CN114006519A - 上臂驱动电路、上臂驱动电路的控制方法 - Google Patents

上臂驱动电路、上臂驱动电路的控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114006519A
CN114006519A CN202110853998.XA CN202110853998A CN114006519A CN 114006519 A CN114006519 A CN 114006519A CN 202110853998 A CN202110853998 A CN 202110853998A CN 114006519 A CN114006519 A CN 114006519A
Authority
CN
China
Prior art keywords
upper arm
switching element
capacitor
drive circuit
power conversion
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.)
Pending
Application number
CN202110853998.XA
Other languages
English (en)
Inventor
家坂聪
樱井健司
谷口智哉
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.)
Hitachi Power Semiconductor Device Ltd
Original Assignee
Hitachi Power Semiconductor Device Ltd
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 Hitachi Power Semiconductor Device Ltd filed Critical Hitachi Power Semiconductor Device Ltd
Publication of CN114006519A publication Critical patent/CN114006519A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • 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
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0006—Arrangements for supplying an adequate voltage to the control circuit of 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
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0038—Circuits or arrangements for suppressing, e.g. by masking incorrect turn-on or turn-off signals, e.g. due to current spikes in current mode control
    • 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
    • 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • 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
    • H03K2217/0063—High side switches, i.e. the higher potential [DC] or life wire [AC] being directly connected to the switch and not via the load
    • 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
    • H03K2217/0081—Power supply means, e.g. to the switch driver

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明提供上臂驱动电路及其控制方法，在具有由上下臂构成的桥电路的电力转换装置中能够不使用锁存电路而保持上臂开关元件的栅极电压，且能够兼顾电力转换装置的小型轻量化及高可靠化。对电力转换装置的上臂开关元件进行驱动控制的上臂驱动电路的特征在于，具有：连接于上臂开关元件的栅极与电力转换装置的输出端子之间的电容器；连接于电力转换装置的电源与电容器之间，使电流从连接于电源侧的第一端子侧向连接于电容器侧的第二端子侧流通，防止从第二端子侧向第一端子侧的电流的逆流的防逆流电路；以及在电源与电容器之间与防逆流电路的第一端子侧或第二端子侧串联连接，与使上臂开关元件接通的指令信号同步地接通的电容器充电用开关元件。

Description

