CN115603547A - 栅极驱动电路及电力转换装置 - Google Patents

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葛卷淳彦
松下晃久
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Abstract

本发明的实施方式涉及栅极驱动电路以及电力转换装置，抑制开关器件中的浪涌电压并且降低开关损耗。实施方式的栅极驱动电路具备：检测开关器件(1)的第一端子和第二端子之间的端子间电压的电压检测部(7)；使从电压检测部(7)取得的端子间电压的检测值延迟规定时间并输出的延迟部(8)；以及在断开开关器件(1)时对开关器件(1)的控制端子施加控制信号的第一断开用驱动部(5)和第二断开用驱动部(6)，第一断开用驱动部(5)能够以比第二断开用驱动部(6)高的速度断开开关器件(1)，在从延迟部(8)输出的延迟后的电压检测值超过了规定阈值时停止动作。

Description

栅极驱动电路及电力转换装置
本申请以日本专利申请2021-113061(申请日：2021年7月7日)为基础，基于该申请享有优先权。本申请通过参照该申请，包含该申请的全部内容。
技术领域
本发明的实施方式涉及一种栅极驱动电路及电力转换装置。
背景技术
在电力转换装置中，搭载有IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属-氧化物半导体场效应晶体管)等电力用开关器件，电力用开关器件进行开关动作，由此进行所希望的电力转换。
在电力用开关器件断开时，会产生浪涌电压或产生断开损耗。例如，如果在电力用开关器件中产生的浪涌电压超过电力用开关器件的耐电压值，则电力用开关器件破坏，成为电力转换装置的故障的原因。另一方面，如果断开损耗增大，则电力用开关器件的温度上升。其结果，如果电力用开关器件的温度超过温度允许值，则电力用开关器件破坏，成为电力转换装置的故障的原因。
一般情况下，电力用开关器件中的浪涌电压和断开损耗存在权衡关系。例如，如果减缓电力用开关器件的断开速度，则浪涌电压降低，断开损耗增大。
以往，提出了如下方案：通过使用应用了SiC(碳化硅)等新材料的电力用开关器件，使电力用开关器件的开关速度高速化，从而降低电力用开关器件的断开损耗。另外，还提出了对电力用开关器件的驱动方法下功夫来降低断开损耗的方案。
发明内容
例如，在搭载了使用SiC等新材料的电力用开关器件的电力转换装置中，如果考虑各部件的延迟等，则栅极驱动速度的切换不能赶上电力用开关器件的切换动作，存在不能抑制浪涌电压的危险。
本发明的实施方式是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种抑制开关器件中的浪涌电压并且降低开关损耗的栅极驱动电路以及电力转换装置。
实施方式的栅极驱动电路具备：电压检测部，其检测开关器件的第一端子和第二端子之间的端子间电压；延迟部，其使从所述电压检测部取得的所述端子间电压的检测值延迟规定时间并输出；第一断开用驱动部和第二断开用驱动部，其在断开所述开关器件时，向所述开关器件的控制端子施加控制信号，所述第一断开用驱动部能够以相比所述第二断开用驱动部高的速度来断开所述开关器件，在从所述延迟部输出的延迟后的电压检测值超过了规定的阈值时，所述第一断开用驱动部停止动作。
根据上述结构的栅极驱动电路，能够抑制开关器件中的浪涌电压并且降低开关损耗。
附图说明
图1是概略性地表示第一实施方式的电力转换装置的一个构成例的图。
图2是概略性地表示第一实施方式的栅极驱动电路的一个构成例的图。
图3是概略性地表示图2所示的断开用低速驱动部和断开用高速驱动部中的电阻值和浪涌电压的关系的图。
图4是用于说明在第一实施方式中断开开关器件时的栅极驱动电路的动作的一例的时序图。
图5是概略性地表示第二实施方式的栅极驱动电路的一个构成例的图。
图6是用于说明由电力转换装置的运转状态引起的开关器件的特性变化的一例的图。
图7是用于说明由电力转换装置的运转状态引起的开关器件的特性变化的另一例的图。
图8是用于说明由电力转换装置的运转状态引起的开关器件的特性变化的另一例的图。
图9是概略性地表示第三实施方式的栅极驱动电路的一个构成例的图。
图10是用于说明在第三实施方式中延迟部切换第一断开用高速驱动部和第二断开用高速驱动部的动作状态的动作的一例的图。
图11是用于说明在第三实施方式中断开开关器件时的栅极驱动电路的动作的一例的时序图。
图12是概略性地表示第四实施方式的栅极驱动电路的一个构成例的图。
图13是用于说明在第四实施方式中切换部切换第一断开用低速驱动部和第二断开用低速驱动部的动作状态的动作的一例的图。
图14是用于说明在第四实施方式中断开开关器件时的栅极驱动电路的动作的一例的时序图。
