CN1879282B

CN1879282B - 栅极驱动电路

Info

Publication number: CN1879282B
Application number: CN2004800327874A
Authority: CN
Inventors: 田井裕通
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2003-09-10
Filing date: 2004-09-10
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2024-09-10
Also published as: EP1667314A4; CN101860181A; CN1879282A; CN101860181B; EP1667314A1; US20070080738A1; JP2005086940A; WO2005027328A1; JP4342251B2; US7570102B2

Abstract

本发明以具有电流驱动单元(6)为特征，该电流驱动单元将对于功率开关元件(9)的主电极之间所施加的电压用电阻(4a，4b)进行分压而生成的电压作为电源电压，同时与功率开关元件(9)的主电极之间所施加的电压相对应向栅极电极提供电流。该电流驱动单元(6)由于将对于功率开关元件(9)的主电极之间所施加的电压进行电阻分压而生成的电压用作为电源电压，因此仅利用附加分压电阻，就能够确保电流驱动单元(6)的电源电压。

Description

栅极驱动电路

技术领域

本发明涉及驱动功率开关元件的栅极驱动电路。

背景技术

采用功率开关元件的功率变换器，随着开关元件实现大容量及高速化正一步步地扩大其应用范围。在这样的功率开关元件中，特别是最近不断扩大应用领域的元件是MOS栅极型的开关元件、即绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和金属化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

IGBT或MOSFET是不会自己维持导通及关断状态的非闩锁型开关元件，与晶闸管等闩锁型的开关元件相比具有的最大优点是，能够通过栅极驱动以确保较高的控制性。这种非闩锁型开关元件在导通与关断的开关过渡期中，也能够利用栅极控制来抑制冲击电压及冲击电流，或者自由控制开关过渡期的电流或电压的斜率。

这样，作为利用栅极控制能够保护功率开关元件以防止冲击电流破坏的栅极驱动电路，已经的有：包括具有例如从控制输入用的栅极端将主电流的一部分进行分流作为元件电流检测电流的检测端的功率开关元件、从利用该检测端分流的电流检测电流减去一定电流的运算单元、在利用该运算单元减去一定电流后的电流检测电流的电流值为正时将该电流进行累计的累计单元、以及根据该累计单元的输出来控制功率开关元件的栅极端电压的控制单元(例如参照特开2000-224837号公报)。根据该栅极驱动电路，能够不通过反馈控制，稳定地控制流过功率开关元件的主电流。

在上述的栅极驱动电路中，对于除了栅极端以外、还具有检测端的功率开关元件，不通过反馈控制来对栅极端进行控制，保护功率开关元件以防止冲击电流。但是，对于没有检测端、仅具有栅极端的功率开关元件，一般是通过反馈控制来控制栅极端，保护功率开关元件以防止冲击电压等。

作为通过反馈控制来控制栅极端、保护功率开关元件以防止冲击电压等的以往的栅极驱动电路，有例如图1所示那样的电路。对于功率开关元件9的栅极电极(控制输入端)，从电压放大器2通过栅极电阻3供给栅极信号输出，通过这样进行功率开关元件9在通常动作条件下的栅极驱动。另外，同时对于功率开关元件9的栅极电极，从作为电流驱动单元的控制电流源6供给电流，通过这样进行功率开关元件9的有源栅极驱动。控制电流源6利用电压放大器5按照以下那样进行控制。即，利用电阻4a及4b对功率开关元件的主电极(集电极与发射极)之间所施加的主电压Vce进行分压，电压放大器5将这样分压得到的分电压检测信号作为输入信号进行输入，来对控制电流源6进行控制。参照标号10表示与功率开关元件9并联连接的续流二极管。

在上述的栅极驱动电路中，对于在功率开关元件9关断时产生的冲击电压如下那样进行控制。若由于来自外部的信号的影响，电压放大器2的输出电压减少，则通过栅极电阻3施加的栅极电压也降低。结果，若功率开关元件9的栅极电压低于由开关元件的静特性所决定的某一定的阈值电压，则流过功率开关元件9的电流开始降低，同时功率开关元件9的主电压Vce开始急剧上升。

主电压Vce利用分压电阻4a及4b和相位补偿电容13a及13b进行分压，作为主电压检测信号向电压放大器5输入。然后，用电压放大器5放大至适当的电平，对控制电流源6进行控制。因此，若主电压Vce的值超过一定的值，则利用从控制电流源6注入的电流，使功率开关元件9的栅极电压上升。通过这样，功率开关元件9恢复为导通状态，防止主电压Vce更进一步上升。利用上述栅极驱动电路的这样的动作，对功率开关元件9施加的主电压不会超过由电路所决定的一定值，抑制冲击电压的产生。