上臂驱动电路、上臂驱动电路的控制方法
技术领域
本发明涉及一种对电力转换装置(逆变器)进行驱动控制的驱动电路的结构及其控制，特别涉及一种有效应用于电力转换装置的上臂驱动电路的技术。
背景技术
由于对全球环保的意识的提高，对节能的要求进一步提高，在各种领域中广泛采用了电力转换装置(逆变器)。而且，在搭载于铁路车辆、空调机等的驱动系统的电力转换装置(逆变器)中，小型轻量化、高可靠化与高性能化、高效率化一起成为重要的课题。
为了实现电力转换装置(逆变器)的小型轻量化，低损耗的功率设备的应用是重要的，取代将Si(硅)作为基材的功率设备，扩大使用了SiC(碳化硅)的低损耗的功率设备的应用。另外，也在推进改善功率设备的冷却效率的冷却方式的开发、基于逆变器内部的零件数量的削减而实现的小型轻量化的举措。
作为本技术领域的背景技术，例如有如专利文献1的技术。在专利文献1中公开了“一种电平位移电路，其具备：一个或多个可控制半导体元件，其成为电位的基准的电极连接于共通电位，且在向该电位基准电极与控制电极之间输入导通用信号的期间，电位基准电极与主电极之间为导通状态；直流电源，其一极连接于在共通电位与预定的高电位之间变动的外部电路的预定的部位，保持比该两个电位间的电压低的电压；一个或多个负载电阻，其将一端连接于该直流电源的另一极，将另一端1对1地连接于上述可控制半导体元件的主电极；以及逻辑电路，其在上述直流电源下工作，向上述的各可控制半导体元件的控制电极分别输入脉冲状的导通用信号，通过此时的各相应的可控制半导体元件的上述导通将在与该可控制半导体元件对应的上述负载电阻产生的脉冲状的电压下降作为信号传递至上述逻辑电路，其中，向各可控制半导体元件的电位基准电极与共通电位之间分别插入电流负反馈用的电阻，使各可控制半导体元件的导通时的控制电极与共通电位之间的电压为比上述直流电源的电压小的预定值”。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005－51821号公报
发明内容
发明所要解决的课题
如上所述，在搭载于铁路车辆、空调机等的驱动系统的电力转换装置(逆变器)中，小型轻量化、高可靠化成为重要的课题。
根据上述专利文献1，能够与高耐压晶体管的漏极源极(或集电极发射极)间电压无关地流通小且差小的漏极(或集电极)电流，无论电位变动的电路部分的电位的高低如何，都能够适当地保持负载电阻的电压下降，进行稳定的信号的传递，但因为使用了RS锁存器，所以需要设置用于生成至RS锁存器的脉冲信号(接通信号25、断开信号26)的脉冲信号生成电路或用于生成至RS锁存器的复位信号的复位信号生成电路(复位端子21)，不能缩小电路规模，不利于电力转换装置(逆变器)的小型轻量化。另外，在输入噪声等错误信号而使RS锁存器反应的情况下，可能保持与意图的状态不同的状态，并导致电力转换装置的错误动作。
因此，本发明的目的在于提供一种上臂驱动电路及其控制方法，在具有由上下臂构成的桥电路的电力转换装置中，可以不使用锁存电路而保持上臂开关元件的栅极电压，且可以兼顾电力转换装置的小型轻量化及高可靠化。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，本发明提供一种上臂驱动电路，其对电力转换装置的上臂开关元件进行驱动控制，其特征在于，具有：电容器，其连接于上述上臂开关元件的栅极与上述电力转换装置的输出端子之间；防逆流电路，其连接于上述电力转换装置的电源与上述电容器之间，使电流从连接于上述电源侧的第一端子侧向连接于上述电容器侧的第二端子侧流通，且防止从上述第二端子侧向上述第一端子侧的电流的逆流；以及电容器充电用开关元件，其在上述电源与上述电容器之间与上述防逆流电路的上述第一端子侧或上述第二端子侧串联连接，且与使上述上臂开关元件接通的指令信号同步地接通。
另外，本发明提供一种上臂驱动电路的控制方法，上述上臂驱动电路对电力转换装置的上臂开关元件进行驱动控制，上述上臂驱动电路的控制方法的特征在于，具有以下步骤：(a)接通电力转换装置的电源；(b)与使上述电力转换装置的上臂开关元件接通的指令信号同步地对连接于上述上臂开关元件的栅极与上述电力转换装置的输出端子之间的电容器充电；(c)在上述电力转换装置的上臂开关元件为接通状态的期间，通过连接于上述电容器与上述电力转换装置的电源之间的防逆流电路抑制从上述电容器向上述电力转换装置的电源侧的放电，并且保持上述电力转换装置的上臂开关元件的接通状态；以及(d)与使上述上臂开关元件断开的指令信号同步地使上述电容器的电荷放出。
发明效果
根据本发明，能够实现在具有由上下臂构成的桥电路的电力转换装置中可以不使用锁存电路而保持上臂开关元件的栅极电压，且可以兼顾电力转换装置的小型轻量化及高可靠化的上臂驱动电路及其控制方法。
通过以下的实施方式的说明，阐明上述以外的课题、结构以及效果。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1的上臂驱动电路的概略结构的图。
图2是表示本发明的实施例1的上臂驱动电路的动作的时序图。
图3是表示图1的上臂驱动电路的具体例的图。(具体例1)
图4是表示图1的上臂驱动电路的具体例的图。(具体例2)
图5是表示图1的上臂驱动电路的具体例的图。(具体例3)
图6是表示图1的上臂驱动电路的具体例的图。(具体例4)
图7是表示本发明的实施例2的上臂驱动电路的概略结构的图。