图15是概略性地表示第五实施方式的栅极驱动电路的一个构成例的图。
图16是用于说明在第五实施方式中接通开关器件时的栅极驱动电路的动作的一例的时序图。
图17是概略性地表示第六实施方式的栅极驱动电路的一个构成例的图。
图18是用于说明在第六实施方式中接通开关器件时的栅极驱动电路的动作的一例的时序图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明实施方式的栅极驱动电路和电力转换装置。
图1是概略性地表示第一实施方式的电力转换装置的一个构成例的图。
本实施方式的电力转换装置具备多个开关器件1和驱动电路200。电力转换装置例如连接在未图示的直流电源(或直流负载)和交流负载(或交流电源)ACL之间。
电力转换装置例如是具备U相、V相以及W相的支路的三相交流电力转换装置。各相支路连接在高电位侧的直流主电路和低电位侧的直流主电路之间。各相支路包括上臂和下臂，在上臂和下臂之间(交流端)与交流负载(或交流电源)ACL电连接。
上臂和下臂分别具有开关器件1。开关器件1是IGBT、MOSFET等电力用开关器件，由从驱动电路200供给的控制信号控制动作。
驱动电路200根据从上位控制装置供给的栅极信号(上位控制信号)以及从多个开关器件1取得的信息，控制开关器件1的动作。
图2是概略性地表示第一实施方式的栅极驱动电路的一个构成例的图。
驱动电路200具有控制多个开关器件1的动作的多个栅极驱动电路2。在图2中，概略性地表示控制一个开关器件1的一个栅极驱动电路2的一个构成例。
开关器件1例如是MOSFET。开关器件1具有栅极端子(控制端子)、源极端子(第一端子)和漏极端子(第二端子)。上臂的开关器件1的源极端子与交流端电连接，漏极端子与高电位侧的直流主电路电连接。下臂的开关器件1的源极端子与低电位侧的直流主电路电连接，漏极端子与交流端电连接。开关器件1的栅极端子与栅极驱动电路2的输出端电连接。开关器件1通过施加在栅极端子上的栅极电压，在源极端子和漏极端子之间被电连接的状态(接通状态)和被切断的状态(断开状态)之间进行切换。
此外，开关器件1也可以是其他电力用开关器件。作为开关器件1，在例如适用IGBT的情况下，开关器件1具备栅极端子(控制端子)、发射极端子(第一端子)、集电极(第二端子)，通过施加在栅极端子上的栅极电压(控制信号)，控制发射极端子和集电极端子之间的电连接状态(接通或断开)。
栅极驱动电路2具有接通用驱动部4、断开用高速驱动部(第一断开用驱动部)5、断开用低速驱动部(第二断开用驱动部)6、电压检测部7以及延迟部8。
接通用驱动部4具有与开关器件1的栅极端子电连接的接通用电阻器(未图示)。从上位控制装置向接通用驱动部4输入栅极信号。接通用驱动部4例如构成为在栅极信号为接通的期间动作，经由接通用电阻器对栅极端子施加使开关器件1接通的控制信号(栅极电压)。
电压检测部7检测开关器件1的漏极源极间电压(端子间电压)Vds的值，将检测出的值供给至延迟部8。此外，电压检测部7也可以输出与漏极源极间电压Vds相当的值。
延迟部8使从电压检测部7供给的电压值(或与电压相当的值)延迟规定时间后供给到断开用高速驱动部5，延迟部8具备由电阻器12和电容器13构成的延迟电路，能够使输入值延迟与电容器13的静电电容Cd和电阻器12的电阻值Rd之积对应的时间常数。因此，通过选择静电电容Cd和电阻值Rd的值，能够调整使输入值延迟的时间。在本实施方式中，从延迟部8输出的延迟后的漏极源极间电压Vds的值是用于切换断开用高速驱动部5的动作状态(动作或停止)的信号。
断开用高速驱动部5包括与开关器件1的栅极端子电连接的第一断开用电阻器(未图示)。从上位控制装置向断开用高速驱动部5输入栅极信号，输入从延迟部8输出的延迟后的漏极源极间电压Vds的值。断开用高速驱动部5例如构成为，在栅极信号为断开的期间，经由第一断开用电阻器对栅极端子施加使开关器件1断开的控制信号(栅极电压)。
断开用高速驱动部5构成为，在延迟后的漏极源极间电压Vds的值成为规定的阈值以上时(例如延迟后的漏极源极间电压Vds上升时)，停止对栅极端子施加控制信号的动作。
换言之，在从栅极信号成为断开起到延迟后的漏极源极间电压Vds上升的期间，断开用高速驱动部5经由第一断开用电阻器对栅极端子施加使开关器件1断开的控制信号。
断开用低速驱动部6包括与开关器件1的栅极端子电连接的第二断开用电阻器(未图示)。从上位控制装置向断开用低速驱动部6输入栅极信号。断开用低速驱动部6例如在栅极信号为断开的期间，经由第二断开用电阻器对栅极端子施加使开关器件1断开的控制信号。此外，第二断开用电阻器的电阻值大于第一断开用电阻器的电阻值。
图3是概略性地表示图2所示的断开用低速驱动部和断开用高速驱动部中的电阻值和浪涌电压的关系的图。