在采用除了栅极端以外还具有检测端的功率开关元件的栅极驱动电路中，对于该功率开关元件，不通过反馈控制来对栅极端进行控制，保护功率开关元件以防止冲击电流。但是，对于没有检测端、仅具有栅极端的功率开关元件，一般是通过反馈控制来对栅极端进行控制，保护功率开关元件以防止冲击电压等。

在通过反馈控制对栅极端进行控制、保护功率开关元件以防止冲击电压等

的栅极驱动电路中，如图1所示，控制电流源6的一端与栅极驱动电源1c的正端连接。之所以这样连接，是根据以下的理由。

功率开关元件9的栅极与发射极之间的电压Vge，由栅极驱动电源1a及1b来决定。该值在多数开关元件中为±15V左右。控制电流源6不管栅极与发射极之间的电压Vge的值如何，对于功率开关元件9的栅极电极，必须注入由电压放大器5的控制所决定的一定的电流。

因为若该电流不能保持一定，则由于栅极与发射极之间的电压Vge的变动，而控制电流源6的输出电流值变动，成为对主电压Vce的值进行反馈控制的误差的主要原因。因此，控制电流源6的电源电压必须采用比栅极与发射极之间的电压Vge的值尽可能高的值。实际上，考虑到电路的损耗等，作为栅极驱动电源1c的值，需要能够提供几伏至几十伏左右的电压的电源。这样，在图1所示的以往技术中，为了进行过渡期的栅极控制，不仅需要栅极驱动电源，还需要提供更高电压的电源。

另外，在图1所示的栅极驱动电路中，为了得到与功率开关元件9的主电压Vce成正比的主电压检测信号，要采用分压电阻4a及4b和相位补偿电容13a及13b，将主电压Vce进行分压，并以该分电压作为输入信号，用电压放大器5进行放大。在这样的构成中，为了减少功率损耗，电压放大器5必须具有足够大的输入阻抗。即，若该输入阻抗低，则必须减小分压电阻4a及4b的值，但在对功率开关元件9施加的主电压Vce达到几千伏的高电压变换器的情况下，若分压电阻4a及4b的值小，则在分压电阻4a及4b中，将产生很大的功率损耗。

本发明鉴于上述情况，其目的在于以低成本实现具有简单构成的有源栅极驱动单元的电源。本发明的其它目的在于提供能够降低进行栅极驱动用的控制用信号检测单元的功率消耗的栅极驱动电路。

发明内容

本发明第1形态有关的栅极驱动电路，是驱动功率开关元件的栅极电极的栅极驱动电路，具有接受基于功率开关元件的主电极之间所施加的主电压的规定电压作为电源电压、同时与主电压相对应地对栅极电极进行驱动的驱动单元。

根据上述栅极驱动电路，由于功率开关元件的栅极电极成为有源栅极驱动的对象，因此能够有效保护功率开关元件以防止冲击电压等。而且，由于该栅极驱动电路中具有的驱动单元利用基于功率开关元件的主电极之间所施加的电压(主电压)的规定电压作为电源电压，因此能够简化有源栅极驱动单元的电源，能够降低制造成本。

本发明第2形态有关的栅极驱动电路，是在上述栅极驱动电路中，规定电压是通过将主电压进行电阻分压而生成的电压，驱动单元是与上述主电压相对应地向栅极电极提供电流的电流驱动单元。该电流驱动单元采用通过将功率开关元件的主电极之间所施加的电压进行电阻分压而生成的电压作为电源电压。即，仅通过附加分压电阻，就能够确保电流驱动单元的电源电压。

本发明第3形态有关的栅极驱动电路，是在第1形态有关的栅极驱动电路中，规定电压是利用将主电压进行电阻分压而生成的电压通过二极管进行充电的电容器之间的电压，驱动单元是与主电压相对应地向栅极电极提供电流的电流驱动单元。该构成除了简单的构成及降低制造成本的优点以外，还具有以下的优点。在功率开关元件的主电极之间，一般加上脉冲状的电压，但通过将主电极之间所施加的电压进行电阻分压而生成的电压利用二极管及电容器进行滤波。电流驱动单元由于将该滤波后的电压作为电源电压进行动，因此保证更可靠的有源栅极驱动。