图8是表示本发明的实施例2的上臂驱动电路的动作的时序图。
图9是表示图7的上臂驱动电路的具体例的图。(具体例5)
图10是表示图7的上臂驱动电路的具体例的图。(具体例6)
图11是表示图7的上臂驱动电路的具体例的图。(具体例7)
图12是表示本发明的实施例3的上臂驱动电路的概略结构的图。
图13是表示本发明的实施例3的上臂驱动电路的动作的时序图。
图14是表示图12的上臂驱动电路的具体例的图。(具体例8)
图15是表示现有的上臂驱动电路的概略结构的图。
图16是表示现有的上臂驱动电路的动作的时序图。
图中：
1—上臂驱动电路，2—电容器，3—防逆流电路，4—开关元件(电容器充电用开关元件)，5—上臂，6—开关元件(上臂开关元件)，7—回流二极管，8—主电源，9—开关元件(电容器放电用开关元件)，10—下臂，11—开关元件(下臂开关元件)，12—回流二极管，13—输出端子，14—负载(线圈)，15—二极管，16—开关元件(防逆流用开关元件)，17—开关元件(防逆流用开关元件)，18—电阻，19—电容器，20—延迟电路，21—电阻，22—开关元件(延迟电路用开关元件)，23—电压限制电路，24—齐纳二极管，25—控制电路用电源，26—二极管，27—电容器，28—锁存电路，29—缓冲器，30—上臂ON信号，31—上臂OFF信号，33—延迟信号，34—上臂ON脉冲信号，35—上臂OFF脉冲信号，36—第一端子，37—第二端子，VCC—控制电路用电源电压，VS—电源电压，VC—电容器充电电压，VCB—电容器充电电压，VCP—电容器2的正极侧电压(对GND电位)，VGE—(开关元件6的)栅极电压，VOUT—输出端子电压，VB—电容器27的正极侧电压(对GND电位)，VTH＿SW1—(开关元件6的)阈值电压，VL—电压限制电路的限制电压，ISW3—(开关元件4的)通电电流，ISW4—(开关元件9的)通电电流。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施例进行说明。此外，在各附图中，对相同的结构标注相同的符号，对重复的部分省略其详细的说明。
实施例1
首先，参照图15及图16，对上述的现有的电力转换装置(逆变器)的课题详细地进行说明。图15是表示现有的电力转换装置的上臂驱动电路的概略结构的图，图16是表示其动作的时序图。
此外，在以下的说明中，作为电力转换装置，使用仅由一个桥臂构成的半桥电路的例子进行说明，上述桥臂上下具有由开关元件及与其反并联连接的回流二极管构成的臂，但本发明的对象不限于此，也能够应用于再连接一个半桥电路的桥臂形成全桥结构，在各个桥臂的中性点连接负载而构成的H桥电路、进一步地再连接一个桥臂，在各个桥臂的中性点连接三相交流的各输出端子(U相、V相、W相)而构成的三相全桥电路的电力转换装置。
在图15中，开关元件6是电力转换装置的上臂开关元件。
如图15所示，在现有的电力转换装置中，上臂驱动电路一般由控制电路用电源25、二极管26、电容器27、锁存电路28以及缓冲器29构成。二极管26连接于控制电路用电源25与电容器27之间。电容器27、锁存电路28的电源端子、缓冲器29的电源端子互相并联连接。锁存电路28的输出连接于缓冲器29的输入。缓冲器29的输出连接于开关元件6的栅极。
另外，电容器27、锁存电路28的电源端子以及缓冲器29的电源端子经由电力转换装置的上臂5与下臂10的相互连接点(中性点)连接于电力转换装置的输出端子13。上臂5由开关元件6及与其反并联连接的回流二极管7构成，下臂10由开关元件11及与其反并联连接的回流二极管12构成。
在输出端子13连接有负载(线圈)14。电力转换装置的主电源8连接于开关元件6的集电极端子。
如图16所示，在现有的电力转换装置的上臂驱动电路中，首先，控制电路用电源25接通，通过二极管26对电容器27充电，电容器充电电压VCB上升到控制电路用电源电压VCC。
接下来，电力转换装置的主电源8接通，将上臂ON脉冲信号34输入锁存电路28，作为上臂开关元件的开关元件6的栅极电压VGE升压到电容器充电电压VCB，开关元件6接通，并保持该状态。
在开关元件6为接通状态的期间，主电源8的电源电压VS作为输出端子电压VOUT从电力转换装置的输出端子13输出。在此期间，电容器27的正极侧电压(对GND电位)VB从电容器充电电压VCB升高输出端子电压VOUT的上升量(电源电压VS量)，成为电源电压VS与电容器充电电压VCB的和。
接着，上臂OFF脉冲信号35输入锁存电路28，作为上臂开关元件的开关元件6的栅极电压VGE成为0V，开关元件6断开，并保持该状态。此时，输出端子电压VOUT回到0V，电容器27的正极侧电压(对GND电位)VB也回到电容器充电电压VCB。
如上所述，在现有的电力转换装置的上臂驱动电路中，上臂ON脉冲信号34及上臂OFF脉冲信号35的保持使用了锁存电路28，需要设置用于生成至锁存电路28的脉冲信号的脉冲信号生成电路。另外，在噪声等错误信号被输入而使锁存电路28反应的情况下，可能保持与意图的状态不同的状态，导致电力转换装置的错误动作。
参照图1～图6，对本发明的实施例1的上臂驱动电路的结构及其动作(控制方法)进行说明。图1是表示本实施例的上臂驱动电路的概略结构的图，图2是表示其动作的时序图。图3～图6表示用于实现图1所示的上臂驱动电路的四个具体例。
