时。例如，控制器7在开关元件1即将关断之前，将可变静电电容装置6A的电容值从接通时的电容值切换到关断时的电容值。相反，例如，控制器7在开关元件1即将接通之前，将可变静电电容装置6A的电容值从关断时的电容值切换到接通时的电容值。控制器7通过一边确认开关元件1的开关周期，一边进行预先估计，可以设定变更电容值的定时。作为开关周期的确认方法，例如举出监视从信号发生器4输出的信号的方法。而且，开关周期的确认方法是一个例子，未特别限定。
并且，若控制器7检测出从电流传感器8输入的电流值变化了，则在规定的定时，使可变静电电容装置6A的电容值增加或者减少。变更电容值的定时未特别限定。例如，在从检测出电流值的变化开始经过了规定的开关周期后，在开关元件1即将关断或者接通之前，使可变静电电容装置6A的电容值增加或者减少。而且，变更电容值的定时是一个例子，未特别限定，也可以在其它定时变更电容值。
如以上那样，本实施方式的开关装置100具有通过控制开关元件1的栅极电压，使开关元件1被开关的驱动电路(推挽电路以及信号发生器4)。并且，开关装置100具有被连接在栅极端子和驱动电路之间、至少能够变更为默认条件下的电容值和与该电容值不同的电容值的可变静电电容装置6A。并且，开关装置100具有经由可变静电电容装置6A的控制，控制栅极端子和驱动电路之间的静电电容的电容值的控制器7。由此，即使在开关元件1中流动的电流的电流值变化等开关元件1的动作条件被变更的情况下，也可以变更为与开关元件1的动作条件相应的适当的电容值。其结果，可以根据开关动作的条件，适当地降低开关元件1的开关损耗。
并且，在本实施方式中，若控制器7每单位时间检测出开关元件1中流动的电流的电流值的变化，则控制可变静电电容装置6A的电容值。由此，即使在开关元件1的动作条件被变更的情况下，也可以适当地实现开关元件1中产生的浪涌电压以及浪涌电流的降低，并且降低开关元件1的开关损耗。
并且，在本实施方式中，控制器7控制可变静电电容装置6A的电容值，使得每单位时间在开关元件1中流动的电流的电流值的变化大于在默认条件下的电流值的变化。由此，在控制器7无法控制可变静电电容装置6A的情况下，与控制器7控制着可变静电电容装置6A的情况相比，可以使开关元件1中产生的浪涌电压以及浪涌电流降低。其结果，可以降低对开关元件1施加的负载。
进而，本实施方式的开关装置100具有检测在开关元件1中流动的电流的电流传感器8。控制器7从电流传感器8获取在开关元件1导通的状态下的电流值，根据获取的电流值，控制可变静电电容装置6A的电容值。由此，可以根据在开关元件1中流动的电流的电流值，适当地控制驱动电路和栅极端子之间的电容值。
此外，在本实施方式中，控制器7进行控制，使得在开关元件1中流动的电流的电流值越大，越减小可变静电电容装置6A的电容值，电流值越小，越增大可变静电电容装置6A的电容值。由此，在电流值小的情况下，可以降低开关损耗，可以实现功率变换的高效率。并且，由于电流值本身较小，所以可以抑制发生像超过开关元件1的耐压那样的浪涌电压以及发生像超过开关元件1的容许电流那样的浪涌电流。
并且，在本实施方式中，在开关元件1关断了时，设定可变静电电容装置6A的电容值，使得栅极电压比开关元件1的阈值电压低。该栅极电压是将驱动电路的输出电压通过可变静电电容装置6A的电容值和开关元件1的寄生电容的电容值进行了分压的电压。由于考虑寄生电容而设定可变静电电容装置6A的电容值，所以可以通过可变静电电容装置6A的控制，防止开关元件1不关断那样的状况。
进而，在本实施方式中，在开关元件1接通了时，设定可变静电电容装置6A的电容值，使得栅极电压高于开关元件1的阈值电压。由于考虑寄生电容而设定可变静电电容装置6A的电容值，所以可以通过可变静电电容装置6A的控制，防止开关元件1没接通那样的状况。
此外，在本实施方式中，控制器7设定各个电容值，使得开关元件1接通时设定的电容值与开关元件1关断时设定的电容值不同。由此，可以适当地降低在关断时产生的能量损耗，并且适当地降低接通时产生的能量损耗。其结果，可以降低开关损耗，实现功率变换的高效率。