本发明第4形态有关的栅极驱动电路，是驱动功率开关元件的栅极电极的栅极驱动电路，具有接受基于功率开关元件的主电极之间所施加的主电压的规定电压作为电源电压、同时与主电压相对应地对栅极电极进行驱动的驱动单元，规定电压是利用将主电压进行电阻分压而生成的电压通过二极管进行充电的电容器之间的电压，电容器的另一端与栅极驱动电路本体用的电源的正端连接，而且驱动单元是与主电压相对应地向栅极电极提供电流的电流驱动单元。电流驱动单元动作所必需的电源电压与功率开关元件的通常动作时用的栅极驱动电源电压相比，仅高所需要的值。通过将充电用电容器的另一端与栅极驱动电路本体的电源的正端连接，与栅极驱动电路本体的电源电压相比，将高出对电容器的充电电压大小的电压提供电流驱动单元，作为电源电压。

本发明第5形态有关的栅极驱动电路，是驱动功率开关元件的栅极电极的栅极驱动电路，具有接受基于功率开关元件的主电极之间所施加的主电压的规定电压作为电源电压、同时与主电压相对应地对栅极电极进行驱动的驱动单元，规定电压是在主电极之间与电阻串联连接的稳定二极管之间的电压，驱动单元是与主电压相对应地向栅极电极提供电流的电流驱动单元。根据该构成，通过采用稳压二极管，能够维持简单的电路配置，同时对电流驱动单元提供电源电压。而且，由于利用稳压二极管的两端电压作为电源电压，因此电流驱动单元能够利用稳定的电源电压动作，维持可靠的有源栅极驱动。

本发明第6形态有关的栅极驱动电路，是在第1形态有关的栅极驱动电路中，规定电压是在主电极之间与电阻串联连接的稳定二极管之间的电压，稳压二极管的另一端与栅极驱动电路本体用的电源的正端连接，而且驱动单元是与主电压相对应地向栅极电极提供电流的电流驱动单元。与栅极驱动电路本体的电源电压相比，将高出稳压二极管的端子间电压大小的电压供给电流驱动单元，作为电源电压。

本发明第7形态有关的栅极驱动电路，是在第1形态有关的栅极驱动电路中，规定电压是在主电极之间与电阻串联连接的稳定二极管之间的电压，电容器与稳压二极管并联连接，而且驱动单元是与主电压相对应地向栅极电极提供电流的电流驱动单元。本形态的栅极驱动电路除了本发明第5形态有关的栅极驱动电路具有的效果以外，还具有将稳压二极管之间的电压滤波，使电流驱动单元进行的栅极电极驱动稳定的效果。

本发明第8形态有关的栅极驱动电路，是在第1形态有关的栅极驱动电路中，规定电压是通过将主电压进行电阻分压而生成的电压，驱动单元是在主电压超过规定电压值时，将与主电压相对应的电压施加在栅极电极上的电压驱动单元。该电压驱动单元采用通过将功率开关零件的主电极之间所施加的电压进行电阻分压而生成的电压作为电源电压。因此，能够实现具有简单构成的栅极驱动电路。而且，由于该电压驱动单元在主电极之间所施加的电压由于例如发生冲击电压而超过规定电压值时动作，因此能够确实保护功率开关元件以防止冲击电压等。

本发明第9形态有关的栅极驱动电路，是在第1形态有关的栅极驱动电路中，规定电压是利用将主电压进行电阻分压而生成的电压通过二极管进行充电的电容器之间的电压，驱动单元是在主电压超过规定电压值时、将与主电压相对应的电压施加在栅极电极上的电压驱动单元。根据该构成，将滤波后的电压作为电源电压施加在电压驱动单元上，这样实现可靠的栅极驱动。另外，由于该电压驱动单元在主电极之间所施加的电压超过规定电压值时动作，因此确实保护开关元件以防止冲击电压等。

本发明第10形态有关的发明，是驱动功率开关元件的栅极电极的栅极驱动电路，具有接受基于功率开关元件的主电极之间所施加的主电压的规定电压作为电源电压、同时与主电压相对应地对栅极电极进行驱动的驱动单元，规定电压是利用将主电压进行电阻分压而生成的电压通过二极管进行充电的电容器之间的电压，电容器的另一端与栅极驱动电路本体用的电源的正端连接，而且驱动单元是在主电压超过规定电压值时、将与主电极相对应的电压施加在栅极电极上的电压驱动单元。通过将电容器的另一端与栅极驱动电路本体的电源的正端连接，与栅极驱动电路本体的电源电压相比，将高出电容器的两端电压大小的电压供给电压驱动单元，作为电源电压。