断开用低速驱动部6的第二断开用电阻器的电阻值例如被设定为，断开用低速驱动部6以能够使开关器件1中产生的峰值浪涌电压小于允许值的速度实现断开。断开用高速驱动部5的第一断开用电阻器的电阻值例如被设定为，断开用高速驱动部5能够以比断开用低速驱动部6高的速度来断开开关器件1。
由此，断开用低速驱动部6能够以将开关器件1中的峰值浪涌电压抑制在允许值以下的方式进行动作，断开用高速驱动部5能够以降低开关器件1中的断开损耗的方式进行动作。
接着，说明上述栅极驱动电路2的动作的一例。
图4是用于说明在第一实施方式中断开开关器件时的栅极驱动电路的动作的一例的时序图。
这里，用时序图示出了输入到栅极驱动电路2的栅极信号、开关器件1的漏极源极间电压Vds和栅极源极间电压Vgs、漏极电流Id、电压检测部7的输出真值、延迟部8的输出真值、断开用高速驱动部5的动作状态(动作或停止)、断开用低速驱动部6的动作状态(动作或停止)的一例。
电压检测部7的输出真值例如是在电压检测部7的检测值小于规定的阈值时为0、在规定的阈值以上时为1的值。在本实施方式中，将开关器件1接通时的漏极源极间电压Vds的值设为规定的阈值，在漏极源极间电压Vds上升的时刻，输出真值为1。
延迟部8的输出真值在延迟部8的输出值在规定的阈值以下时为0，在延迟部8的输出值超过了规定的阈值时为1。在本实施方式中，将开关器件1接通时的漏极源极间电压Vds的值设为规定的阈值，在延迟后的漏极源极间电压Vds上升的时刻，输出真值为1。
若栅极信号从接通变为断开，则断开用高速驱动部5和断开用低速驱动部6成为动作状态，开关器件1的栅极源极间电压Vgs开始降低。当开关器件1的栅极源极间电压Vgs降低到规定值时，漏极源极间电压Vds上升，漏极电流Id开始降低。
在漏极源极间电压Vds上升的时刻，电压检测部7的输出真值从0变化为1，从电压检测部7向延迟部8输入超过了规定阈值的电压值。
延迟部8使从电压检测部7输入的值延迟规定时间而输出。因此，延迟部8的输出真值比电压检测部7的输出真值上升的时刻延迟规定时间而从0变化为1。
在延迟部8的输出真值变为1的时刻，延迟部8的输出值变为规定的阈值以上，断开用高速驱动部5从动作状态变为停止状态。即，在从开关器件1的漏极源极间电压Vds超过规定的阈值开始到经过了规定的延迟时间的时刻为止，由断开用高速驱动部5和断开用低速驱动部6控制开关器件1的断开动作。在从开关器件1的漏极源极间电压Vds超过规定的阈值开始到经过了规定的延迟时间的时刻以后，仅由断开用低速驱动部6控制开关器件1的断开动作。
通过以上说明的动作，开关器件1在断开的初期阶段，通过断开用高速驱动部5和断开用低速驱动部6高速地断开，所以能够降低断开损耗。另一方面，在断开用高速驱动部5成为停止状态后，仅通过断开用低速驱动部6断开开关器件1，所以能够抑制开关器件1中的浪涌电压。
在本实施方式的栅极驱动电路中，检测漏极源极间电压Vds的上升，以检测到上升的时刻为起点，在规定时间后使断开用高速驱动部5成为停止状态。由此，例如在使用SiC等材料的开关器件1断开时，在进行高速动作的过程中能够无延迟地使断开用高速驱动部5停止，转移到低速动作。
另一方面，如果停止断开用高速驱动部5的时刻过早，则在断开开关器件1的期间，低速驱动期间延长，断开损耗有可能增大。通过将延迟部8中的延迟时间设定为适当的时间而使断开用高速驱动部5停止，能够抑制开关器件1的断开损耗，同时能够抑制浪涌电压。
接着，说明延迟部8中的延迟时间的设定方法的一例。这里，作为电力转换装置的动作条件，设直流电压(直流主电路间的电压)为Vcc[V]，电压变化率的最大值为dVdtMax[V/s]。
在通常的开关器件的断开动作中，当漏极源极间电压Vds达到直流电压值(开关器件的断开结束时的电压值)时，漏极电流Id开始大幅降低。浪涌电压的大小是对应于此时的漏极电流Id的变化率的值。因此，为了可靠地抑制浪涌电压，优选在漏极源极间电压Vds达到直流电压Vcc之前，使断开用高速驱动部5成为停止状态。在上述中，漏极源极间电压Vds达到直流电压Vcc的时间Tvcc可以通过下述式(1)算出。
Tvcc＝Vcc/dVdtMax (1)
并且，在实际的电力转换装置中，构成电压检测部7、延迟部8、断开用高速驱动部5的各部件存在固有的延迟。因此，如果考虑构成电力转换装置的各部件的延迟的总量(各部件的延迟时间的总和)Tdevice，则通过将延迟部8的延迟时间Td设定为满足下述式(2)，能够在漏极源极间电压Vds达到直流电压Vcc之前使断开用高速驱动部5成为停止状态，能够抑制浪涌电压。
Td＜Tvcc-Tdevice＝Vcc/dVdtMax-Tdevice (2)
另外，在满足上述关系的范围内，通过调整延迟部8中的延迟量，能够调整开关器件1中的浪涌电压的抑制和断开损耗抑制的平衡。