《第2实施方式》
接着，说明第2实施方式的开关装置100a。图4是第1实施方式的开关装置100a的电路图。本实施方式的开关装置100a除了具有电压传感器9这一点以及控制器7对可变静电电容装置6A的控制方法以外，具有与上述的实施方式的开关装置100同样的结构。因此，在图4中，对与开关装置100共同的结构，附加相同的标号，沿用在上述的实施方式中使用的说明。
电压传感器9是检测开关元件1的漏极端子和源极端子之间的电压的电压传感器。电压传感器9将检测到的电压值输出到控制器7。
在本实施方式中，控制器7根据电压传感器9检测的电压值，换言之，根据对开关元件1的两端施加的电压的电压值，控制可变静电电容装置6A的电容值。对开关元件1的两端施加的电压的电压值是，开关元件1为导通的状态下的、开关元件1的漏极端子和源极端子间的电压的电压值。
说明基于控制器7的关断时的控制方法。与上述的实施方式同样，控制器7控制可变静电电容装置6A，使得电容值大于关断时的默认条件下的电容值。
具体地说，控制器7进行控制，使得开关元件1的两端电压的电压值越高，可变静电电容装置6A的电容值越小。相反，控制器7进行控制，使得开关元件1的两端电压的电压值越低，可变静电电容装置6A的电容值越大。
若再次使用图2的例子，则假设例如在开关元件1的规定的动作条件下，开关元件1的两端电压的电压值为V1(单位：V)，控制器7控制可变静电电容装置6A，使得对于该电压值，关断时的电容值变为C5。
基于这样的条件，假设开关元件1的动作条件由于某些原因而被变更，开关元件1的两端电压的电压值上升为V2(＞V1)。在该情况下，控制器7控制可变静电电容装置6A，使得电容值小于C5。
相反，假设开关元件1的动作条件由于某些原因而被变更，开关元件1的两端电压的电压值降低到V3(＜V1)。在该情况下，控制器7控制可变静电电容装置6A，使得电容值大于C5。
说明基于控制器7的接通时的控制方法。控制器7进行控制，使得开关元件1的两端电压的电压值越高，可变静电电容装置6A的电容值越小。相反，控制器7进行控制，使得开关元件1的两端电压的电压值越低，可变静电电容装置6A的电容值越大。
若再次使用图3的例子，则例如在开关元件1的规定的动作条件下，开关元件1的两端电压的电压值为V1’(单位：V)，假设控制器7控制了可变静电电容装置6A，使得对于该电压值，关断时的电容值变为C3’。
基于这样的条件，设开关元件1的动作条件由于某些原因而被变更，开关元件1的两端电压的电压值上升为V2(＞V1)。在该情况下，控制器7控制可变静电电容装置6A，使得电容值小于C3’。
相反，设开关元件1的动作条件由于某些原因而被变更，开关元件1的两端电压的电压值降低为V3(＜V1)。在该情况下，控制器7控制可变静电电容装置6A，使得电容值大于C3’。
如以上那样，本实施方式的开关装置100a具有检测对开关元件1的两端子施加的电压的电压传感器9。控制器7从电压传感器9获取在开关元件1导通的状态下的电压值，根据获取的电压值，控制可变静电电容装置6A的电容值。由此，可以根据对开关元件1的两端子施加的电压的电压值，适当地控制驱动电路和栅极端子之间的电容值。
并且，在本实施方式中，若控制器7每单位时间检测到对开关元件1的两端子施加的电压的电压值的变化，则控制可变静电电容装置6A的电容值。由此，即使在开关元件1的动作条件被变更的情况下，可以实现适当地降低在开关元件1中产生的浪涌电压以及浪涌电流，并且可以降低开关元件1的开关损耗。
此外，在本实施方式中，控制器7进行控制，使得对开关元件1的两端子施加的电压的电压值越高，越减小可变静电电容装置6A的电容值，电压值越低，越增大可变静电电容装置6A的电容值。由此，在电压值小的情况下，可以降低开关损耗，实现功率变换的高效率。并且，由于电压值本身较小，所以可以抑制产生像超过开关元件1的耐压那样的浪涌电压以及产生像超过开关元件1的容许电流那样的浪涌电流。
《第3实施方式》