本发明第11形态有关的栅极驱动电路，是驱动功率开关元件的栅极电极的栅极驱动电路，具有接受基于功率开关元件的主电极之间所施加的主电压的规定电压作为电源电压、同时与主电压相对应地对栅极电极进行驱动的驱动单元，规定电压是在主电极之间与电阻串联连接的稳压二极管之间的电压，驱动单元是在主电压超过规定电压值时、将与主电压相对应的电压施加在栅极电极上的电压驱动单元。由于该电源驱动单元利用稳压二极管的端子之间的电压作为电源电压，因此能够维持简单的电路配置。而且，该电压驱动单元在主电极之间的电压由于冲击电压等而超过规定电压值时动作，能够确实保护开关元件。

本发明第12形态有关的栅极驱动电路，是在第1形态有关的栅极驱动电路中，前述规定电压是在前述主电极之间与电阻串联连接的稳压二极管之间的电压，前述稳压二极管的另一端与栅极驱动电路本体用的电源的正端连接，而且前述驱动单元是在前述主电压超过规定电压值时将与前述主电压相对应的电压施加在前述栅极电极上的电压驱动单元。与栅极驱动电路本体的电源电压相比，将高出稳压二极管的端子间电压大小的电压供给电压驱动单元，作为电源电压。

本发明第13形态有关的栅极驱动电路，是在第1形态有关的栅极驱动电路中，规定电压是在主电极之间与电阻串联连接的稳压二极管之间的电压，电容器与稳压二极管并联连接，而且驱动单元是在主电压超过规定电压值时、将与主电压相对应的电压施加在栅极电极上的电压驱动单元。本形态的栅极驱动电路除了第11形态有关的栅极驱动电路具有的效果以外，还具有将稳压二极管之间的电压滤波、使电流驱动单元进行的栅极电极驱动稳定的效果。

本发明第14形态有关的栅极驱动电路，是驱动功率开关元件的栅极电极的栅极驱动电路，具有接受基于功率开关元件的主电极之间所施加的主电压的规定电压作为电源电压、同时与主电压相对应地对栅极电极进行驱动的驱动单元，还具有在功率开关元件的主电极之间互相串联连接的至少一个电阻、以及检测流过该电阻的电流的电流检测单元，将电流检测单元检测的信号，用作为生成与主电压相对应的、驱动栅极电极的电流或电压的控制用信号。流过将电阻与电流检测单元串联连接的电路的电流与功率开关元件的主电极之间所施加的电压成正比。因而，控制用信号、即与功率开关元件的主电极之间所施加的电压成正比的主电压检测信号能够作为电流检测单元的检测信号进行检测。

本发明第15形态有关的栅极驱动电路，是在第1形态有关的栅极驱动电路中，还具有在前述功率开关元件的主电极之间互相串联连接的至少一个电阻、以及检测流过该电阻的电流的电流检测单元、以及与前述电阻并联连接的相位补偿用的电容器，将前述电流检测单元检测的信号，用作为生成与前述主电压相对应的、驱动前述栅极电极的电流或电压的控制用信号。能够抑制将电阻与电流检测单元串联连接的控制用信号检测电路的频率特性的恶化，高精度检测控制用信号。

本发明第16形态有关的栅极驱动电路，是在第1形态有关的栅极驱动电路中，在功率开关元件的主电极之间还具有双极型晶体管、以及与该双极型晶体管的主电极电路串联连接的至少一个电阻，将通过检测流过主电极电路的电流所得到的信号，用作为生成与主电压相对应的驱动栅极电极的电流或电压的控制用信号。

通过双极型晶体管的发射极和基极、流过该主电极电路例如集电极电路的电流与功率开关元件的主电极之间所施加的电压成正比。因此，控制用信号能够将流过该双极型晶体管的主电极电路的电流通过电电阻作为电压信号进行检测，或者作为用电流放大器放大的电流放大信号进行检测。在作为该电流放大信号来检测控制用信号时，不管电流放大器的输入阻抗如何，流过双极型晶体管的主电极电路的电流能够设定为任意值。因此，通过调节与双极型晶体管的主电极电路串联连接的电阻值，能够实现消耗功率少的控制用信号检测电路。