如图1所示，本实施例的上臂驱动电路1由电容器2、防逆流电路3以及作为电容器2的充电用开关元件的开关元件4构成。电容器2连接于上臂5的开关元件6的栅极与输出端子13之间。此外，电容器2可以由独立的元件构成，也可以利用开关元件6的寄生电容构成。防逆流电路3连接于电力转换装置的主电源8与电容器2之间，使电流从连接于主电源8侧的第一端子36侧向连接于电容器2侧的第二端子37侧流通，另一方面，防止从连接于电容器2侧的第二端子37侧向连接于主电源8侧的第一端子36侧的电流的逆流。
作为电容器2的充电用开关元件的开关元件4连接于主电源8与电容器2之间，开关元件4与使作为上臂开关元件的开关元件6接通的指令信号(上臂ON信号30)同步地接通，利用来自主电源8的供电对电容器2充电。
另外，在电容器2与防逆流电路3之间连接有作为电容器2的放电用开关元件的开关元件9，开关元件9与使作为上臂开关元件的开关元件6断开的指令信号(上臂OFF信号31)同步地接通，电容器2放电。
此外，图1中构成电力转换装置的上臂5及下臂10的结构与图15所示的现有的电力转换装置相同，因此省略详细的说明。
使用图2，对图1的上臂驱动电路1的动作进行说明。首先，主电源8接通。接下来，使开关元件6接通的指令信号(上臂ON信号30)输入开关元件4，通过防逆流电路3，电容器2被充电。
当开关元件6的栅极电压VGE(即，电容器2的充电电压VC)为开关元件6的阈值电压VTH＿SW1以上时，作为上臂开关元件的开关元件6接通。
此时，由于防逆流电路3，电容器2经由开关元件4的从电容器2向主电源8侧的放电被阻止，保持电容器2的充电电压VC。而且，开关元件6的栅极电压VGE被保持，因此作为上臂开关元件的开关元件6的接通状态被保持。
在开关元件6为接通状态的期间，主电源8的电源电压VS作为输出端子电压VOUT从电力转换装置的输出端子13输出。在此期间，电容器2的正极侧电压(对GND电位)VCP为电源电压VS与开关元件6的阈值电压VTH＿SW1的和以上的电压。
之后，使开关元件6断开的指令信号(上臂OFF信号31)输入作为电容器2的放电用开关元件的开关元件9，开关元件9接通，电容器2放电。而且，开关元件6的栅极电压VGE减小至阈值电压VTH＿SW1以下，作为上臂开关元件的开关元件6断开。
根据以上说明的本实施例的上臂驱动电路及其动作(控制方法)，可以不在上臂驱动电路设置锁存电路而保持上臂开关元件的栅极电压。
由此，不需要设置锁存电路及用于生成至锁存电路的脉冲信号的电路，能够缩小电力转换装置内部的电路规模，因此，能够实现电力转换装置的小型轻量化，并且防止因锁存电路由于噪声等错误信号反应而保持与意图的状态不同的状态而引起的电力转换装置的错误动作，能够实现高可靠化。
此外，在图1中，将开关元件4连接于比防逆流电路3靠主电源8侧，但也能够将开关元件4连接于防逆流电路3与电容器2之间。也就是，连接于电容器2与主电源8之间的防逆流电路3和开关元件4的顺序怎样都可以。
如上地，图1所示的本实施例的上臂驱动电路1具有：电容器2，其连接于上臂开关元件6的栅极与电力转换装置的输出端子13之间；防逆流电路3，其连接于电力转换装置的主电源8与电容器2之间，使电流从连接于主电源8侧的第一端子36侧向连接于电容器2侧的第二端子37侧流通，且防止从第二端子37侧向第一端子36侧的电流的逆流；以及电容器充电用开关元件4，其在主电源8与电容器2之间与防逆流电路3的第一端子36侧或第二端子37侧串联连接，且与使上臂开关元件6接通的指令信号(上臂ON信号30)同步地接通。
使用图3～图6，对用于实现图1所示的上臂驱动电路的四个具体例进行说明。
图3表示使用二极管15作为防逆流电路3的情况。通过将二极管用作防逆流电路3，能够以简单的结构且低成本地构成上臂驱动电路1。此外，在图3中将一个二极管用作防逆流电路3，但也可以在主电源8与电容器2之间串联连接多个二极管15。通过将串联连接的多个二极管用作防逆流电路3，防逆流电路3的可靠性提高。
图4表示具有MOS晶体管作为防逆流电路3的情况。将MOS晶体管用作作为防逆流用开关元件的开关元件16，将MOS晶体管的漏极连接于第一端子36侧，将源极连接于第二端子37侧，将栅极和漏极连接，将MOS晶体管的背栅(即衬底)电连接于电力转换装置的输出端子13，从而能够实现防逆流功能。
此外，在将MOS晶体管用作开关元件16的情况下，需要将MOS晶体管的背栅(衬底)连接于源极以外。在连接于源极的情况下，不能防止电流的逆流。
图5是图4的变形例，表示具有连接于电力转换装置的主电源8与电容器2之间的作为第一MOS晶体管的开关元件16(相当于图4的开关元件16)、连接于主电源8与电力转换装置的输出端子13之间的作为第二MOS晶体管的开关元件17以及电阻18作为防逆流电路3的情况。
连接于电力转换装置的主电源8与电容器2之间的开关元件16和连接于主电源8与电力转换装置的输出端子13之间的开关元件17分别采用MOS晶体管。第一MOS晶体管(16)将漏极连接于第一端子36侧，将源极连接于第二端子37侧。另外，第二MOS晶体管(17)将漏极连接于第一端子36侧，将源极经由电阻18连接于电力转换装置的输出端子13。而且，将第一MOS晶体管(16)的栅极和漏极连接，将背栅(衬底)经由电阻18电连接于电力转换装置的输出端子13，从而能够实现防逆流功能。