接着，说明第3实施方式的开关装置100b。图5是第3实施方式的开关装置100b的电路图。本实施方式的开关装置100b除了具有电容器Cfix这一点以外，具有与上述的实施方式的开关装置100或者开关装置100a同样的结构。因此，在图5中，对与开关装置100以及开关装置100a共同的结构，附加相同的标号，沿用在上述的实施方式中使用的说明。
与可变静电电容装置6A一样，电容器Cfix是构成驱动电路和栅极端子之间的电容值的电容器。如图5所示，电容器Cfix相对于电阻R1以及可变静电电容装置6A，被并联地连接。电容器Cfix的电容值根据开关装置100b的设计而被适当地设定。
在本实施方式中，控制器7考虑电容器Cfix的电容值，控制可变静电电容装置6A。在可变静电电容装置6A和电容器Cfix被并联连接的情况下，一般来说，可以将可变静电电容装置6A的电容值和电容器Cfix的电容值的合计值视为并联电路中的电容值。换言之，为此，控制器7一边将可变静电电容装置6A的电容值和电容器Cfix的电容值的合计值作为驱动电路和栅极端子之间的电容值来处理，一边进行可变静电电容装置6A的控制。而且，对于控制方法，使用与上述的实施方式的开关装置100或者开关装置100a同样的控制方法。
如以上那样，本实施方式的开关装置100b具有与可变静电电容装置6A并联连接的电容器Cfix。由此，即使在可变静电电容装置6A不具有作为电容器的功能，可变静电电容装置6A的电容值变为零的情况中，也可以抑制在开关元件1产生的浪涌电压以及浪涌电流。例如，作为电容器Cfix的电容值，举出可变静电电容装置6A的默认条件下的电容值(关断时的电容值或者接通时的电容值的其中一个)。
《第4实施方式》
接着，说明第4实施方式的开关装置100c。图6是第4实施方式的开关装置100c的电路图。本实施方式的开关装置100c除了从驱动电路至栅极端子的路径具有接通时的路径和关断时的2种路径这一点、以及控制器17的控制方法不同这一点以外，具有与上述的实施方式的开关装置100、开关装置100a、开关装置100b同样的结构。因此，在图6中，对于与开关装置100、开关装置100a、以及开关装置100b共同的结构，附加相同的标号，沿用在上述的实施方式中使用的说明。
首先，在从驱动电路至栅极端子的路径之中，说明接通时的路径。该路径由二极管D1、可变静电电容装置6A、电阻R1、以及电容器Cfix1构成。
二极管D1连接到驱动电路的输出端子。具体地说，二极管D1的阳极端子与晶体管2的发射极端子和晶体管3的发射极端子的连接点连接。二极管D1的阴极端子与可变静电电容装置6A、电阻R1、电容器Cfix1连接。通过这样的连接，从栅极端子向驱动电路流动的电流被截断，在接通时可以形成有效的路径。
电容器Cfix1是与上述的第3实施方式的开关装置100b具有的电容器Cfix对应的电容器。如图6所示，电容器Cfix1相对电阻R1以及可变静电电容装置6A被并联地连接。电容器Cfix1的电容值根据开关装置100c的设计而被适当设定。
在本实施方式中，可变静电电容装置6A在开关元件1接通时可以变更有效的电容值。可变静电电容装置6A具有接通时的电容值，作为默认条件下的电容值。接通时的默认条件下的电容值被设定为电压值的变化为最小的电容值。在图3的例子中，接通时的默认条件下的电容值被设定为C2’。
接着，在从驱动电路至栅极端子的路径之中，说明关断时的路径。该路径由二极管D2、可变静电电容装置6B、电阻R2、以及电容器Cfix2构成。可变静电电容装置6B对应于可变静电电容装置6A，电阻R2对应于电阻R1，电容器Cfix2对应于电容器Cfix1，所以对于各结构的说明沿用各自的说明。并且，在本实施方式中，电阻R1的电阻值与电阻R2的电阻值不同，并且电容器Cfix2的电容值是与电容器Cfix1的电容值不同的值。
二极管D2连接到驱动电路的输出端子。具体地说，二极管D2的阳极端子与晶体管2的发射极端子和晶体管3的发射极端子的连接点连接。二极管D2的阴极端子与可变静电电容装置6B、电阻R2、电容器Cfix2连接。通过这样的连接，从驱动电路向栅极端子流动的电流被截断，可以在关断时形成有效的路径。