如上所述，在本实施方式的栅极驱动电路以及电力转换装置中，在开关器件的断开开始时，通过提高栅极驱动速度(以低栅极电阻值进行驱动)来谋求低损耗化，另一方面，在检测出开关器件的电压开始上升的基础上，能够在具有调整后的延迟的基础上降低栅极速度(以高栅极电阻值进行驱动)。由此，能够可靠地降低开关器件中的浪涌电压。
即，根据本实施方式，能够提供抑制开关器件中的浪涌电压并且降低开关损耗的栅极驱动电路和电力转换装置。
接着，参照附图详细说明第二实施方式的栅极驱动电路和电力转换装置。此外，在以下的说明中，对于与上述第一实施方式相同的结构，赋予相同的符号并省略说明。
图5是概略性地表示第二实施方式的栅极驱动电路的一个构成例的图。
本实施方式的栅极驱动电路2和电力转换装置在具备检测电力转换装置的运转状态的各种检测器(未图示)这一点和延迟部8的结构方面与上述第一实施方式不同。
在本实施方式中，延迟部8被输入由检测器检测出的电力转换装置的运转状态的值(例如，电流检测值、直流电压检测值、温度检测值等)。延迟部8根据电力转换装置的运转状态，调整输出信号相对于输入信号的延迟时间。
图6是用于说明由电力转换装置的运转状态引起的开关器件的特性变化的一例的图。在图6中，用虚线表示切断电流(断开动作开始时的漏极电流Id)相对大时的漏极源极间电压Vds和漏极电流Id，用实线表示切断电流相对小时的漏极源极间电压Vds和漏极电流Id。
这里，开关器件1的切断电流越大，电压变化速度越大。因此，如果切断电流变大，则在断开开关器件1时，从漏极源极间电压Vds上升开始到达到直流电压Vcc为止的时间变短。因此，延迟部8可以构成为，切断电流的值(断开动作开始时的漏极电流Id的电流检测值)越大，延迟时间越短。
图7是用于说明由电力转换装置的运转状态引起的开关器件的特性变化的另一例的图。在图7中，用虚线表示电力转换装置的直流电压Vcc相对大时的漏极源极间电压Vds和漏极电流Id，用实线表示电力转换装置的直流电压Vcc相对小时的漏极源极间电压Vds和漏极电流Id。
这里，直流电压Vcc越大，漏极源极间电压Vds达到直流电压Vcc为止的时间越长。因此，延迟部8可以构成为，直流电压Vcc越大，延迟时间越长。
图8是用于说明由电力转换装置的运转状态引起的开关器件的特性变化的另一例的图。在图8中，用虚线表示开关器件1的温度相对大时的漏极源极间电压Vds和漏极电流Id，用实线表示开关器件1的温度相对小时的漏极源极间电压Vds和漏极电流Id。
这里，开关器件1的温度越大，漏极源极间电压Vds达到直流电压Vcc为止的时间越长。因此，延迟部8可以构成为，开关器件1的温度检测值越大，延迟时间越长。
在延迟部8中，对于表示电力转换装置的运转状态的值(切断电流的值、直流电压Vcc的值、开关器件1的温度值)中的至少一个，例如可以预先记录有多个延迟时间和切换多个延迟时间的阈值。延迟部8在开始断开动作之前，取得切断电流、直流电压Vcc以及开关器件1的温度的检测值中的至少一个来作为电力转换装置的运转状态，可以根据检测值是否在阈值以上来切换延迟时间。
此外，延迟部8也可以根据表示电力转换装置的运转状态的值是否在规定的阈值以上，在当前的延迟时间上加上或减去规定时间，从而调整延迟时间。
如上所述，根据本实施方式，延迟部8能够根据电力转换装置的运转状态，设定用于兼顾断开损耗的降低和浪涌电压的抑制的最佳延迟时间。由此，根据本实施方式的栅极驱动电路，在开关器件1的断开动作时，根据电力转换装置的运转状态，调整停止断开用高速驱动部5的动作的时刻，在各运转状态下能够兼顾断开损耗的降低和浪涌电压的抑制。
即，根据本实施方式，能够提供抑制开关器件中的浪涌电压并且降低开关损耗的栅极驱动电路和电力转换装置。
接着，参照附图详细说明第三实施方式的栅极驱动电路和电力转换装置。此外，在以下的说明中，对于与上述第一实施方式和第二实施方式相同的结构，赋予相同的符号并省略说明。
图9是概略性地表示第三实施方式的栅极驱动电路的一个构成例的图。
与上述第一实施方式和第二实施方式的栅极驱动电路的不同点在于，本实施方式的栅极驱动电路2代替断开用高速驱动部5而具有第一断开用高速驱动部5A和第二断开用高速驱动部5B，延迟部8分别对第一断开用高速驱动部5A和第二断开用高速驱动部5B输出用于切换动作状态(动作或停止)的信号。
延迟部8取得电力转换装置的运转状态，根据电力转换装置的运转状态输出切换第一断开用高速驱动部5A和第二断开用高速驱动部5B的动作状态的信号。此外，在以下的说明中，将从延迟部8输入到第一断开用高速驱动部5A的信号的真值作为第一输出真值，将从延迟部8输入到第二断开用高速驱动部5B的信号的真值作为第二输出真值。从延迟部8输入到第一断开用高速驱动部5A和第二断开用高速驱动部5B的信号不限于2值信号，信号值在规定阈值以下时的真值为0，在超过了规定阈值时真值为1。