本发明第17形态有关的栅极驱动电路，是驱动功率开关元件的栅极电极的栅极驱动电路，具有接受基于功率开关元件的主电极之间所施加的主电压的规定电压作为电源电压、同时与主电压相对应地对栅极电极进行驱动的驱动单元，在功率开关元件的主电极之间具有输入侧晶体管电路、与该输入侧晶体管一起构成电流镜电路的输出侧晶体管电路、以及与输入侧晶体管电路串联连接的至少一个电阻，将通过检测流过输出侧晶体管的电流所得到的信号，用作为生成与主电压相对应的、驱动栅极电极的电流或电压的控制用信号。

流过电流镜电路的输入侧晶体管电路的电流与功率开关元件的主电极之间所施加的电压成正比。因此，控制用信号与上述相同，能够将流过输出侧晶体管电路的电流通过电阻作为电压信号进行检测，或者作为用电流放大器放大的电流放大信号进行检测。因此，在本发明中，也能够实现消耗功率少的控制用信号检测电路。

另外，根据本发明第14至第17形态，则除了上述共同的效果以外，还由于在功率开关元件的主电极之间将电阻与电流检测单元串联连接，进行有源栅极驱动用的控制用信号是采用电流检测单元检测的信号，因此在将流过该电流检测单元的电流采用电流放大器、作为电流放大信号来检测控制用信号时，流过电阻与电流检测单元的串联连接电路的电流通过调节电阻值能够设定为任意值。所以能够降低进行有源栅极驱动用的控制用信号检测单元的消耗功率。

附图说明

图1为以往的栅极驱动电路的电路图。

图2为本发明第1实施形态的栅极驱动电路的电路图。

图3为本发明第2实施形态的电路图。

图4为本发明第3实施形态的电路图。

图5为本发明第4实施形态的电路图。

图6为本发明第5实施形态的电路图。

图7为本发明第6实施形态的电路图。

图8为本发明第7实施形态的电路图。

图9为本发明第8实施形态的电路图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施形态。在图2及图9中，对于与图1所示的构成要素相同或相当的构成要素，附加同一标号，并省略多余及重复的说明。

(第1实施形态)

图2所示为本发明的第1实施形态的图。在本实施形态相关的栅极驱动电路中，作为电流驱动单元的控制电流源6的电源是下述那样构成的，即以代替图1中的栅极驱动电源1c。也就是说，利用电阻4a及4b对功率开关元件9的主电极(集电极与发电极)之间所施加的主电压Vce进行分压，利用这样分压而生成的电压通过二极管8向电容器7充电，使用该充电电压作为控制电流源6的电源电压。

下面，说明上述那样构成的本实施形态的动作。利用电阻4a及4b进行分压的电压值可以根据电阻4a与4b的分压比任意设定。因此，能够很容易将控制电流源6的电源电压值设定为超过栅极驱动电源1a的电压的所需要的值。

在功率开关元件9的主电极之间，一般施加脉冲状的电压，由于利用将功率开关元件9的主电压Vce通过电阻4a及4b进行分压而生成的电压通过二极管8向电容器7充电，因此将该充电电压进行滤波。由于电流驱动单元能够将该滤波后的充电电压作为电源电压，因此能够实现更可靠的有源栅极驱动。

另外，作为控制电流源6的电源，也可以直接采用将功率开关元件9的主电压Vce通过电阻4a及4b进行分压而生成的电压。但是，如上所述，功率开关元件9的主电压Vce由于一般包含脉冲状的电压，因此最好采用二极管8及电容器7，将滤波后的充电电压作为控制电流源6的电源，这能够实现更可靠的有源栅极驱动。

如上所述，在本实施形态中，作为有源栅极驱动单元的控制电流源6的电源是基于功率开关元件9的主电极之间所施加的电压而构成的。因此，不需要栅极驱动电源以外的电源，能够简化控制电流源6的电源的构成，并能够降低制造成本。

(第2实施形态)

图3所示为本发明的第2实施形态。在第1实施形态中，电容器7的低电位端与开关元件9的发射极端子侧连接。但是，由于进行有源栅极驱动用的控制电流源6动作的电源电压与功率开关元件9在通常动作条件下的栅极驱动电源1a的电压相比，必须高出规定值，因此在本实施形态中，将图2中的电容器7的低电位端与栅极驱动电路本体的栅极驱动电源1a的正端连接。