驱动用电源5B是可变更输出电压的电源。驱动用电源5B的低电位侧的端子经由晶体管3、二极管D2、以及电阻R2连接到开关元件1的栅极端子。驱动用电源5B的高电位侧的端子与驱动用电源5A的低电位侧的端子、信号发生器4、以及电流传感器8连接。在本实施方式中，驱动用电源5A是用于使开关元件1接通的电源，驱动用电源5B是用于使开关元件1被关断的电源。
可变静电电容装置6B在开关元件1关断时可以变更有效的电容值。可变静电电容装置6B具有关断时的电容值，作为默认条件下的电容值。关断时的默认条件下的电容值被设定为电流值的变化为最小的电容值。在图2的例子中，关断时的默认条件下的电容值被设定为C3。
可变静电电容装置6B可以是与可变静电电容装置6A同样的电路结构，也可以是不同的电路。与至可变静电电容装置6A的控制信号不同的控制信号，从控制器17被输入到可变静电电容装置6B。
本实施方式的控制器17在开关元件1接通时，控制可变静电电容装置6A的电容值，在开关元件1关断时，控制可变静电电容装置6B的电容值。例如，控制器17若检测出电流传感器8的电流值变化了，则为了在接通时使有效的路径的电容值变更，变更可变静电电容装置6A的电容值，并且为了在关断时使有效的路径的电容值变更，变更可变静电电容装置6B的电容值。而且，上述的实施方式的控制器7的控制方法被用于伴随电流值的变更，如何变更电容值。并且，根据电流值的变化，使可变静电电容装置6A以及可变静电电容装置6B的电容值均被控制的结构是一个例子，也可以根据电压传感器9检测的电压值的变化，使可变静电电容装置6A以及可变静电电容装置6B的电容值均被控制。并且，例如可以根据电流值的变化，控制一方的可变静电电容装置的电容值，根据电压值的变化，控制另一方的可变静电电容装置的电容值。
并且，控制器17控制可变静电电容装置6A的电容值，使得电容值大于接通时的默认条件下的电容值。换言之，控制器17在电流值的变化大于默认条件下的电流值的变化的方向上，控制可变静电电容装置6A的电容值。若使用图3的例子，则控制器17在大于C2 ’的电容值的范围内，控制可变静电电容装置6A的电容值。
并且，控制器17控制可变静电电容装置6B的电容值，使得电容值大于关断时的默认条件下的电容值。换言之，控制器17在电压值的变化大于默认条件下的电压值的变化的方向上，控制可变静电电容装置6B的电容值。若使用图2的例子，则控制器17在大于C3的电容值的范围内，控制可变静电电容装置6B的电容值。
如以上那样，本实施方式的开关装置100c具有被设置在驱动电路和栅极端子之间、截断从栅极端子向驱动电路的方向流动的电流的二极管D1；以及截断从驱动电路向栅极端子的方向流动的电流的二极管D2。并且，开关装置100c具有连接到二极管D1的阳极端子的可变静电电容装置6A、连接到二极管D2的阴极端子的可变静电电容装置6B。然后，控制器17在开关元件1接通时，执行对可变静电电容装置6A的控制，在开关元件1关断时，执行对可变静电电容装置6B的控制。从驱动电路至栅极端子的电流路径被分为接通时的电流路径和关断时的电流路径。因此，可以将接通时的默认条件下的电容值与关断时的默认条件下的电容值设定为不同的值。并且，电容器Cfix1的电容值和电容器Cfix2的电容值也可以设定为不同的值。由此，与控制器17在控制可变静电电容装置6A的情况相比，在控制器17无法控制可变静电电容装置6A的情况下，可以降低开关元件1中产生的浪涌电流。并且，与控制器7在控制可变静电电容装置6B的情况相比，在控制器17无法控制可变静电电容装置6B的情况下，可以降低开关元件1中产生的浪涌电压。其结果，可以降低对开关元件1施加的负载。
《第5实施方式》
接着，说明第5实施方式的开关装置100d。图7是第5实施方式的开关装置100d的电路图。本实施方式的开关装置100d除了不是通过二极管而是通过布线来区分接通时的电流路径和关断时的电流路径这一点以外，具有与上述的第4实施方式的开关装置100c同样的结构。因此，在图7中，对于与开关装置100c共同的结构，附加相同的标号，沿用在上述的实施方式中使用的说明。