延迟部8例如在漏极电流Id的检测值小于电流阈值、且延迟后的漏极源极间电压Vds的值为规定的阈值以下时，将第一断开用高速驱动部5A设为动作状态(第一输出真值＝0)，在漏极电流Id的检测值为电流阈值以上时，以及延迟后的漏极源极间电压Vds的值超过了规定的阈值时，将第一断开用高速驱动部5A设为停止状态(第一输出真值＝1)。
延迟部8例如在漏极电流Id的检测值为电流阈值以上、且延迟后的漏极源极间电压Vds的值为规定的阈值以下时，将第二断开用高速驱动部设为动作状态(第二输出真值＝0)，在漏极电流Id的检测值小于电流阈值时、以及延迟后的漏极源极间电压Vds的值超过了规定的阈值时，将第二断开用高速驱动部5B设为停止状态(第二输出真值＝1)。
延迟部8取得表示电力转换装置的运转状态的值(例如切断电流(断开动作开始时的漏极电流Id)的值、直流电压Vcc的值、开关器件1的温度值)，根据所取得的值，能够分别调整对第一断开用高速驱动部5A的信号的延迟时间和对第二断开用高速驱动部5B的信号的延迟时间。
第一断开用高速驱动部5A和第二断开用高速驱动部5B在断开开关器件1时的速度(栅极电阻值)不同。
第一断开用高速驱动部5A包括与开关器件1的栅极端子电连接的第三断开用电阻器(未图示)。从上位控制装置向第一断开用高速驱动部5A输入栅极信号，输入从延迟部8输出的用于切换动作状态(动作或停止)的信号。
第一断开用高速驱动部5A构成为，在从延迟部8输入的信号的第一输出真值为1时(例如，漏极电流Id的检测值小于电流阈值，且延迟后的漏极源极间电压Vds超过了规定的阈值时)，停止经由第三断开用电阻器对栅极端子施加使开关器件1断开的控制信号(栅极电压)的动作。
另外，第一断开用高速驱动部5A构成为，在从延迟部8输入的信号的第一输出真值为0时(例如漏极电流Id的检测值为电流阈值以上的期间、以及延迟后的漏极源极间电压Vds为规定的阈值以下时)，进行经由第三断开用电阻器对栅极端子施加使开关器件1断开的控制信号(栅极电压)的动作。
第二断开用高速驱动部5B包括与开关器件1的栅极端子电连接的第四断开用电阻器(未图示)。从上位控制装置向第二断开用高速驱动部5B输入栅极信号，从延迟部8输入用于切换动作状态(动作或停止)的信号。
第二断开用高速驱动部5B在从延迟部8输入的信号的第二输出真值为1时(例如漏极电流Id的检测值为电流阈值以上、且延迟后的漏极源极间电压Vds超过了规定的阈值时)，停止经由第四断开用电阻器对栅极端子施加使开关器件1断开的控制信号(栅极电压)的动作。
另外，第二断开用高速驱动部5B构成为，在从延迟部8输入的信号的第二输出真值为0时(例如漏极电流Id的检测值小于电流阈值的期间、以及延迟后的漏极源极间电压Vds为规定的阈值以下时)，进行经由第四断开用电阻器对栅极端子施加使开关器件1断开的控制信号(栅极电压)的动作。
图10是用于说明在第三实施方式中，延迟部切换第一断开用高速驱动部和第二断开用高速驱动部的动作状态的动作的一例的图。
在本实施方式中，第三断开用电阻器的电阻值比第四断开用电阻器的电阻值小。第一断开用高速驱动部5A能够以比第二断开用高速驱动部5B高的速度断开开关器件1。
开关器件1断开时的漏极源极间电压Vds的电压变化率和损耗成为权衡的关系。通过第一断开用高速驱动部5A断开开关器件1时的漏极源极间电压Vds的电压变化率比通过第二断开用高速驱动部5B断开开关器件1时的漏极源极间电压Vds的电压变化率大。另一方面，通过第一断开用高速驱动部5A断开开关器件1时产生的损耗比通过第二断开用高速驱动部5B断开开关器件1时产生的损耗小。
本实施方式的栅极驱动电路2例如被控制为，在通过第一断开用高速驱动部5A断开开关器件1时，将漏极源极间电压Vds的电压变化率达到允许值的检测电流(漏极电流Id)值设为切断电流的电流阈值，根据从延迟部8供给的信号，在切断电流的值小于电流阈值时，第一断开用高速驱动部5A动作，在检测电流值为电流阈值以上时，第二断开用高速驱动部5B动作。
如上所述，通过使断开速度不同的第一断开用高速驱动部5A和第二断开用高速驱动部5B根据切断电流的值而进行切换动作，能够抑制断开开关器件1时的浪涌电压并且降低断开时产生的损耗。
图11是用于说明在第三实施方式中断开开关器件时的栅极驱动电路的动作的一例的时序图。
这里，用时序图示出了输入到栅极驱动电路2的栅极信号、开关器件1的漏极源极间电压Vds以及栅极源极间电压Vgs、漏极电流Id、电压检测部7的输出真值、从延迟部8输出的信号的第一输出真值和第二输出真值、第一断开用高速驱动部5A的动作状态(动作或停止)、第二断开用高速驱动部5B的动作状态(动作或停止)、断开用低速驱动部6的动作状态(动作或停止)的一例。
在该例子中，在栅极信号变为断开的时刻，切断电流为电流阈值以上，从延迟部8供给至第一断开用高速驱动部5A的信号的第一输出真值为1，第一断开用高速驱动部5A停止。因此，在该例子中，第一断开用高速驱动部5A不进行开关器件1的断开动作。