而且，将第二MOS晶体管(17)的漏极连接于第一MOS晶体管(16)的漏极和栅极，将栅极连接于电容器2与开关元件6的栅极之间，将源极和背栅(衬底)经由电阻18连接于电力转换装置的输出端子13，从而能够控制第一MOS晶体管(16)的背栅(衬底)的电压，提高第一MOS晶体管(16)的电流能力。
此外，在该情况下，也需要将开关元件16的第一MOS晶体管的背栅(衬底)连接于源极以外。在连接于源极的情况下，不能防止电流的逆流。
图6是图4的变形例，表示具有MOS晶体管(相当于图4的开关元件16)、电阻以及电容器作为防逆流电路3的情况。
连接于电力转换装置的主电源8与电容器2之间的开关元件16采用MOS晶体管，将MOS晶体管的栅极和漏极连接，将背栅(衬底)经由电阻18电连接于电力转换装置的输出端子13，而且在MOS晶体管的背栅(衬底)与电容器2之间电连接与电容器2不同的其它电容器19，从而能够实现防逆流功能，而且，利用由电容器19和电阻18构成的高通滤波器控制MOS晶体管的背栅(衬底)，从而能够提高MOS晶体管的电流能力。
此外，在该情况下，也需要将MOS晶体管的背栅(衬底)连接于源极以外。在连接于源极的情况下，不能防止电流的逆流。
实施例2
参照图7～图11，对本发明的实施例2的上臂驱动电路的结构及其动作(控制方法)进行说明。图7是表示本实施例的上臂驱动电路的概略结构的图，图8是表示其动作的时序图。图9～图11表示用于实现图7所示的上臂驱动电路的三个具体例。
如图7所示，本实施例的上臂驱动电路1除了实施例1(图1)的结构，在电容器2与作为上臂开关元件的开关元件6的栅极之间还连接有延迟电路20。其它结构与实施例1(图1)相同。此外，在实施例2中，在电容器2的位置不存在开关元件6的寄生电容，因此由独立的元件构成电容器2。
使用图8，对图7的上臂驱动电路1的动作进行说明。首先，主电源8接通。接下来，使开关元件6接通的指令信号(上臂ON信号30)输入开关元件4，通过防逆流电路3，电容器2被充电。
此时，延迟电路20使从电容器2的充电电压VC向开关元件6的栅极电压VGE的电压的传递延迟。电容器2的充电在直至开关元件6接通的期间进行，因此通过该延迟DT，电容器2的充电量比没有延迟DT的情况、即实施例1(图1)变多。
当开关元件6的栅极电压VGE为开关元件6的阈值电压VTH＿SW1以上时，作为上臂开关元件的开关元件6接通。
此时，通过防逆流电路3，电容器2经由开关元件4的从电容器2向主电源8侧的放电被阻止，电容器2的充电电压VC被保持。而且，通过延迟电路20，从电容器2的充电电压VC向开关元件6的栅极电压VGE的电压的传递延迟，开关元件6的栅极电压VGE推后成为与电容器2的充电电压VC相同的电压。开关元件6的栅极电压VGE被保持，因此作为上臂开关元件的开关元件6的接通状态被保持。
在开关元件6为接通状态的期间，主电源8的电源电压VS作为输出端子电压VOUT从电力转换装置的输出端子13输出。在此期间，电容器2的正极侧电压(对GND电位)VCP为电源电压VS与开关元件6的阈值电压VTH＿SW1的和以上的电压。
之后，使开关元件6断开的指令信号(上臂OFF信号31)输入作为电容器2的放电用开关元件的开关元件9，开关元件9接通，电容器2放电。而且，开关元件6的栅极电压VGE减小至阈值电压VTH＿SW1以下，作为上臂开关元件的开关元件6断开。
根据以上说明的本实施例的上臂驱动电路及其动作(控制方法)，由于延迟电路20使从电容器2的充电电压VC向开关元件6的栅极电压VGE的电压的传递延迟，因此电容器2的充电量比没有延迟的情况(实施例1；图1)变多，能够对作为上臂开关元件的开关元件6施加更高的栅极电压。
由此，能够将作为上臂开关元件的开关元件6的栅极电压保持得较高，因此开关元件6的接通电压降低，能够降低发生损耗。
使用图9～图11，对用于实现图7所示的上臂驱动电路的三个具体例进行说明。
图9表示使用电阻21作为延迟电路20的情况。通过将电阻元件用作延迟电路20，能够以简单的结构且低成本地构成上臂驱动电路1。
图10表示将MOS晶体管用作作为延迟电路用开关元件的开关元件22来作为延迟电路20的情况。将MOS晶体管用作延迟电路20，通过来自外部的延迟信号进行接通/断开控制。能够通过来自外部的延迟信号控制延迟电路20，因此控制精度和控制性(控制的自由度)提高。
在图11表示作为延迟电路20，具有电阻和作为延迟电路用开关元件的开关元件22中具有MOS晶体管的情况。在电容器2与作为上臂开关元件的开关元件6的栅极之间连接电阻21，并且在开关元件6的栅极与电力转换装置的输出端子13之间连接MOS晶体管，通过来自外部的延迟信号进行接通/断开控制。通过由电阻21和能够由来自外部的延迟信号控制的MOS晶体管构成延迟电路20，能够更可靠地享受延迟电路的效果，并且，控制精度和控制性(控制的自由度)也提高。
实施例3
参照图12～图14，对本发明的实施例3的上臂驱动电路的结构及其动作(控制方法)进行说明。图12是表示本实施例的上臂驱动电路的概略结构的图，图13是表示其动作的时序图。图14表示用于实现图12所示的上臂驱动电路的一个具体例。
如图12所示，本实施例的上臂驱动电路1除了实施例1(图1)的结构，还在作为上臂开关元件的开关元件6的栅极与电力转换装置的输出端子13之间连接有与电容器2并联连接的电压限制电路23。其它结构与实施例1(图1)相同。电容器2与实施例1同样地也可以由独立元件构成，也可以利用开关元件6的寄生电容构成。