具体地说，开关装置100d与开关装置100c相比，不具有二极管D1以及二极管D2，并且晶体管2的发射极端子和晶体管3的发射极端子没有被连接。在本实施方式中，在晶体管2导通，晶体管3截止的情况下，栅极电压由于驱动用电源5A的电压而上升，若栅极电压变得高于开关元件1的阈值电压，则开关元件1接通。相反，在晶体管2截止，晶体管3导通的情况下，栅极电压由于驱动用电源5B的电压而下降，若栅极电压低于开关元件1的阈值电压，则开关元件1关断。这样，在本实施方式中，由于不具有二极管D1以及二极管D2而可以断开接通时的电流路径和关断时的电流路径，所以与第4实施方式的开关装置100c相比可以减少部件数。并且，可以与开关装置100c同样地设定接通时最佳的电容值和关断时最佳的电容值。
而且，以上说明的实施方式是为了使本发明的理解变得容易而记载的方式，不是为了限定本发明而记载的方式。因此，上述的实施方式中公开的各要素还包含属于本发明的技术的范围的全部设计变更或等同物。
例如，在上述的第1实施方式中，以可变静电电容装置6A具有关断时的默认条件下的电容值的结构为例子进行了说明，但是也可以具有接通时的默认条件下的电容值。在该情况下，接通时的默认条件下的电容值被设定为电压值的变化为最小的电容值。在图3的例子中，接通时的默认条件下的电容值被设定为C2’。并且，控制器7控制可变静电电容装置6A的电容值，使得电容值大于关断时的默认条件下的电容值。若使用图3的例子，则控制器7在大于C2’的电容值的范围内，控制可变静电电容装置6A的电容值。由此，控制器7在无法控制可变静电电容装置6A的情况下，与控制器7在控制可变静电电容装置6A情况相比，可以降低开关元件1中产生的浪涌电流。
并且，例如，在上述的实施方式中，以控制器7将关断时的可变静电电容装置6A的电容值、接通时的可变静电电容装置6A的电容值设定为不同的值的结构为例进行了说明，但是不限于此。例如，控制器7也可以仅在其中一个开关动作时控制可变静电电容装置6A的电容值。例如，若检测出开关元件1中流动的电流的变化，则控制器7可以仅控制关断时的可变静电电容装置6A的电容值，也可以仅控制接通时的可变静电电容装置6A的电容值。
并且，例如在上述的实施方式中，列举了根据电流传感器8的检测结果和电压传感器9的检测结果，检测开关元件1中流动的电流的电流值的变化、对开关元件1的两端电子施加的电压的电压值的变化的结构的例子，但是检测开关元件1的动作条件的变更的手段不限于此。例如，假设有负载被连接在开关装置的输出侧，控制对该负载的供给电力的控制装置。在该情况下，控制器7通过从该控制装置获取用于控制对负载的供给电力的信号，可以预先获取开关元件1的动作条件被变更的定时。然后，控制器7也可以与开关元件1的动作条件被变更的定时匹配，控制可变静电电容装置6A的电容值。由此，可以不在开关元件1的周边设置电流传感器或电压传感器，而获取开关元件1的动作条件被变更的定时，可以根据开关元件1的动作条件，适当地降低开关元件1的开关损耗。
并且，例如在本说明书中，以开关装置100、100b、100c、100d为例子说明本发明的开关装置，但是本发明不限于此。
并且，例如在本说明书中，列举以晶体管2以及晶体管3构成的推挽电路、信号发生器4的组合的例子说明了本发明的驱动电路，但是本发明不限于此。只要是可以使开关元件1开关的装置或电路即可。
并且，例如在本说明书中，列举默认条件下的电容值例子说明了本发明的第1电容值，但是本发明不限于此。并且，列举了控制可变静电电容装置时的电容值的例子说明了本发明的第2电容值，但是本发明不限于此。
并且，例如在本说明书中，列举了可变静电电容装置6A或者可变静电电容装置6B的例子说明了本发明的可变电容电路，但是本发明不限于此。
标号说明
100…开关装置
1…开关元件
2…晶体管
3…晶体管
4…信号发生器
5A…驱动用电源
6A…可变静电电容装置
7…控制器
8…电流传感器

Claims (13)

1.一种开关装置，驱动开关元件，包括：
驱动电路，通过控制对所述开关元件的控制端子施加的控制电压，使所述开关元件被开关；
可变电容电路，被连接在所述控制端子和所述驱动电路之间，至少能够变更为第1电容值和与所述第1电容值不同的第2电容值；以及
控制器，通过对所述可变电容电路的控制，控制所述控制端子和所述驱动电路之间的电容值，
所述控制器根据所述开关元件中流动的电流的电流值、以及对所述开关元件的两端子施加的电压的电压值中的至少任一个，控制所述控制端子和所述驱动电路之间的所述电容值。
2.如权利要求1所述的开关装置，
所述控制器根据每单位时间在所述开关元件中流动的电流的电流值的变化、以及每单位时间对所述开关元件的两端子施加的电压的电压值的变化中的至少任一个，控制所述电容值。
3.如权利要求1或2所述的开关装置，
所述控制器控制所述电容值，使得每单位时间在所述开关元件中流动的电流的电流值的变化、以及每单位时间对所述开关元件的两端子施加的电压的电压值的变化中的至少任一个的参数，大于由所述控制器停止了控制时的所述参数。
4.如权利要求1至3的任意一项所述的开关装置，还包括：
电流传感器，检测在所述开关元件中流动的电流，
所述控制器
从所述电流传感器获取所述开关元件处于导通的状态下的所述电流的电流值，
根据所述电流值，控制所述电容值。
5.如权利要求4所述的开关装置，
所述电流值越大，所述控制器越减小所述电容值，所述电流值越小，所述控制器越增大所述电容值。
6.如权利要求1至5的任意一项所述的开关装置，还包括：
电压传感器，检测对所述开关元件的两端子施加的电压，
所述控制器
从所述电压传感器获取所述开关元件处于截止的状态下的所述电压的电压值，
根据所述电压值，控制所述电容值。
7.如权利要求6所述的开关装置，
所述电压值越高，所述控制器越减小所述电容值，所述电压值越低，所述控制器越增大所述电容值。
8.如权利要求1至7的任意一项所述的开关装置，还包括：
与所述可变电容电路并联连接的电容器。
9.如权利要求1至8的任意一项所述的开关装置，
所述控制器设定所述电容值，使得在所述开关元件关断时，所述控制电压低于用于使所述开关元件导通的阈值电压，
所述控制电压是将所述驱动电路的输出电压通过所述电容值和所述开关元件的寄生电容的电容值分压后的电压。
10.如权利要求1至9的任意一项所述的开关装置，
所述控制器设定所述电容值，使得在所述开关元件接通时，所述控制电压高于用于使所述开关元件导通的阈值电压，
所述控制电压是将所述驱动电路的输出电压通过所述电容值和所述开关元件的寄生电容的电容值分压后的电压。
11.如权利要求1至10的任意一项所述的开关装置，
所述控制器设定各个所述电容值，使得在所述开关元件接通时设定的所述电容值与在所述开关元件关断时设定的所述电容值不同。
12.如权利要求1至11的任意一项所述的开关装置，还包括：
第1二极管以及第2二极管，第1二极管被设置在所述驱动电路和所述控制端子之间、截断从所述控制端子向所述驱动电路的方向流动的电流，第2二极管截断从所述驱动电路向所述控制端子的方向流动的电流；
第1可变电容电路，被连接到所述第1二极管的阴极端子，至少能够变更为两个不同的电容值；以及
第2可变电容电路，被连接到所述第2二极管的阳极端子，至少能够变更为两个不同的电容值，
所述控制器，在所述开关元件接通时进行对所述第1可变电容电路的控制，在所述开关元件关断时，进行对所述第2可变电容电路的控制。
13.一种开关装置的控制方法，所述开关装置包括：通过控制对开关元件的控制端子施加的电压，使开关元件被开关的驱动电路，
所述控制方法通过根据在所述开关元件中流动的电流的电流值、以及对所述开关元件的两端子施加的电压的电压值中的至少任一个，控制被连接在所述控制端子和所述驱动电路之间、至少能够变更为第1电容值和第2电容值的可变电容电路，控制所述控制端子和所述驱动电路之间的电容值。
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