例如，如上所述，在栅极信号变为断开的时刻，通过比较电流阈值和切断电流来决定断开开关器件1的驱动部，然后保持该上述比较结果，完成开关器件1的断开。
另外，在栅极信号变为断开的时刻，切断电流为电流阈值以上，且漏极源极间电压Vds为接通时的电压值(规定的阈值以下)，供给至第二断开用高速驱动部5B的信号的第二输出真值为0，第二断开用高速驱动部5B变为动作状态。然后，当漏极源极间电压Vds根据从第二断开用高速驱动部5B和断开用低速驱动部6供给的控制信号而上升时，在该规定时间(延迟时间)后，第二输出真值成为1，第二断开用高速驱动部5B停止。
然后，根据从断开用低速驱动部6供给的控制信号，完成开关器件1的断开。
如上所述，通过根据切断电流的值来切换断开开关器件1的速度不同的驱动部的动作，能够兼顾断开损耗的降低和浪涌电压的抑制。
即，根据本实施方式，能够提供抑制开关器件中的浪涌电压并且降低开关损耗的栅极驱动电路和电力转换装置。
此外，在本实施方式中，针对具有2个断开用高速驱动部的栅极驱动电路2进行了说明，但栅极驱动电路2也可以具有3个以上的断开用高速驱动部。在这种情况下，通过对开关器件1的切断电流设定多个电流阈值，切换3个以上的断开用高速驱动部的动作状态，能够得到与上述栅极驱动电路2相同的效果。
接着，参照附图详细说明第四实施方式的栅极驱动电路和电力转换装置。此外，在以下的说明中，对于与上述第一实施方式至第三实施方式相同的结构，赋予相同的符号并省略说明。
图12是概略性地表示第四实施方式的栅极驱动电路的一个构成例的图。
本实施方式的栅极驱动电路2在代替断开用低速驱动部6而具备第一断开用低速驱动部6A、第二断开用低速驱动部6B以及切换部17这一点上，与上述第二实施方式不同。
第一断开用低速驱动部6A从切换部17接收栅极信号和切换动作状态(动作或停止)的信号。第一断开用低速驱动部6A根据来自切换部17的信号的值，执行或停止断开开关器件1的动作。第一断开用低速驱动部6A包含与开关器件1的栅极端子连接的第五断开用电阻器(未图示)，经由第五断开用电阻器对开关器件1的栅极端子施加控制信号。
第二断开用低速驱动部6B从切换部17接收栅极信号和切换动作状态(动作或停止)的信号。第二断开用低速驱动部6B根据来自切换部17的信号的值，执行或停止断开开关器件1的动作。第二断开用低速驱动部6B包含与开关器件1的栅极端子连接的第六断开用电阻器(未图示)，经由第六断开用电阻器对开关器件1的栅极端子施加控制信号。
第一断开用低速驱动部6A和第二断开用低速驱动部6B断开开关器件1的速度不同。在本实施方式中，第一断开用低速驱动部6A能够以比第二断开用低速驱动部6B高的速度断开开关器件1。换言之，第一断开用低速驱动部6A的第五断开用电阻器的电阻值(栅极电阻值)比第二断开用低速驱动部6B的第六断开用电阻器的电阻值(栅极电阻值)小。
切换部17根据电力转换装置的运转状态，对第一断开用低速驱动部6A和第二断开用低速驱动部6B输出切换动作状态的信号。
图13是用于说明在第四实施方式中，切换部切换第一断开用低速驱动部和第二断开用低速驱动部的动作状态的动作的一例的图。
在开关器件1断开时产生的峰值浪涌电压和损耗成为权衡的关系。通过第一断开用低速驱动部6A断开开关器件1时的峰值浪涌电压比通过第二断开用低速驱动部6B断开开关器件1时的峰值浪涌电压大。另一方面，通过第一断开用低速驱动部6A断开开关器件1时产生的损耗比通过第二断开用低速驱动部6B断开开关器件1时产生的损耗小。
本实施方式的栅极驱动电路2例如被控制为，将通过第一断开用低速驱动部6A断开开关器件1时产生的峰值浪涌电压达到允许值的检测电流(漏极电流Id)值设为切断电流的电流阈值，根据从切换部17供给的信号，在切断电流的值小于电流阈值时，第一断开用低速驱动部6A动作，在检测电流值为电流阈值以上时，第二断开用低速驱动部6B动作。
如上所述，通过使断开速度不同的第一断开用低速驱动部6A和第二断开用低速驱动部6B根据切断电流的值进行切换动作，能够抑制断开开关器件1时的浪涌电压并且降低断开时产生的损耗。
图14是用于说明在第四实施方式中断开开关器件时的栅极驱动电路的动作的一例的时序图。
这里，用时序图示出了输入到栅极驱动电路2的栅极信号、开关器件1的漏极源极间电压Vds以及栅极源极间电压Vgs、漏极电流Id、电压检测部7的输出真值、从延迟部8输出的信号的输出真值、断开用高速驱动部5的动作状态(动作或停止)、切换部17的输出值状态、第一断开用低速驱动部6A的动作状态(动作或停止)、第二断开用低速驱动部6A的动作状态(动作或停止)的一例。
在该例子中，在栅极信号成为断开的时刻，切断电流为电流阈值以上，切换部17的输出值成为使第一断开用低速驱动部6A停止，使第二断开用低速驱动部6B动作的值。因此，在该例子中，第一断开用低速驱动部6A不进行开关器件1的断开动作。