使用图13对图12的上臂驱动电路1的动作进行说明。首先，主电源8接通。接下来，使开关元件6接通的指令信号(上臂ON信号30)输入开关元件4，通过防逆流电路3，电容器2被充电。
当开关元件6的栅极电压VGE(即电容器2的充电电压VC)为开关元件6的阈值电压VTH＿SW1以上时，作为上臂开关元件的开关元件6接通。
此时，开关元件6的栅极电压VGE由于电压限制电路23而为预定的电压值(电压限制电路的限制电压：VL)以下。通过防逆流电路3，电容器2经由开关元件4的从电容器2向主电源8侧的放电被阻止，电容器2的充电电压VC被保持。而且，开关元件6的栅极电压VGE被保持，因此保持作为上臂开关元件的开关元件6的接通状态。
在开关元件6为接通状态的期间，主电源8的电源电压VS作为输出端子电压VOUT从电力转换装置的输出端子13输出。在此期间，电容器2的正极侧电压(对GND电位)VCP为电源电压VS与开关元件6的阈值电压VTH＿SW1的和以上的电压，且为电压限制电路23的限制电压VL以下的电压。
之后，使开关元件6断开的指令信号(上臂OFF信号31)输入作为电容器2的放电用开关元件的开关元件9，开关元件9接通，电容器2放电。而且，开关元件6的栅极电压VGE减小至阈值电压VTH＿SW1以下，作为上臂开关元件的开关元件6断开。
根据以上说明的本实施例的上臂驱动电路及其动作(控制方法)，能够利用电压限制电路23防止从电容器2的充电电压VC向开关元件6的栅极电压VGE过剩地施加电压，能够防止作为上臂开关元件的开关元件6的故障。
在图14中表示用于实现图12所示的上臂驱动电路的一个具体例。图14表示使用了齐纳二极管24作为电压限制电路23的情况。通过将齐纳二极管用作电压限制电路23，能够以简单的结构且低成本地构成上臂驱动电路1。
此外，上述的各实施例也可以构成为电容器2、防逆流电路3以及作为电容器充电用开关元件的开关元件4与作为上臂开关元件的开关元件6形成于相同的半导体芯片上的单芯片的逆变器IC。另外，也能够将延迟电路20或电压限制电路23、作为电容器放电用开关元件的开关元件9、具有电力转换功能的其它元件等的一部分或全部形成于相同的半导体芯片上。
或者，上述的各实施例也可以构成为用于构成多芯片型的逆变器的逆变器控制IC，上述多芯片型的逆变器将电容器2、防逆流电路3以及作为电容器充电用开关元件的开关元件4与形成有作为上臂开关元件的开关元件6的半导体芯片形成于不同的半导体芯片上。另外，也能够将延迟电路20或电压限制电路23、作为电容器放电用开关元件的开关元件9等的一部分或全部与电容器2、防逆流电路3、开关元件4形成于相同的半导体芯片上。
另外，在上述的各实施例中说明的防逆流电路3中沿反方向存在微小的漏电流的情况下，难以持久地保持电容器2的电荷。在这样的情况下，对使开关元件6接通的指令信号(上臂ON信号)进行占空比限制，在电容器2因漏电流放电并使开关元件6的栅极电压VGE减小至阈值电压VTH＿SW1之前将开关元件6断开，并再次接通，从而能够排除防逆流电路3的漏电流的影响。
另外，本发明不限于上述的实施例，包括各种变形例。例如，上述的实施例是为了帮助对本发明的理解而详细地说明的例子，并非限定于必须具备所说明的全部结构。另外，能够将某实施例的结构的一部分置换成其它实施例的结构，另外，也能够对某实施例的结构追加其它实施例的结构。另外，能够对各实施例的结构的一部分进行其它结构的追加、删除、置换。

Claims (16)

1.一种上臂驱动电路，其对电力转换装置的上臂开关元件进行驱动控制，其特征在于，具有：
电容器，其连接于上述上臂开关元件的栅极与上述电力转换装置的输出端子之间；
防逆流电路，其连接于上述电力转换装置的电源与上述电容器之间，使电流从连接于上述电源侧的第一端子侧向连接于上述电容器侧的第二端子侧流通，且防止从上述第二端子侧向上述第一端子侧的电流的逆流；以及
电容器充电用开关元件，其在上述电源与上述电容器之间与上述防逆流电路的上述第一端子侧或上述第二端子侧串联连接，且与使上述上臂开关元件接通的指令信号同步地接通。
2.根据权利要求1所述的上臂驱动电路，其特征在于，
具有延迟电路，该延迟电路连接于上述电容器与上述上臂开关元件的栅极之间。
3.根据权利要求1所述的上臂驱动电路，其特征在于，
具有电压限制电路，该电压限制电路在上述上臂开关元件的栅极与上述电力转换装置的输出端子之间与上述电容器并联连接。
4.根据权利要求1所述的上臂驱动电路，其特征在于，
具有放电电路，该放电电路与使上述上臂开关元件断开的指令信号同步地使上述电容器的电荷放出。
5.根据权利要求1所述的上臂驱动电路，其特征在于，
上述防逆流电路是一个或串联连接多个的二极管。
6.根据权利要求1所述的上臂驱动电路，其特征在于，
上述防逆流电路具有第一MOS晶体管，
上述第一MOS晶体管的漏极连接于上述第一端子侧，源极连接于上述第二端子侧，栅极和漏极连接，且背栅与上述电力转换装置的输出端子连接。
7.根据权利要求6所述的上臂驱动电路，其特征在于，
上述防逆流电路具有第二MOS晶体管和电阻，
上述第二MOS晶体管的漏极连接于上述第一端子侧，源极经由上述电阻连接于上述电力转换装置的输出端子，栅极连接于上述电容器与上述上臂开关元件的栅极之间，