如图3所示，利用将电阻4a与4b的分压比设定为所需要比值的主电压Ve的分压电压，通过二极管8向电容器7充电，将比栅极电源1a的电压高出该充电电压大小的电压供给控制电流6，作为电源电压。在本实施形态中，由于通过有效利用功率开关元件9的主电极之间所施加的电压及栅极驱动电路本体的栅极电源1a，能够不用追加电压源，而构成控制电流源6的电源，因此能够降低栅极驱动电路的制造成本。

(第3实施形态)

图4所示为本发明的第3实施形态。在上述第1及第2实施形态中，作为有源栅极驱动单元是采用控制电流源6，但驱动功率开关元件9的栅极电极的有源栅极驱动单元利用电压驱动单元及电阻也能够实现。

如图4所示，在本实施形态的栅极驱动电路中，设置作为电压驱动单元的电压放大器11。对该电压放大器11加上电容器7的充电电压作为电源电压。利用电阻4a及4b对功率开关元件9的主电压Vce进行分压，电容器7利用这样分压而生成的电压通过二极管8进行充电。

电压放大器11的输出端通过电阻12与功率开关元件9的栅极电极连接。用该电压放大器11及电阻12构成有源栅极驱动单元。电压放大器11在通常的状态下不动作，而在功率开关元件9的主电极(集电极与发射极之间)的电压Vce超过某一定值时动作。换句话说，电压放大器11在检测出电压Vce超过某一定值的情况下动作。

另外，作为电压放大器11的电源电压，也可以直接采用将功率开关元件9的主电压Vce通过电阻4a及4b进行分压而生成的电压。但是，根据实现更可靠的有源栅极驱动的观点，最好是将利用二极管8及电容器7进行滤波后的电压施加在电压放大器11上。这是因为，功率开关元件9的主电压Vce一般包含脉冲状的电压。

(第4实施形态)

图5所示为本发明的第4实施形态，在上述第3实施形态中，电容器7的低电位端与开关元件9的发射极端连接。但是，在采用电压放大器11作为有源栅极驱动单元的本实施形态中，也能够将电容器7的低电位端与栅极驱动电路本体的栅极电源1a的正端连接。这样的构成所带来的优点在第2实施形态中已经叙述。

在本实施形态中，通过有效利用功率开关元件9的主电极之间所施加的电压及栅极驱动电路本体用的栅极电源1a，从而能够以低成本构成电压放大器11的电源电路。

(第5实施形态)

图6所示为本发明的第5实施形态。在上述各实施形态中，利用电阻4a及4b对功率开关元件9的主电压Vce进行分压，基于这样分压而生成的电压的电压，作为电源电压供给控制电流源6或电压放大器11。与此不同的是，在本实施形态中，使用基于稳压二极管生成的电压的电压。

在图6中，在功率开关元件9的主电极之间，将电阻14与具有所需要的稳压特性的稳压二极管15串联连接，该稳压二极管15的两端电压作为电源电压施加在电压放大器11上。电压放大器11在功率开关元件9的主电压Vce超过某一定值时动作。

稳压二极管15的两端电压通过选择具有所需要的稳压特性的稳压二极管，能够将电压放大器11的电源设定为最佳的电压值。另外，如前所述，由于功率开关元件9的主电压Vce一般包含脉冲状的电压，因此根据保证更可靠的有源栅极驱动的观点，最好与稳压二极管15并联电容器(未图示)，将滤波后的充电电压供给电压放大器11。再有，在本实施形态中，作为有源栅极驱动单元所示的例子是采用电压放大器11，但也可以采用前述的控制电流源以代替电压放大器11。

(第6实施形态)

图7所示为本发明的第6实施形态。在上述第5实施形态中，是将稳压二极管15的负端与开关元件9的发射极端子连接。但是，即使在采用稳压二极管15的两端电压作为电压放大器11的电源电压的构成中，也由于与第2实施形态中说明的理由相同的理由，可以将稳压二极管15的负端与栅极驱动电路本体的栅极电源1a的正端连接。在本实施形态中，也通过有效利用功率开关元件9的主电极之间所施加的电压及栅极驱动电路本体的栅极电源1a，从而能够以低成本构成电压放大器11的电源。

(第7实施形态)