例如，如上所述，在栅极信号变为断开的时刻，通过比较电流阈值和切断电流来决定断开开关器件1的驱动部，然后保持该上述比较结果，完成开关器件1的断开。
在根据延迟部8的输出信号使断开用高速驱动部5停止后，根据从第二断开用低速驱动部6B供给的控制信号，完成开关器件1的断开。
如上所述，通过根据切断电流的值来切换断开开关器件1的速度不同的驱动部的动作，能够兼顾断开损耗的降低和浪涌电压的抑制。
即，根据本实施方式，能够提供抑制开关器件中的浪涌电压并且降低开关损耗的栅极驱动电路和电力转换装置。
此外，在本实施方式中，针对具有2个断开用低速驱动部的栅极驱动电路2进行了说明，但栅极驱动电路2也可以具有3个以上的断开用低速驱动部。在这种情况下，通过对开关器件1的切断电流设定多个电流阈值并切换3个以上的断开用低速驱动部的动作状态，能够得到与上述栅极驱动电路2相同的效果。
接着，参照附图详细说明第五实施方式的栅极驱动电路和电力转换装置。此外，在以下的说明中，对于与上述第一实施方式至第四实施方式相同的结构，赋予相同的符号并省略说明。
图15是概略性地表示第五实施方式的栅极驱动电路的一个构成例的图。
本实施方式的栅极驱动电路2在具备短路保护用电压检测部(第二电压检测部)14、短路保护判定部(判定部)15、短路保护用切断动作部16这一点上，与上述第一实施方式不同。
短路保护用电压检测部14检测开关器件1的漏极源极间电压Vds的值，并将检测值输出到短路保护判定部15。
短路保护判定部15根据栅极信号和由短路保护用电压检测部14检测出的漏极源极间电压Vds的值，判定开关器件1的短路。短路保护判定部15例如在尽管栅极信号处于接通电平但开关器件1的漏极源极间电压Vds未降低的情况下，判定为开关器件1的短路。短路保护判定部15在判定为开关器件1短路时，停止断开用高速驱动部5、断开用低速驱动部6以及接通用驱动部4，通过短路保护用切断动作部16强制地切断开关器件1。
短路保护用切断动作部16根据来自短路保护判定部15的切断信号，切断开关器件1的短路路径。在本实施方式中，短路保护用切断动作部16在接收到切断信号时，对栅极端子施加断开开关器件1的电压。
图16是用于说明在第五实施方式中接通开关器件时的栅极驱动电路的动作的一例的时序图。
当栅极信号从断开变为接通时，接通用驱动部4成为动作状态，从接通用驱动部4向开关器件1的栅极端子施加控制信号(栅极电压)。短路保护用电压检测部14检测开关器件1的漏极源极间电压Vds的值，并向短路保护判定部15供给检测值。
短路保护判定部15根据从短路保护用电压检测部14供给的漏极源极间电压Vds的值和栅极信号的值，判定开关器件1的短路。在图16所示的例子中，虽然栅极信号为接通，但漏极源极间电压Vds没有降低到开关器件1接通时的通常的值。在这种情况下，短路保护判定部15例如在从栅极信号变为接通开始经过规定时间后漏极源极间电压超过了规定的阈值的情况下，判定为开关器件1短路。
短路保护判定部15在判定为开关器件1短路时，使断开用高速驱动部5、断开用低速驱动部6以及接通用驱动部4的动作停止，并向短路保护用切断动作部16输出强制切断信号。
短路保护用切断动作部16在从短路保护判定部15接收到强制切断信号时，使开关器件1断开。短路保护用切断动作部16能够以比断开用低速驱动部6低的速度断开开关器件1。
此外，在开关器件1的短路保护切断时，成为切断短路时的大电流的动作，所以为了抑制浪涌电压，需要低速切断。因此，在本实施方式的栅极驱动电路2中，在短路切断时，预先使断开用高速驱动部5和断开用低速驱动部6成为停止状态，仅通过短路保护用切断动作部16进行切断动作，由此能够抑制短路保护切断时的浪涌电压。
如上所述，根据本实施方式的栅极驱动电路2和电力转换装置，在开关器件1短路而进行短路保护切断时，也能够抑制浪涌电压。
即，根据本实施方式，能够提供抑制开关器件中的浪涌电压并且降低开关损耗的栅极驱动电路和电力转换装置。
接着，参照附图详细说明第六实施方式的栅极驱动电路和电力转换装置。此外，在以下的说明中，对于与上述第一实施方式至第五实施方式相同的结构，赋予相同的符号并省略说明。
图17是概略性地表示第六实施方式的栅极驱动电路的一个构成例的图。
本实施方式的栅极驱动电路2在具备短路保护判定部15这一点上与上述第一实施方式不同。
电压检测部7检测开关器件1的漏极源极间电压Vds的值，将检测值输出到延迟部8和短路保护判定部15。即，在本实施方式的栅极驱动电路2中，电压检测部7还包括上述第五实施方式中的短路保护用电压检测部14的功能。
短路保护判定部15根据栅极信号和由电压检测部7检测出的漏极源极间电压Vds的值，判定开关器件1的短路。短路保护判定部15例如在尽管栅极信号处于接通电平但开关器件1的漏极源极间电压Vds未降低的情况下，判定为开关器件1的短路。短路保护判定部15在判定为开关器件1短路时，停止断开用高速驱动部5和接通用驱动部4，通过断开用低速驱动部6强制切断开关器件1。
即，在本实施方式的栅极驱动电路2中，在判定为开关器件1短路时，断开用低速驱动部6作为上述第五实施方式中的短路保护用切断动作部16发挥功能。
图18是用于说明在第六实施方式中接通开关器件时的栅极驱动电路的动作的一例的时序图。
当栅极信号从断开变为接通时，接通用驱动部4成为动作状态，从接通用驱动部4向开关器件1的栅极端子施加控制信号(栅极电压)。电压检测部7检测开关器件1的漏极源极间电压Vds的值，并向短路保护判定部15供给检测值。
短路保护判定部15根据从电压检测部7供给的漏极源极间电压Vds的值和栅极信号的值，判定开关器件1的短路。在图17所示的例子中，虽然栅极信号成为接通，漏极源极间电压Vds暂时降低，但此后漏极源极间电压Vds上升而成为直流电压。在这种情况下，短路保护判定部15例如在从栅极信号变为接通开始经过规定时间后漏极源极间电压超过了规定的阈值的情况下，判定为开关器件1短路。
短路保护判定部15在判定为开关器件1短路时，使断开用高速驱动部5和接通用驱动部4的动作停止，向断开用低速驱动部6输出强制切断信号。
断开用低速驱动部6在从短路保护判定部15接收到强制切断信号时，使开关器件1断开。此时，断开用低速驱动部6也可以构成为以比正常断开开关器件1时低的速度来断开开关器件1。
在本实施方式的栅极驱动电路2中，使断开用低速驱动部6具有作为短路保护用切断动作部16的功能，在短路切断时，通过由断开用低速驱动部6进行强制切断动作，可以省略短路保护用切断动作部16，同时抑制短路保护切断时的浪涌电压。另外，通过使电压检测部7具有短路保护用电压检测部的功能，可以省略短路保护用电压检测部。因此，根据本实施方式的栅极驱动电路2，与第五实施方式的栅极驱动电路相比，通过削减部件数量，能够降低成本。
即，根据本实施方式，能够提供抑制开关器件中的浪涌电压并且降低开关损耗的栅极驱动电路和电力转换装置。
虽然已经描述了本发明的一些实施例，但是这些实施例是作为例子而给出的，并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式来实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式或其变形包含在发明的范围或主旨中，并且包含在与请求专利权的技术方案所记载的发明均等的范围中。

Claims (6)

1.一种栅极驱动电路，其特征在于，具备：
电压检测部，其检测开关器件的第一端子和第二端子之间的端子间电压；
延迟部，其使从所述电压检测部取得的所述端子间电压的检测值延迟规定时间并输出；
第一断开用驱动部和第二断开用驱动部，其在断开所述开关器件时，向所述开关器件的控制端子施加控制信号，
所述第一断开用驱动部能够以比所述第二断开用驱动部高的速度来断开所述开关器件，在从所述延迟部输出的延迟后的电压检测值超过了规定的阈值时，所述第一断开用驱动部停止动作。
2.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，
所述延迟部中的延迟时间比将所述开关器件的断开完成时的所述端子间电压的值除以所述开关器件断开时的所述端子间电压的变化率的最大值而得到的值小。
3.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，
所述延迟部取得所述开关器件的切断电流，根据所取得的切断电流的值调整延迟的时间。
4.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，
所述栅极驱动电路还具备：
第二电压检测部，其检测所述端子间电压；
判定部，其根据由所述第二电压检测部检测出的所述端子间电压的检测值和控制所述开关器件的动作的上位控制信号的值，判定所述开关器件的短路，在判定为所述开关器件短路时，停止所述第一断开用驱动部和所述第二断开用驱动部，并且输出强制切断信号；以及
短路保护用切断动作部，其在接收到所述强制切断信号时，切断所述开关器件。
5.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，
所述栅极驱动电路还具备：
判定部，其根据由所述电压检测部检测出的所述端子间电压的检测值和控制所述开关器件的动作的上位控制信号的值，判定所述开关器件的短路，在判定为所述开关器件短路时，停止所述第一断开用驱动部，并且向所述第二断开用驱动部输出强制切断信号，
所述第二断开用驱动部在接收到所述强制切断信号时，切断所述开关器件。
6.一种电力转换装置，其特征在于，具备：
权利要求1至5中任一项所述的栅极驱动电路；以及
根据从所述栅极驱动电路输出的控制信号来控制动作的所述开关器件。
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