上述第一MOS晶体管和上述第二MOS晶体管各自的背栅经由上述电阻连接于上述电力转换装置的输出端子。
8.根据权利要求6所述的上臂驱动电路，其特征在于，
上述防逆流电路具有电阻和与上述电容器不同的其它电容器，
上述第一MOS晶体管的上述背栅经由上述电阻与上述电力转换装置的输出端子连接，
上述其它电容器连接于上述第一MOS晶体管的上述背栅与上述电容器之间。
9.根据权利要求2所述的上臂驱动电路，其特征在于，
上述延迟电路是电阻元件。
10.根据权利要求2所述的上臂驱动电路，其特征在于，
上述延迟电路是通过来自外部的延迟信号进行接通/断开控制的MOS晶体管。
11.根据权利要求2所述的上臂驱动电路，其特征在于，
上述延迟电路具有：
电阻元件，其连接于上述电容器与上述上臂开关元件的栅极之间；以及
MOS晶体管，其连接于上述上臂开关元件的栅极与上述电力转换装置的输出端子之间，且通过来自外部的延迟信号进行接通/断开控制。
12.根据权利要求3所述的上臂驱动电路，其特征在于，
上述电压限制电路是齐纳二极管。
13.根据权利要求1所述的上臂驱动电路，其特征在于，
上述电容器、上述防逆流电路以及上述电容器充电用开关元件与上述上臂开关元件形成于相同的半导体芯片上。
14.根据权利要求1所述的上臂驱动电路，其特征在于，
上述电容器、上述防逆流电路以及上述电容器充电用开关元件形成于与形成有上述上臂开关元件的半导体芯片不同的半导体芯片上。
15.一种上臂驱动电路的控制方法，上述上臂驱动电路对电力转换装置的上臂开关元件进行驱动控制，上述上臂驱动电路的控制方法的特征在于，具有以下步骤：
(a)接通电力转换装置的电源；
(b)与使上述电力转换装置的上臂开关元件接通的指令信号同步地对连接于上述上臂开关元件的栅极与上述电力转换装置的输出端子之间的电容器充电；
(c)在上述电力转换装置的上臂开关元件为接通状态的期间，通过连接于上述电容器与上述电力转换装置的电源之间的防逆流电路抑制从上述电容器向上述电力转换装置的电源侧的放电，并且保持上述电力转换装置的上臂开关元件的接通状态；以及
(d)与使上述上臂开关元件断开的指令信号同步地使上述电容器的电荷放出。
16.根据权利要求15所述的上臂驱动电路的控制方法，其特征在于，
对使上述上臂开关元件接通的指令信号进行占空比限制。
CN202110853998.XA 2020-07-28 2021-07-28 上臂驱动电路、上臂驱动电路的控制方法 Pending CN114006519A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020127242A JP7403404B2 (ja) 2020-07-28 2020-07-28 上アーム駆動回路
JP2020-127242 2020-07-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114006519A true CN114006519A (zh) 2022-02-01

Family

ID=79300780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110853998.XA Pending CN114006519A (zh) 2020-07-28 2021-07-28 上臂驱动电路、上臂驱动电路的控制方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11735997B2 (zh)
JP (1) JP7403404B2 (zh)
KR (1) KR102577722B1 (zh)
CN (1) CN114006519A (zh)
DE (1) DE102021207090A1 (zh)

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5629386B2 (zh) * 1973-04-07 1981-07-08
JP3635975B2 (ja) 1999-03-02 2005-04-06 富士電機デバイステクノロジー株式会社 レベルシフト回路
JP2003299345A (ja) 2002-04-01 2003-10-17 Honda Motor Co Ltd 駆動回路
DE102004007208B3 (de) * 2004-02-13 2005-05-25 Infineon Technologies Ag Schaltungsanordnung mit einem Lasttransistor und einer Spannungsbegrenzungsschaltung und Verfahren zur Ansteuerung eines Lasttransistors
JP3900178B2 (ja) 2004-11-04 2007-04-04 富士電機デバイステクノロジー株式会社 レベルシフト回路
EP1860775A1 (en) * 2006-05-26 2007-11-28 STMicroelectronics S.r.l. Driving configuration of a switch
CN101753000A (zh) 2009-12-17 2010-06-23 东南大学 栅极浮置及电平转换的功率mos管栅极驱动电路及方法