图8所示为本发明的第7实施形态。在上述各实施形态中，控制电压放大器5(图2及图3)或电压放大器11(图4至图7)用的控制用信号、即与功率开关元件9的主电极之间所施加的电压Vce成正比的主电压检测信号，是利用电阻4a及4b对该功率开关元件9的主电极之间所施加的电压Vce进行分压而得到的电压。但是，主电压检测信号不限于电阻分压信号，也可以利用在功率开关元件9的主电极之间串联连接的至少一个电阻、以及检测流过该电阻的电流用的电流检测单元而得到的电流信号。

在本实形态中，上述电流检测单元是在主电极电路(集电极与发射极电路)中与电阻16串联连接的双极型晶体管17，使用检测该双极型晶体管17的主电极电路中流过的电流的信号作为主电压检测信号。

若对此具体进行说明，则在图8中，在功率开关元件9的集电极与双极型晶体管17的发射极之间连接电阻16，在功率开关元件9的发射极与双极型晶体管17的集电极之间连接电阻18。由于双极型晶体管17的发射极电流与集电极电流相互近似相等，因此流过电阻16的电流与流过电阻18的电流近似相等。所以，电阻18两端产生的电压与流过电阻16的电流成正比。

另外，若考虑到栅极电源1a的电压及双极型晶体管17的发射极与基极之间的电压大大小于功率开关元件9的主电极之间所施加的电压Vce，则电阻16的两端所加的电压与功率开关元件9的主电压Vce近似相等。即，电阻18两端产生的电压与功率开关元件9的主电极之间所施加的电压Vce成正比。

因此，主电压检测信号可以将流过该双极型晶体管17的主电极电路的电流通过电阻作为电压信号进行检测，或者作为用电流放大器放大的电流放大信号进行检测。在作为该电流放大信号来检测主电压检测信号时，不管电流放大器的输入阻抗如何，流过双极型晶体管17的主电极电路的电流能够设定为任意值。因此，通过调节与双极型晶体管17的主电极电路串联连接的电阻值，能够实现消耗功率少的主电压检测信号检测电路。

另外，通过与图8中的将电阻16、双极型晶体管17、以及电阻18串联连接而成的主电压检测信号检测电路的电阻16和18并联连接相位补偿用电容器(未图示)，能够抑制主电压检测信号检测电路的频率特性的恶化，高精度检测主电压检测信号。

(第8实施形态)

图9所示为本发明的第8实施形态。本实施形态是将采用两个晶体管19a及19b而构成的电流镜电路作为电流检测单元。在图9中，流过电阻16的电流输入至电流镜电路的输入侧晶体管电路(晶体管19a一侧的电路)，电流镜电路的输出侧晶体管电路(晶体管19b一侧的电路)的电流流过电阻18。因而，主电压检测信号与上述相同，将流过输出侧晶体管电路的电流通过电阻18作为电压信号进行检测，或者作为用电流放大器放大的电流放大信号进行检测。所以，在本实施形态中，也能够实现消耗功率少的主电压检测信号检测电路。

在电流镜电路的情况下，由于晶体管19a与19b使用特性近似相同的一对晶体管，而且在两个晶体管19a及19b的基极与发射极之间施加同一电压，因此两个晶体管19a与19b的集电极电流近似相等。所以，流过电阻16的电流与流过电阻18的电流近似相等，通过这样如上所述，能够通过电阻18得到主电压检测信号。另外，电流镜电路特别是适于集成化的电路，本实施形态是适于将控制电路集成化的方式。

本发明涉及驱动功率开关元件的栅极驱动电路，以低成本实现具有简单构成的有源栅极驱动单元的电源。因此，根据本发明，还能够以低成本实现应用功率开关元件的功率变换器。

Claims

1.一种栅极驱动电路，驱动功率开关元件(9)的栅极电极，其特征在于，

具有

接受基于功率开关元件(9)的主电极之间所施加的主电压的规定电压作为电源电压、同时与所述主电压相对应地对所述栅极电极进行驱动的驱动单元(6；11，12)，

还具有至少一个电阻(16，18)、以及检测流过该电阻的电流的电流检测单元(17；19a，19b)，所述至少一个电阻(16，18)以及所述电流检测单元(17；19a，19b)在所述功率开关元件(9)的主电极之间互相串联连接，

将所述电流检测单元(17；19a，19b)检测的信号，用作为生成与所述主电压相对应的、驱动所述栅极电极的电流或电压用的控制用信号。

2.如权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，

还具有与所述电阻并联连接的相位补偿用的电容器。