CN102130643A (zh) 2010-12-27 2011-07-20 东南大学 开关磁阻电机电容自举式驱动电路和驱动方法
WO2013046420A1 (ja) 2011-09-30 2013-04-04 株式会社日立製作所 半導体駆動回路およびそれを用いた電力変換装置
CN103683872A (zh) 2012-09-11 2014-03-26 深圳市海洋王照明工程有限公司 一种半桥驱动电路
JP6362996B2 (ja) 2014-10-24 2018-07-25 株式会社日立製作所 半導体駆動装置ならびにそれを用いた電力変換装置
JP6950443B2 (ja) 2017-10-16 2021-10-13 株式会社Ihi 半導体スイッチング素子駆動回路及び電力変換器
JP7063233B2 (ja) 2018-10-26 2022-05-09 オムロン株式会社 スイッチング素子の駆動回路及びスイッチング回路
CN110061621A (zh) * 2019-04-16 2019-07-26 杰华特微电子（杭州）有限公司 一种开关电源控制电路和方法及开关电源

Also Published As

Publication number Publication date
US11735997B2 (en) 2023-08-22
DE102021207090A1 (de) 2022-02-03
US20220037984A1 (en) 2022-02-03
JP7403404B2 (ja) 2023-12-22
KR102577722B1 (ko) 2023-09-14
JP2022024572A (ja) 2022-02-09
KR20220014288A (ko) 2022-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9966871B2 (en) Rectification device, alternator, and power conversion device
US9264022B2 (en) Level shift circuit
US5610503A (en) Low voltage DC-to-DC power converter integrated circuit and related methods
CN111799992A (zh) GaN半桥电路和GaN自举电源电压发生器电路
JP5975833B2 (ja) 電力変換装置
US6172493B1 (en) Switch-mode power converter circuit
US7126388B2 (en) Power MOSFET driver and method therefor
US10778219B2 (en) Level shifting in a GaN half bridge circuit
CN110401335B (zh) 驱动电路、功率模块以及电力变换系统
US7046040B2 (en) Bootstrap driver
Seidel et al. Area efficient integrated gate drivers based on high-voltage charge storing
US11569742B2 (en) Power supply control device
EP3832865A1 (en) Driving circuit for switching element and switching circuit
US11394288B2 (en) Negative voltage generation circuit and power conversion device using same
JP6065808B2 (ja) 半導体装置及び半導体モジュール
JPH06153533A (ja) レベルシフト回路及びこれを用いたインバータ装置
JP4925719B2 (ja) ゲート駆動回路
Liu et al. Building blocks for future dual-channel GaN gate drivers: Arbitrary waveform driver, bootstrap voltage supply, and level shifter
CN114006519A (zh) 上臂驱动电路、上臂驱动电路的控制方法
CN114884493B (zh) 一种pwm信号解码器及使用其的单输入高压集成电路
EP3832863A1 (en) Driving circuit for switching element and switching circuit
CN116155093A (zh) 电压转换电路、电压转换电路的控制方法和马达驱动电路
US6819573B2 (en) DC to DC switching power converter with partial-swing switching and method
CN1989582A (zh) 带有电荷转移的升压开关驱动器
WO2024018612A1 (ja) 半導体装置および電力変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination