DE102021207090A1

DE102021207090A1 - Oberzweig-Ansteuerschaltung und Steuerverfahren für Oberzweig-Ansteuerschaltung

Info

Publication number: DE102021207090A1
Application number: DE102021207090.6A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Iesaka; Kenji Sakurai; Tomoya Taniguchi
Original assignee: Hitachi Power Semiconductor Device Ltd
Current assignee: Hitachi Power Semiconductor Device Ltd
Priority date: 2020-07-28
Filing date: 2021-07-06
Publication date: 2022-02-03
Also published as: KR102577722B1; JP2022024572A; CN114006519A; US11735997B2; US20220037984A1; JP7403404B2; KR20220014288A

Abstract

Eine Oberzweig-Ansteuerschaltung, die eine Gate-Spannung eines Oberzweig-Schaltelements halten kann, ohne eine Latch-Schaltung zu verwenden, und die in der Leistungsumsetzungsvorrichtung mit einer Brückenschaltung, die aus einem oberen Zweig und einem unteren Zweig besteht, eine Leistungsumsetzungsvorrichtung mit kleiner Größe und geringem Gewicht und auch mit hoher Zuverlässigkeit versehen kann, und ein Steuerverfahren für die Oberzweig-Ansteuerschaltung sind bereitgestellt. Die Oberzweig-Ansteuerschaltung zum Steuern des Ansteuerns des Oberzweig-Schaltelements der Leistungsumsetzungsvorrichtung umfasst: einen Kondensator, der zwischen einem Gate des oberen Schaltelements und einem Ausgangsanschluss der Leistungsumsetzungsvorrichtung angeordnet ist; eine Rückstromverhinderungsschaltung, die zwischen einer Leistungsversorgung der Leistungsumsetzungsvorrichtung und dem Kondensator angeordnet ist und die einen Stromfluss von einer ersten Anschlussseite der Rückstromverhinderungsschaltung, die mit der Leistungsversorgungsseite verbunden ist, zu einer zweiten Anschlussseite der Rückstromverhinderungsschaltung, die mit der Kondensatorseite verbunden ist, bewirkt und verhindert, dass ein Rückstrom von der zweiten Anschlussseite zu der ersten Anschlussseite fließt; und ein Schaltelement zum Kondensatorladen, das mit der ersten Anschlussseite oder mit der zweiten Anschlussseite der Rückstromverhinderungsschaltung so verbunden ist, dass es mit der Rückstromverhinderungsschaltung zwischen der Leistungsversorgung und dem Kondensator in Reihe geschaltet ist, und das synchron mit einem Befehlssignal, das das Oberzweig-Schaltelement einschaltet, eingeschaltet wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Konfigurationen von Ansteuerschaltungen zum Steuern der Ansteuerung von Leistungsumsetzungsvorrichtungen (Wechselrichtern) und bezieht sich insbesondere auf eine Technologie, die wirksam ist, wenn sie auf die Oberzweig-Ansteuerschaltung einer Leistungsumsetzungsvorrichtung angewendet wird.
Mit dem weltweit wachsenden Bewusstsein für Umweltschutz geht ein dringenderer Bedarf an Energieeinsparung einher, so dass Leistungsumsetzungsvorrichtungen (Wechselrichter) in verschiedenen Bereichen weite Verbreitung finden. Leistungsumsetzungsvorrichtungen, die in Antriebssystemen von Schienenfahrzeugen, Klimaanlagen und dergleichen installiert sind, stehen vor der wichtigen Herausforderung, wie die Leistungsumsetzungsvorrichtungen sehr ausgeklügelt und effektiv gemacht werden können und wie die Leistungsumsetzungsvorrichtungen in Größe und Gewicht verkleinert und sehr zuverlässig gemacht werden können.
Um die Größen- und Gewichtsreduzierung einer Leistungsumsetzungsvorrichtung (eines Wechselrichters) zu realisieren, wird es sehr wichtig, Leistungsvorrichtungen mit geringen Verlusten zu verwenden, weshalb anstelle von Leistungsvorrichtungen, die Si (Silicium) als Basismaterialien verwenden, verlustarme Leistungsvorrichtungen, die SiC (Siliciumcarbid) als Basismaterialien verwenden, weithin eingesetzt wurden. Darüber hinaus wurde auch die Entwicklung von Kühlsystemen mit verbesserten Kühlwirkungsgraden zum Kühlen von Leistungsvorrichtungen und die Entwicklung bezüglich der Herausforderungen der Größen- und Gewichtsreduzierung von Wechselrichtern vorangetrieben.
Als Teil des Standes der Technik auf diesem Gebiet existiert beispielsweise eine Technologie, die in der ungeprüften japanischen Patentanmeldungsschrift Nr. 2005-51821 offenbart ist. In der ungeprüften japanischen Patentanmeldungsschrift Nr. 2005-51821 heißt es: „Eine Pegelverschiebungsschaltung, die umfasst: ein oder mehrere steuerbare Halbleiterelemente, wobei die Potentialreferenzelektrode jedes steuerbaren Halbleiterelements mit einem gemeinsamen Potential verbunden ist und ein leitender Zustand zwischen der Potentialreferenzelektrode und der Hauptelektrode jedes steuerbaren Halbleiterelements während einer Periode gehalten wird, in der ein Leitungssignal zwischen der Potentialreferenzelektrode und der Steuerelektrode jedes steuerbaren Halbleiterelements eingegeben wird; eine Gleichstrom-Leistungsversorgung, wobei ein Pol der Gleichstrom-Leistungsversorgung mit einem vorbestimmten Teil einer externen Schaltung verbunden ist, dessen Potenzial zwischen einem gemeinsamen Potenzial und einem vorbestimmten hohen Potenzial schwankt, und die Gleichstrom-Leistungsversorgung eine Spannung aufweist, die niedriger ist als eine Spannung zwischen den obigen zwei Potentialen; einen oder mehrere Lastwiderstände, wobei ein Ende jedes Lastwiderstands mit dem anderen Pol der Gleichstrom-Leistungsversorgung verbunden ist und die anderen Enden der Lastwiderstände eins zu eins mit den Hauptelektroden der steuerbaren Halbleiterelemente verbunden sind; und eine Logikschaltung, die unter der Gleichstrom-Leistungsversorgung arbeitet, wobei ein pulsförmiges Leitungssignal in die Steuerelektrode jedes steuerbaren Halbleiterelements eingegeben wird und die Pegelverschiebungsschaltung einen pulsförmigen Spannungsabfall, der über einem Lastwiderstand erzeugt wird, aufgrund der Leitung jedes steuerbaren Halbleiterelements an jedes steuerbare Halbleiterelement als ein Signal an die Logikschaltung überträgt, und ein Widerstand zur Stromgegenkopplung zwischen die Potentialreferenzelektrode jedes steuerbaren Halbleiterelements und das gemeinsame Potential eingefügt ist, so dass eine Spannung zwischen der Steuerelektrode und dem gemeinsamen Potential zu der Zeit der Leitungjedes steuerbaren Halbleiterelements auf einen vorbestimmten Wert, der kleiner als die Spannung der Gleichstrom-Leistungsversorgung ist, eingestellt wird.“
Zusammenfassung der Erfindung
Wie oben erwähnt wurde, stehen in Antriebssystemen von Schienenfahrzeugen, Klimaanlagen und dergleichen installierte Leistungsumsetzungsvorrichtungen vor der wichtigen Herausforderung, wie die Leistungsumsetzungsvorrichtungen in Größe und Gewicht klein und gleichzeitig hochzuverlässig gemacht werden können.
Gemäß der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2005-51821 ist es möglich, dass ein kleiner und geringer variabler Drain-(oder Kollektor-)Strom unabhängig von einer Spannung zwischen Drain und Source (oder zwischen Kollektor und Emitter) eines Transistors mit hoher Spannungsfestigkeit fließt, so dass ein stabiles Signal übertragen werden kann, da ein Spannungsabfall über einem Lastwiderstand unabhängig von dem von Zeit zu Zeit schwankenden Potentialwert eines Schaltungsabschnitts angemessen gehalten werden kann. Da jedoch ein RS-Latch verwendet wird, wird es notwendig, eine Pulssignalerzeugungsschaltung zum Erzeugen von Pulssignalen (ein EIN-Signal und ein AUS-Signal) für das RS-Latch und eine Rücksetzsignalerzeugungsschaltung (einen Rücksetzanschluss) zum Erzeugen eines Rücksetzsignals für das RS-Latch zu installieren, und daher kann die Größe der Pegelverschiebungsschaltung nicht verringert werden, was nachteilig dafür ist, eine Leistungsumsetzungsvorrichtung (einen Wechselrichter) in Größe und Gewicht klein zu machen. Wenn das RS-Latch auf ein fehlerhaft eingegebenes Signal, wie beispielsweise Rauschen, reagiert, wird das RS-Latch zudem in einem anderen Zustand als einem beabsichtigten Zustand gehalten, was zu falschen Operationen der Leistungsumsetzungsvorrichtung führen kann.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Oberzweig-Ansteuerschaltung, die in einer Leistungsumsetzungsvorrichtung, die eine Brückenschaltung aufweist, die aus einem oberen Zweig und einem unteren Zweig besteht, die Gate-Spannung eines Oberzweig-Schaltelements halten kann, ohne eine Latch-Schaltung zu verwenden, und die zudem die Leistungsumsetzungsvorrichtung in Größe und Gewicht klein und auch hochzuverlässig machen kann, sowie ein Steuerverfahren für die Oberzweig-Ansteuerschaltung zu schaffen.
Um das oben erwähnte Problem zu lösen, schlägt die vorliegende Erfindung eine Oberzweig-Ansteuerschaltung zum Steuern der Ansteuerung eines Oberzweig-Schaltelements einer Leistungsumsetzungsvorrichtung vor, wobei die Oberzweig-Ansteuerschaltung umfasst: einen Kondensator, der zwischen einem Gate des oberen Schaltelements und einem Ausgangsanschluss der Leistungsumsetzungsvorrichtung angeordnet ist; eine Rückstromverhinderungsschaltung, die zwischen einer Leistungsversorgung der Leistungsumsetzungsvorrichtung und dem Kondensator angeordnet ist, wobei die Rückstromverhinderungsschaltung einen Stromfluss von einer ersten Anschlussseite der Rückstromverhinderungsschaltung, die mit der Leistungsversorgungsseite verbunden ist, zu einer zweiten Anschlussseite der Rückstromverhinderungsschaltung, die mit der Kondensatorseite verbunden ist, bewirkt und verhindert, dass ein Rückstrom von der zweiten Anschlussseite zu der ersten Anschlussseite fließt; und ein Schaltelement zum Kondensatorladen, das mit der ersten Anschlussseite oder mit der zweiten Anschlussseite der Rückstromverhinderungsschaltung so verbunden ist, dass es mit der Rückstromverhinderungsschaltung zwischen der Leistungsversorgung und dem Kondensator in Reihe geschaltet ist, und das synchron mit einem Befehlssignal, das das Oberzweig-Schaltelement einschaltet, eingeschaltet wird.
Darüber hinaus schlägt die vorliegende Erfindung ein Steuerverfahren für eine Oberzweig-Ansteuerschaltung zum Steuern des Ansteuerns eines Oberzweig-Schaltelements einer Leistungsumsetzungsvorrichtung vor, wobei das Steuerverfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Einschalten einer Leistungsversorgung der Leistungsumsetzungsvorrichtung; (b) Laden eines Kondensators, der zwischen einem Gate des Oberzweig-Schaltelements der Leistungsumsetzungsvorrichtung und einem Ausgangsanschluss der Leistungsumsetzungsvorrichtung angeordnet ist, synchron mit einem Befehlssignal, das das Oberzweig-Schaltelement einschaltet; (c) Halten eines EIN-Zustands des Oberzweig-Schaltelements der Leistungsumsetzungsvorrichtung während einer Periode, in der sich das Oberzweig-Schaltelement der Leistungsumsetzungsvorrichtung in dem EIN-Zustand befindet, während eine Entladung aus dem Kondensator in eine Leistungsversorgungsseite der Leistungsumsetzungsvorrichtung durch eine Rückstromverhinderungsschaltung, die zwischen dem Kondensator und der Leistungsversorgung der Leistungsumsetzungsvorrichtung angeordnet ist, verhindert wird; und (d) Entladen der Ladung des Kondensators synchron mit einem Befehlssignal zum Ausschalten des Oberzweig-Schaltelements.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können eine Oberzweig-Ansteuerschaltung, die in einer Leistungsumsetzungsvorrichtung mit einer Brückenschaltung, die aus einem oberen Zweig und einem unteren Zweig besteht, die Gate-Spannung eines Oberzweig-Schaltelements halten kann, ohne eine Verriegelungsschaltung zu verwenden, und die zudem die Leistungsumsetzungsvorrichtung in Größe und Gewicht klein und auch hochzuverlässig machen kann, und ein Steuerverfahren für die Oberzweig-Ansteuerschaltung realisiert werden.
Andere Probleme, Konfigurationen und vorteilhafte Wirkungen als die oben genannten werden durch die Beschreibungen der folgenden Ausführungsformen explizit gezeigt.
Figurenliste

1 ist eine Darstellung, die die Umrisskonfiguration einer Oberzweig-Ansteuerschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Zeitdiagramm, das das Verhalten der Oberzweig-Ansteuerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine Darstellung, die ein konkretes Beispiel der in 1 gezeigten Oberzweig-Ansteuerschaltung (ein erstes konkretes Beispiel) zeigt;
4 ist eine Darstellung, die ein konkretes Beispiel der in 1 gezeigten Oberzweig-Ansteuerschaltung (ein zweites konkretes Beispiel) zeigt;
5 ist eine Darstellung, die ein konkretes Beispiel der in 1 gezeigten Oberzweig-Ansteuerschaltung (ein drittes konkretes Beispiel) zeigt;
6 ist eine Darstellung, die ein konkretes Beispiel der in 1 gezeigten Oberzweig-Ansteuerschaltung (ein viertes konkretes Beispiel) zeigt;
7 ist eine Darstellung, die die Umrisskonfiguration einer Oberzweig-Ansteuerschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist ein Zeitdiagramm, das das Verhalten der Oberzweig-Schaltelement Oberzweig-Ansteuerschaltung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist eine Darstellung, die ein konkretes Beispiel der in 7 gezeigten Oberzweig-Ansteuerschaltung (ein fünftes konkretes Beispiel) zeigt;
10 ist eine Darstellung, die ein konkretes Beispiel der in 7 gezeigten Oberzweig-Ansteuerschaltung (ein sechstes konkretes Beispiel) zeigt;
11 ist eine Darstellung, die ein konkretes Beispiel der in 7 gezeigten Oberzweig-Ansteuerschaltung (ein siebtes konkretes Beispiel) zeigt;
12 ist eine Darstellung, die die Umrisskonfiguration einer Oberzweig-Ansteuerschaltung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ist ein Zeitdiagramm, das das Verhalten der Oberzweig-Ansteuerschaltung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ist eine Darstellung, die ein konkretes Beispiel der in 12 gezeigten Oberzweig-Ansteuerschaltung (ein achtes konkretes Beispiel) zeigt;
15 ist eine Darstellung, die die Umrisskonfiguration einer bestehenden Oberzweig-Ansteuerschaltung zeigt; und
16 ist ein Zeitdiagramm, das das Verhalten der bestehenden Oberzweig-Ansteuerschaltung zeigt.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Hier werden in den folgenden Zeichnungen die gleichen Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen und in einigen Fällen werden detaillierte Erläuterungen zu redundanten Teile weggelassen.
Erste Ausführungsform
Zuerst werden Probleme bezüglich der (des) oben erwähnten bestehenden Leistungsumsetzungsvorrichtung (Wechselrichters) im Einzelnen unter Bezugnahme auf 15 und 16 erläutert. 15 ist eine Darstellung, die die Umrisskonfiguration der Oberzweig-Ansteuerschaltung der bestehenden Leistungsumsetzungsvorrichtung zeigt; 16 ist ein Zeitdiagramm, das das Verhalten der Oberzweig-Ansteuerschaltung zeigt.
Obwohl in den folgenden Erläuterungen eine Halbbrückenschaltung mit einem Schenkel mit einem oberen Zweig und einem unteren Zweig, die jeweils aus einem Schaltelement und einer mit dem Schaltelement antiparallel geschalteten Freilaufdiode bestehen, als ein Beispiel der Leistungsumsetzungsvorrichtung erläutert wurde, ist eine Aufgabe, auf das die vorliegende Erfindung angewendet werden kann, nicht auf diese Halbbrückenschaltung beschränkt und die vorliegende Erfindung kann auf eine Leistungsumsetzungsvorrichtung einer H-Brückenschaltung angewendet werden, die derart ausgebildet ist, dass eine Vollbrückenkonfiguration durch Verbinden eines Schenkels einer Halbbrückenschaltung mit einer weiteren Halbbrückenschaltung und Anschließen einer Last zwischen dem Neutralpunkt der beiden Schaltungen ausgebildet ist, oder auch auf eine Leistungsumsetzungsvorrichtung einer Dreiphasen-Vollbrückenschaltung angewendet werden, die derart ausgebildet ist, dass ein weiterer Schenkel mit einer H-Brückenschaltung verbunden ist und die Ausgangsanschlüsse (der U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenanschluss) eines dreiphasigen Wechselstroms jeweils mit den Neutralpunkten der jeweiligen Schenkel angeschlossen sind.
In 15 ist ein Schaltelement 6 das Oberzweig-Schaltelement der Leistungsumsetzungsvorrichtung.
Wie es in 15 gezeigt ist, umfasst die Oberzweig-Ansteuerschaltung der bestehenden Leistungsumsetzungsvorrichtung im Allgemeinen: eine Steuerschaltungs-Leistungsversorgung 25; eine Diode 26; einen Kondensator 27; eine Latch-Schaltung 28; und einen Puffer 29. Die Diode 26 ist zwischen der Steuerschaltungs-Leistungsversorgung 25 und dem Kondensator 27 angeordnet. Der Kondensator 27, der Leistungsversorgungsanschluss der Zwischenspeicherschaltung 28 und der Leistungsversorgungsanschluss des Puffers 29 sind miteinander parallel geschaltet. Der Ausgang der Latch-Schaltung 28 ist mit dem Eingang des Puffers 29 verbunden. Der Ausgang des Puffers 29 ist mit dem Gate des Schaltelements 6 verbunden
Zudem sind der Kondensator 27, der Leistungsversorgungsanschluss der Zwischenspeicherschaltung 28 und der Leistungsversorgungsanschluss 12 des Puffers 29 sind mit dem Ausgangsanschluss 13 der Leistungsumsetzungsvorrichtung über den Zwischenverbindungspunkt (Neutralpunkt) des oberen Zweigs 5 und des unteren Zweigs 10 der Leistungsumsetzungsvorrichtung verbunden. Der obere Zweig 5 besteht aus dem Schaltelement 6 und einer mit dem Schaltelement 6 antiparallel geschalteten Freilaufdiode 7 und der untere Zweig 10 besteht aus einem Schaltelement 11 und einer mit dem Schaltelement 11 antiparallel geschalteten Freilaufdiode 12.
Eine Last (Spule) 14 ist mit dem Ausgangsanschluss 13 verbunden. Die Hauptleistungsversorgung 8 der Leistungsumsetzungsvorrichtung ist mit dem Kollektoranschluss des Schaltelements 6 verbunden.
Wie es in 16 gezeigt ist, wird in der Oberzweig-Ansteuerschaltung der bestehenden Leistungsumsetzungsvorrichtung zuerst die Steuerschaltungs-Leistungsversorgung 25 eingeschaltet, der Kondensator 27 wird über die Diode 26 geladen und eine Kondensatorladespannung VCB steigt auf eine Steuerschaltungs-Leistungsversorgungsspannung VCC an.
Als Nächstes wird die Hauptleistungsversorgung 8 der Leistungsumsetzungsvorrichtung eingeschaltet, ein Ein-Pulssignal 34 des oberen Zweigs wird in die Latch-Schaltung 28 eingegeben und die Gate-Spannung 13 VGE des Schaltelements 6, das ein Oberzweig-Schaltelement ist, wird auf die Kondensatorladespannung VCB angehoben, so dass das Schaltelement 6 eingeschaltet wird und der EIN-Zustand des Schaltelements 6 intakt gehalten wird.
Während der Zeit, während der das Schaltelement 6 in einem EIN-Zustand ist, wird die Leistungsversorgungsspannung VS der Hauptleistungsversorgung 8 als eine Ausgangsanschlussspannung VOUT aus dem Ausgangsanschluss 13 der Leistungsumsetzungsvorrichtung ausgegeben. Während dieser Periode steigt die Pluspolseitenspannung VB des Kondensators 27 (relativ zu dem Massepotential GND) von der Kondensatorladespannung VCB um den Anstiegsbetrag der Ausgangsanschlussspannung VOUT (der Leistungsversorgungsspannung VS), d. h. die Pluspolseitenspannung VB des Kondensators 27 wird gleich der Summe der Leistungsversorgungsspannung VS und der Kondensatorladespannung VCB.
Danach wird ein Oberzweig-AUS-Pulssignal 35 in die Latch-Schaltung 28 eingegeben, die Gate-Spannung VGE des Schaltelements 6, das ein Oberzweig-Schaltelement ist, wird 0 V, so dass das Schaltelement 6 ausgeschaltet wird, und AUS -Zustand des Schaltelementes 6 wird intakt gehalten. Zu dieser Zeit kehrt die Ausgangsanschlussspannung VOUT auf 0 V zurück und die Pluspolseitenspannung VB des Kondensators 27 (relativ zu dem Massepotential GND) kehrt ebenfalls auf die Kondensatorladespannung VCB zurück.
Wie es oben beschrieben ist, wird in der Oberzweig-Ansteuerschaltung der bestehenden Leistungsumsetzungsvorrichtung die Latch-Schaltung 28 verwendet, um das Oberzweig-EIN-Signal 34 und das Oberzweig-AUS-Pulssignal 35 zu halten, und daher ist es notwendig, eine PulssignalErzeugungsschaltung zum Erzeugen dieser Pulssignale für die Latch-Schaltung 28 zu installieren. Wenn die Latch-Schaltung 28 außerdem auf ein fehlerhaft eingegebenes Signal wie etwa ein Rauschen reagiert, wird die Latch-Schaltung 28 in einem anderen als einem beabsichtigten Zustand gehalten, was zu falschen Operationen der Leistungsumsetzungsvorrichtung führen kann.
Die Konfiguration einer Oberzweig-Ansteuerschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und das Verhalten (Steuerungsverfahren) der Oberzweig-Ansteuerschaltung werden unter Bezugnahme auf 1 bis 6 beschrieben. 1 ist eine Darstellung, die die Umrisskonfiguration der Oberzweig-Ansteuerschaltung dieser Ausführungsform zeigt und 2 ist ein Zeitdiagramm, das das Verhalten der Oberzweig-Ansteuerschaltung zeigt. 3 bis 6 zeigen vier konkrete Beispiele zum Realisieren der in 1 gezeigten Oberzweig-Ansteuerschaltung.
Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst die Oberzweig-Ansteuerschaltung 1 dieser Ausführungsform: einen Kondensator 2; eine Rückstromverhinderungsschaltung 3; und ein Schaltelement 4, das ein Schaltelement zum Laden des Kondensators 2 ist. Der Kondensator 2 ist zwischen dem Gate des Schaltelements 6 eines oberen Zweigs 5 und einem Ausgangsanschluss 13 angeordnet. Hier kann der Kondensator 2 unter Verwendung von einem diskreten Element realisiert sein oder kann unter Verwendung eines parasitären Kondensators des Schaltelements 6 realisiert sein. Die Rückstromverhinderungsschaltung 3 ist zwischen der Hauptleistungsversorgung 8 einer Leistungsumsetzungsvorrichtung und dem Kondensator 2 angeordnet und bewirkt einen Stromfluss von der Seite des ersten Anschlusses 36 der Rückstromverhinderungsschaltung 3, der mit der Seite der Hauptleistungsversorgung 8 verbunden ist, zu der Seite des zweiten Anschlusses 37 der Rückstromverhinderungsschaltung 3, der mit der Seite des Kondensators 2 verbunden ist, und verhindert, dass ein Rückstrom von der Seite des zweiten Anschlusses 37, der mit der Seite des Kondensators 2 verbunden ist, zu der Seite des ersten Anschlusses 36, der mit der Seite der Hauptleistungsversorgung 8 verbunden ist, fließt.
Das Schaltelement 4, das das Schaltelement zum Laden des Kondensators 2 ist, ist zwischen der Hauptleistungsversorgung 8 und dem Kondensator 2 angeordnet, und das Schaltelement 4 wird synchron mit einem Befehlssignal (einem Oberzweig-EIN-Signal 30) zum Einschalten des Schaltelements 6 , das ein Oberzweig-Schaltelement ist, eingeschaltet.
Außerdem ist ein Ende eines Schaltelements 9, das ein Schaltelement zum Entladen des Kondensators 2 ist, mit einem Knoten zwischen dem Kondensator 2 und der Rückstromverhinderungsschaltung 3 verbunden und das Schaltelement 9 wird synchron mit einem Befehlssignal (einem Oberzweig-AUS-Signal 31) zum Ausschalten des Schaltelements 6, das das Oberzweig-Schaltelement ist, eingeschaltet, so dass der Kondensator 2 entladen wird.
Hier ähneln die Konfigurationen eines oberen Zweigs 5 und eines unteren Zweigs 10, die in der Leistungsumsetzungsvorrichtung in 1 enthalten sind, denen der bestehenden Leistungsumsetzungsvorrichtung, die in 15 gezeigt ist, so dass detaillierte Erläuterungen weggelassen werden.
Das Verhalten der Oberzweig-Ansteuerschaltung 1, die in 1 gezeigt ist, wird anhand von 2 erläutert. Zuerst wird die Hauptleistungsversorgung 8 eingeschaltet. Als Nächstes wird das Befehlssignal (das Oberzweig-EIN-Signal 30) zum Einschalten des Schaltelements 6 in das Schaltelement 4 eingegeben und der Kondensator 2 wird über die Rückstromverhinderungsschaltung 3 geladen.
Wenn die Gate-Spannung VGE des Schaltelements 6 (d. h. eine Ladespannung VC des Kondensators 2) die Schwellenspannung VTH SW1 des Schaltelements 6 überschreitet, wird das Schaltelement 6, das das Oberzweig-Schaltelement ist, eingeschaltet.
In diesem Fall wird verhindert, dass die Ladung des Kondensators 2 durch die Rückstromverhinderungsschaltung 3 von dem Kondensator 2 über das Schaltelement 4 zu der Seite der Hauptleistungsversorgung 8 entladen wird, so dass die Ladespannung VC des Kondensators 2 intakt gehalten wird. Daher wird die Gate-Spannung VGE des Schaltelements 6 beibehalten, so dass der EIN-Zustand des Schaltelements 6, das das Oberzweig-Schaltelement ist, intakt gehalten wird.
Während der Zeit, während der das Schaltelement 6 in einem EIN-Zustand ist, wird die Leistungsversorgungsspannung VS der Hauptleistungsversorgung 8 aus dem Ausgangsanschluss 13 der Leistungsumsetzungsvorrichtung als eine Ausgangsanschlussspannung VOUT ausgegeben. Während dieser Periode wird die Pluspolseitenspannung VCP des Kondensators 2 (relativ zu dem Massepotential GND) größer oder gleich der Summe der Leistungsversorgungsspannung VS und der Schwellenspannung VTH_SW1 des Schaltelements 6 oder 18.
Danach wird das Befehlssignal (das Oberzweig-AUS-Signal 31) zum Ausschalten des Schaltelements 6 in das Schaltelement 9 eingegeben, das das Schaltelement zum Entladen des Kondensators 2 ist, und das Schaltelement 9 wird eingeschaltet. so dass der Kondensator 2 entladen wird. Anschließend nimmt die Gate-Spannung VGE des Schaltelements 6 auf die Schwellenspannung VTH_SW1 oder weniger ab und das Schaltelement 6, das das Oberzweig-Schaltelement ist, wird ausgeschaltet.
Gemäß der Oberzweig-Ansteuerschaltung dieser Ausführungsform und dem Verhalten (Steuerungsverfahren) der Oberzweig-Ansteuerschaltung wird es möglich, die Gate-Spannung des Oberzweig-Schaltelements intakt zu halten, ohne eine Latch-Schaltung in der Oberzweig-Ansteuerschaltung zu installieren.
Da es daher unnötig wird, eine Latch-Schaltung und eine Schaltung zum Erzeugen von an die Latch-Schaltung zu sendenden Pulssignalen zu installieren, kann die Größe der Schaltungen innerhalb der Leistungsumsetzungsvorrichtung klein gemacht werden, so dass die Verkleinerung und Gewichtseinsparung der Leistungsumsetzungsvorrichtung realisiert werden kann, und darüber hinaus können Fehlfunktionen der Leistungsumsetzungsvorrichtung, die aufgrund der Reaktion der Latch-Schaltung auf ein fehlerhaftes Signal, die beispielsweise Rauschen auftreten können, wenn die Latch-Schaltung in einem anderen Zustand als einem beabsichtigten Zustand gehalten wird, am Auftreten gehindert werden, was zur Realisierung einer hochzuverlässigen Leistungsumsetzungsvorrichtung führt.
Hier zeigt 1, dass das Schaltelement 4 näher an der Seite der Hauptleistungsversorgung 8 angeschlossen ist als die Rückstromverhinderungsschaltung 3, aber es ist vorstellbar, dass das Schaltelement 4 zwischen der Rückstromverhinderungsschaltung 3 und dem Kondensator 2 angeordnet ist. Mit anderen Worten spielt die Verbindungsreihenfolge der Rückstromverhinderungsschaltung 3 und des Schaltelements 4, die in Reihe zwischen dem Kondensator 2 und der Hauptleistungsversorgung 8 angeordnet sind, keine Rolle.
Wie es oben beschrieben ist, umfasst die Oberzweig-Ansteuerschaltung 1 dieser Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist: den Kondensator 2, der zwischen dem Gate des Oberzweig-Schaltelements 6 und dem Ausgangsanschluss 13 der Leistungsumsetzungsvorrichtung angeordnet ist; die Rückstromverhinderungsschaltung 3, die zwischen der Hauptleistungsversorgung 8 der Leistungsumsetzungsvorrichtung und dem Kondensator 2 angeordnet ist und einen Stromfluss von der Seite des ersten Anschlusses 36 der Rückstromverhinderungsschaltung 3, der mit der Seite der Hauptleistungsversorgung 20 verbunden ist, zu der Seite des zweiten Anschlusses 37 der Rückstromverhinderungsschaltung 3, der mit der Seite des Kondensators 2 verbunden ist, bewirkt und verhindert, dass ein Rückstrom von der Seite des zweiten Anschlusses 37 zu der Seite des ersten Anschlusses 36 fließt; und das Schaltelement 4 zum Kondensatorladen, das mit der Seite des ersten Anschlusses 36 oder der Seite des zweiten Anschlusses 37 der Rückstromverhinderungsschaltung 3 verbunden ist, so dass es zwischen der Hauptleistungsversorgung 8 und dem Kondensator 2 mit der Rückstromverhinderungsschaltung 3 in Reihe geschaltet ist, und das synchron mit dem Befehlssignal (dem Oberzweig-EIN-Signal 30), das das Oberzweig-Schaltelement 6 einschaltet, eingeschaltet wird.
Vier konkrete Beispiele zum Realisieren der in 1 gezeigten Oberzweig-Ansteuerschaltung. 1 werden unter Bezugnahme auf 3 bis 6 erläutert.
3 zeigt ein konkretes Beispiel, bei dem eine Diode 15 als Rückstromverhinderungsschaltung 3 verwendet wird. Die Verwendung einer Diode als Rückstromverhinderungsschaltung 3 macht es möglich, die Oberzweig-Ansteuerschaltung 1 in einer einfachen Konfiguration und zu geringen Kosten zu realisieren. Obwohl hier ein Beispiel in 3 erläutert wurde, bei dem eine Diode als Rückstromverhinderungsschaltung 3 verwendet wird, ist es auch denkbar, dass mehrere Dioden 1521, die zwischen der Hauptleistungsversorgung 8 und dem Kondensator 2 in Reihe angeordnet sind, verwendet werden. Durch Verwenden einer Kombination aus mehreren in Reihe geschalteten Dioden als Rückstromverhinderungsschaltung 3 wird die Zuverlässigkeit der Rückstromverhinderungsschaltung 3 verbessert.
4 zeigt ein konkretes Beispiel, bei dem ein MOS-Transistor als Rückstromverhinderungsschaltung 3 verwendet wird. Eine Rückstromverhinderungsfunktion kann derart realisiert sein, dass ein MOS-Transistor als Schaltelement 16, das ein Rückstromverhinderungs-Schaltelement ist, verwendet wird, der Drain des MOS-Transistors mit der Seite des ersten Anschlusses 36 verbunden ist, die Source mit der Seite des zweiten Anschlusses 37 verbunden ist, das Gate und der Drain miteinander verbunden sind und das Rück-Gate (d. h. Substrat) des MOS-Transistors elektrisch mit dem Ausgangsanschluss 13 der Leistungsumsetzungsvorrichtung verbunden ist.
Hier ist es notwendig, dass dann, wenn ein MOS-Transistor als Schaltelement 16 verwendet wird, das Rück-Gate (Substrat) des MOS-Transistors mit einem anderen Punkt als der Source des MOS-Transistors verbunden sein sollte. Wenn das Rück-Gate mit der Source verbunden ist, funktioniert die Rückstromverhinderungsfunktion nicht.
5 zeigt eine Abwandlung der in 4 gezeigten Oberzweig-Ansteuerschaltung und 5 zeigt, dass diese Abwandlung als Rückstromverhinderungsschaltung 3 ein Schaltelement 16 (entsprechend dem in 4 gezeigten Schaltelement 16 ), das ein erster MOS-Transistor ist, der zwischen der Hauptleistungsversorgung 8 der Leistungsumsetzungsvorrichtung und dem Kondensator 2 angeordnet ist, und ein Schaltelement 17, das ein zweiter MOS-Transistor ist und ein Widerstand 18 ist, die zwischen der Hauptleistungsversorgung 8 und dem Ausgangsanschluss 13 der Leistungsumsetzungsvorrichtung in Reihe angeordnet sind.
MOS-Transistoren werden jeweils als das zwischen der Hauptleistungsversorgung 8 der Leistungsumsetzungsvorrichtung und dem Kondensator 2 angeordnete Schaltelement 16 und das zwischen der Hauptleistungsversorgung 8 und dem Ausgangsanschluss 13 der Leistungsumsetzungsvorrichtungen angeordnete Schaltelement 17 verwendet. Der Drain des ersten MOS-Transistors (16) ist mit der Seite des ersten Anschlusses 36 verbunden und die Source ist mit der Seite des zweiten Anschlusses 37 verbunden. Außerdem ist der Drain des zweiten MOS-Transistors (17) mit der Seite des ersten Anschlusses 36 verbunden und die Source ist über den Widerstand 18 mit dem Ausgangsanschluss 13 der Leistungsumsetzungsvorrichtung verbunden. Durch Verbinden des Gates und des Drains 23' des ersten MOS-Transistors (16) und durch elektrisches Verbinden des Rück-Gates (Substrats) des ersten MOS-Transistors (16) mit dem Ausgangsanschluss 13 der Leistungsumsetzungsvorrichtung über den Widerstand 18 kann eine Rückstromverhinderungsfunktion realisiert werden.
Außerdem wird die Spannung des Rück-Gates (Substrats) des ersten MOS-Transistors (16) durch Verbinden des Drains des zweiten MOS-Transistors (17) mit dem Drain und Gate des ersten MOS-Transistors (16), durch Verbinden des Gates des zweiten MOS-Transistors (17) mit dem Kondensator 2 und dem Gate des Schaltelements 6 und durch Verbinden der Source und des Rück-Gate (Substrats) des zweiten MOS-Transistors (17) mit dem Ausgangsanschluss 13 der Leistungsumsetzungsvorrichtung über den Widerstand 18 gesteuert, so dass die Stromkapazität des ersten MOS-Transistors (16) verbessert werden kann.
Hier ist es auch erforderlich, dass das Rück-Gate (Substrat) des ersten MOS-Transistors, der das Schaltelement 16 ist, mit einem anderen Punkt als der Source des ersten MOS-Transistors verbunden ist. Wenn das Rück-Gate mit der Source verbunden ist, funktioniert die Rückstromverhinderungsfunktion nicht.
6 zeigt eine weitere Abwandlung der in 4 gezeigten Oberzweig-Ansteuerschaltung und 6 zeigt, dass diese Abwandlung als Rückstromverhinderungsschaltung 3 einen MOS-Transistor (entsprechend dem in 4 gezeigten Schaltelement 16), einen Widerstand und einen Kondensator aufweist.
Als Schaltelement 16, das zwischen der Hauptleistungsversorgung 8 der Leistungsumsetzungsvorrichtung und dem Kondensator 2 angeordnet ist, wird ein MOS-Transistor verwendet, das Gate und der Drain des MOS-Transistors sind miteinander verbunden, das Rück-Gate (Substrat) ) des MOS-Transistors ist elektrisch mit dem Ausgangsanschluss 13 der Leistungsumsetzungsvorrichtung über den Widerstand 18 verbunden, und ferner ist ein weiterer Kondensator 19, der sich von dem Kondensator 2 unterscheidet, elektrisch zwischen dem Rück-Gate (Substrat) des MOS-Transistors und dem Kondensator 2 angeordnet, so dass eine Rückstromverhinderungsfunktion realisiert werden kann. Weiterhin kann die Stromkapazität des MOS-Transistors verbessert werden, indem das Rück-Gate (Substrat) des MOS-Transistors unter Verwendung eines aus dem Kondensator 19 und dem Widerstand 18 bestehenden Hochpassfilters gesteuert wird.
Hier ist es in diesem Fall auch notwendig, dass das Rück-Gate (Substrat) des MOS-Transistors mit einem anderen Punkt als der Source des MOS-Transistors verbunden sein sollte. Wenn das Rück-Gate mit der Source verbunden ist, funktioniert die Rückstromverhinderungsfunktion nicht.
Zweite Ausführungsform
Die Konfiguration einer Oberzweig-Ansteuerschaltung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und das Verhalten (Steuerverfahren) der Oberzweig-Ansteuerschaltung werden unter Bezugnahme auf 7 bis 11 erläutert. 7 ist eine Darstellung, die die Umrisskonfiguration der Oberzweig-Ansteuerschaltung dieser Ausführungsform zeigt; 8 ist ein Zeitdiagramm, das das Verhalten der Oberzweig-Ansteuerschaltung zeigt. 9 bis 11 zeigen drei konkrete Beispiele zum Realisieren der in 7 gezeigten Oberzweig-Ansteuerschaltung.
Wie in 7 gezeigt ist, ist die Konfiguration der Oberzweig-Ansteuerschaltung 1 dieser Ausführungsform gleich der Konfiguration der ersten Ausführungsform (1) plus einer Verzögerungsschaltung 20 , die zwischen einem Kondensator 2 und einem Schaltelement 6 angeordnet ist, das ein Oberzweig-Schaltelement ist. Die Konfiguration der Oberzweig-Ansteuerschaltung 1 dieser Ausführungsform ist abgesehen von der Verzögerungsschaltung 20 die gleiche wie die Konfiguration der ersten Ausführungsform. Da hier in der zweiten Ausführungsform kein parasitärer Kondensator des Schaltelements 6 um eine Position herum gefunden werden kann, an der sich der Kondensator 2 befinden sollte, wird ein diskretes Element als Kondensator 2 verwendet
Das Verhalten der Oberzweig-Ansteuerschaltung 1, die in 7 gezeigt ist, wird unter Bezugnahme auf 8 erläutert. Zuerst wird eine Hauptleistungsversorgung 8 eingeschaltet. Als Nächstes wird ein Befehlssignal (ein Oberzweig-EIN-Signal 30) zum Einschalten eines Schaltelements 6 in das Schaltelement 4 eingegeben, so dass der Kondensator 2 durch einen durch das Schaltelement 4 und eine Rückstromverhinderungsschaltung fließenden Strom geladen wird.
In diesem Fall wird die Spannungsübertragung von der Ladespannung VC des Kondensators 2 auf die Gate-Spannung VGE des Schaltelements 6 durch die Verzögerungsschaltung 20 verzögert. Das Laden des Kondensators 2 wird während einer Zeit vom Einschalten des Schaltelements 4 zum Einschalten des Schaltelements 6 durchgeführt, so dass die Ladungsmenge des Kondensators 2 bei Vorhandensein einer Verzögerung DT im Vergleich zu der Ladungsmenge des Kondensators 2 bei Abwesenheit der Verzögerung DT, das heißt in der ersten Ausführungsform (1), größer ist.
Wenn die Gate-Spannung VGE des Schaltelements 6 gleich der Schwellenspannung VTH_SW1 des Schaltelements 6 oder größer wird, wird das Schaltelement 6, das das Oberzweig-Schaltelement ist, eingeschaltet.
In diesem Fall wird durch die Rückstromverhinderungsschaltung 3 verhindert, dass die Ladung des Kondensators 2 durch das Schaltelement 4 zu der Seite der Hauptleistungsversorgung 8 entladen wird, so dass die Ladespannung VC des Kondensators 2 intakt gehalten wird. Außerdem wird die Spannungsübertragung von der Ladespannung VC des Kondensators 2 auf die Gate-Spannung VGE des Schaltelements 6 durch die Verzögerungsschaltung 20 verzögert und die Gate-Spannung VGE des Schaltelements 6 wird nach einer gewissen Verzögerung die gleiche Spannung wie die Ladespannung VC des Kondensators 2. Da die Gate-Spannung VGE des Schaltelements 6 intakt gehalten wird, wird auch der EIN-Zustand des Schaltelements 6, das heißt des Oberzweig-Schaltelements, beibehalten.
Während der Zeit, während der sich das Schaltelement 6 in einem EIN-Zustand befindet, wird die Leistungsversorgungsspannung VS der Hauptleistungsversorgung 8 aus dem Ausgangsanschluss 13 der Leistungsumsetzungsvorrichtung als eine Ausgangsanschlussspannung VOUT ausgegeben. Während dieser Zeit wird die Pluspolseitenspannung VCP des Kondensators 2 (relativ zu dem Massepotential GND) größer oder gleich der Summe der Versorgungsspannung VS und der Schwellenspannung VTH SW1 des Schaltelements 6.
Danach wird ein Befehlssignal (ein Oberzweig-AUS-Signal 31) zum Ausschalten des Schaltelements 6 in ein Schaltelement 9, das ein Schaltelement zum Entladen des Kondensators 2 ist, eingegeben und das Schaltelement 9 wird eingeschaltet, so dass der Kondensator 2 entladen wird. Daher nimmt die Gate-Spannung VGE des Schaltelements 6 auf die Schwellenspannung VTH_SW1 oder weniger ab und das Schaltelement 6, das das Oberzweig-Schaltelement ist, wird ausgeschaltet.
Gemäß der oben beschriebenen Oberzweig-Ansteuerschaltung dieser Ausführungsform und dem Verhalten (Steuerungsverfahren) der Oberzweig-Ansteuerschaltung ist, da die Spannungsübertragung von der Ladespannung VC des Kondensators 2 auf die Gate-Spannung VGE des Schaltelements 6 durch die Verzögerungsschaltung 20 verzögert wird, die Ladungsmenge des Kondensators 2 bei Vorhandensein der Verzögerung im Vergleich zu der Ladungsmenge des Kondensators 2 bei Abwesenheit der Verzögerung (in der ersten Ausführungsform; 1) größer, so dass es möglich wird, eine höhere Gate-Spannung an das Schaltelement 6 anzulegen, das das Oberzweig-Schaltelement ist.
Da die Gate-Spannung des Schaltelements 6, das das Oberzweig-Schaltelement ist, hoch gehalten werden kann, wie es oben beschrieben ist, wird die EIN-Spannung des Schaltelements 6 verringert, so dass das Auftreten von Verlusten an dem Schaltelement 6 reduziert werden kann.
Unter Verwendung von 9 bis 11 werden drei konkrete Beispiele zum Realisieren der in 7 gezeigten Oberzweig-Ansteuerschaltung erläutert.
9 zeigt, dass ein Widerstand 21 als Verzögerungsschaltung 20 verwendet wird. Die Verwendung eines Widerstandselements als Verzögerungsschaltung 20 macht es möglich, die Oberzweig-Ansteuerschaltung 1 in einer einfachen Konfiguration und auch zu geringen Kosten zu realisieren.
10 zeigt, dass ein MOS-Transistor als Verzögerungsschaltung 20 verwendet wird, wobei der MOS-Transistor als Schaltelement 22 fungiert, das ein Schaltelement für eine Verzögerungsschaltung ist. Da der MOS-Transistor für die Verzögerungsschaltung 20 verwendet wird, wird die EIN/AUS-Steuerung der Verzögerungsschaltung 20 durch ein von außen gegebenes Verzögerungssignal durchgeführt. Da die Verzögerungsschaltung 20 von dem von außen gegebenen Verzögerungssignal gesteuert werden kann, werden die Steuergenauigkeit und Steuerbarkeit (der Freiheitsgrad der Steuerung) der Oberzweig-Ansteuerschaltung verbessert.
11 zeigt, dass die Oberzweig-Ansteuerschaltung einen Widerstand und einen MOS-Transistor, der das Schaltelement 22 für eine Verzögerungsschaltung ist, als die Verzögerungsschaltung 20 umfasst. Ein Widerstand 21 ist zwischen dem Kondensator 2 und dem Gate des Schaltelements 6, das das Oberzweig-Schaltelement ist, Oberzweig-Schaltelement und ferner ist ein MOS-Transistor zwischen dem Gate des Schaltelements 6 und dem Ausgangsanschluss 13 der Leistungsumsetzungsvorrichtung angeordnet, so dass der EIN/AUS-Betrieb der Verzögerungsschaltung 20 durch das Verzögerungssignal 33 ausgeführt wird, das von außen gegeben wird. Durch Zusammenstellen der Verzögerungsschaltung aus dem Widerstand 21 und dem MOS-Transistor, der durch das von außen gegebene Verzögerungssignal 33 gesteuert werden kann, wird es möglich, die vorteilhafte Wirkung einer Verzögerungsschaltung sicherer zu nutzen und die Steuergenauigkeit und Steuerbarkeit (den Freiheitsgrad der Steuerung) der Oberzweig-Ansteuerschaltung ebenfalls zu verbessern.
Dritte Ausführungsform
Die Konfiguration einer Oberzweig-Ansteuerschaltung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und das Verhalten (Steuerungsverfahren) der Oberzweig-Ansteuerschaltung werden unter Bezugnahme auf 12 bis Fig. 146 erläutert. 12 ist eine Darstellung, die die Umrisskonfiguration der Oberzweig-Ansteuerschaltung dieser Ausführungsformzeigt; und 13 ist ein Zeitdiagramm, das das Verhalten der Oberzweig-Ansteuerschaltung zeigt. 14 zeigt ein konkretes Beispiel zum Realisieren der in 12 gezeigten Oberzweig-Ansteuerschaltung.
Wie es in 12 gezeigt ist, ist die Konfiguration der Oberzweig-Ansteuerschaltung 1 dieser Ausführungsform gleich der Konfiguration der ersten Ausführungsform (1) plus einer Spannungsbegrenzungsschaltung 23 , die zwischen dem Gate eines Schaltelements 6, das ein Oberzweig-Schaltelement ist, und dem Ausgangsanschluss 13 einer Leistungsumsetzungsvorrichtung parallel zu einem Kondensator 2 angeordnet ist. Die Konfiguration der Oberzweig-Ansteuerschaltung 1 dieser Ausführungsform ist abgesehen von der Spannungsbegrenzungsschaltung 23 die gleiche wie die Konfiguration der ersten Ausführungsform. Wie bei der ersten Ausführungsform kann als Kondensator 2 entweder ein diskretes Element oder ein parasitärer Kondensator des Schaltelements 6 verwendet werden.
Das Verhalten der Oberzweig-Ansteuerschaltung 1, die in 12 gezeigt ist, wird unter Bezugnahme auf 13 erläutert. Zuerst wird eine Hauptleistungsversorgung 8 eingeschaltet. Als Nächstes wird ein Befehlssignal (ein Oberzweig-EIN-Signal 30) zum Einschalten eines Schaltelements 6 in das Schaltelement 4 eingegeben, so dass der Kondensator 2 durch einen durch das Schaltelement 4 und eine Rückstromverhinderungsschaltung fließenden Strom geladen wird.
Wenn die Gate-Spannung VGE des Schaltelements 6 5 (d. h. die Ladespannung VC des Kondensators 2) größer oder gleich der Schwellenspannung VTH SW1 des Schaltelements 6 wird, wird das Schaltelement 6, das das Oberzweig-Schaltelement ist, eingeschaltet.
In diesem Fall wird die Gate-Spannung VGE des Schaltelements 6 aufgrund der Funktion der Spannungsbegrenzungsschaltung 23 kleiner oder gleich einer vorbestimmten Spannung (der Begrenzungsspannung der Spannungsbegrenzungsschaltung: VL). Durch die Rückstromverhinderungsschaltung 3 wird verhindert, dass die Ladung des Kondensators 2 aus dem Kondensator 2 über das Schaltelement 4 zu der Seite der Hauptleistungsversorgung 8 entladen wird, so dass die Ladespannung VC des Kondensators 2 intakt gehalten wird. Als Ergebnis wird, da die Gate-Spannung VGE des Schaltelements 6 intakt gehalten wird, auch der EIN-Zustand des Schaltelements 6, das das Oberzweig-Schaltelement ist, beibehalten.
Während der Zeit, während der sich das Schaltelement 6 in einem EIN-Zustand befindet, wird die Leistungsversorgungsspannung VS der Hauptleistungsversorgung 25 aus dem Ausgangsanschluss 13 der Leistungsumsetzungsvorrichtung als eine Ausgangsanschlussspannung VOUT ausgegeben. Während dieser Zeit wird die Pluspolseitenspannung VCP des Kondensators 2 (relativ zu dem Massepotential GND) größer oder gleich der Summe der Leistungsversorgungsspannung VS und der Schwellenspannung VTH_SW1 des Schaltelements 6 und kleiner oder gleich der Begrenzungsspannung VL der Spannungsbegrenzungsschaltung 23.
Danach wird ein Befehlssignal (ein Oberzweig-AUS-Signal 31) zum Ausschalten des Schaltelements 6 in ein Schaltelement 9, das ein Schaltelement zum Entladen des Kondensators 2 ist, eingegeben und das Schaltelement 9 wird eingeschaltet, so dass der Kondensator 2 entladen wird. Daher nimmt die Gate-Spannung VGE des Schaltelements 6 auf die Schwellenspannung VTH_SW1 oder weniger ab und das Schaltelement 6, das das Oberzweig-Schaltelement ist, wird ausgeschaltet.
Gemäß der oben beschriebenen Oberzweig-Ansteuerschaltung dieser Ausführungsform und dem Verhalten (Steuerungsverfahren) der Oberzweig-Ansteuerschaltung kann, da die Spannungsbegrenzungsschaltung 23 verhindert, dass eine übermäßig hohe Spannung aus der Ladespannung VC des Kondensators 2 an die Gate-Spannung VGE des Schaltelements 6 angelegt wird, der Durchbruch des Schaltelements 6, das das Oberzweig-Schaltelement ist, verhindert werden.
14 zeigt ein konkretes Beispiel zum Realisieren der in 12 gezeigten Oberzweig-Ansteuerschaltung. 14 zeigt, dass eine Zener-Diode 24 als Spannungsbegrenzungsschaltung 23 verwendet wird. Die Verwendung der Zener-Diode als Spannungsbegrenzungsschaltung 23 macht es möglich, die Oberzweig-Ansteuerschaltung 1 in einer einfachen Konfiguration und auch zu geringen Kosten zu realisieren.
Hier ist es denkbar, dass jede der oben beschriebenen Ausführungsformen als Ein-Chip-Wechselrichter-IC derart ausgebildet ist, dass der Kondensator 2, die Rückstromverhinderungsschaltung 3 und das Schaltelement 4, das das Schaltelement zum Kondensatorladen ist, auf demselben Halbleiterchip ausgebildet sind, auf dem das Schaltelement 6 ausgebildet ist, das das Oberzweig-Schaltelement ist. Außerdem können einige oder alle der Verzögerungsschaltung 20, der Spannungsbegrenzungsschaltung 23, des Schaltelements 9, das das Schaltelement zum Kondensatorentladen ist, und anderer Elemente mit Leistungsumsetzungsfunktionen und dergleichen auf demselben Halbleiterchip ausgebildet sein.
Alternativ ist es denkbar, dass jede der oben beschriebenen Ausführungsformen als eine Wechselrichter-Steuer-IC vom Mehrchip-Typ derart ausgebildet ist, dass der Kondensator 2, die Rückstromverhinderungsschaltung 3 und das Schaltelement 4, das das Schaltelement zum Kondensatorladen ist, auf einem Halbleiterchip ausgebildet sind, der sich von einem Halbleiterchip unterscheidet, auf dem das Schaltelement 6, das das Oberzweig-Schaltelement ist, ausgebildet ist. Darüber hinaus können einige oder alle der Verzögerungsschaltung 20, der Spannungsbegrenzungsschaltung 23, des Schaltelements 9, das das Schaltelement zum Kondensatorentladen ist, und dergleichen auf demselben Halbleiterchip ausgebildet sein, auf dem der Kondensator 2, die Rückstromverhinderungsschaltung 3 und das Schaltelement 4 ausgebildet sind.
Wenn in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen ein winziger Leckstrom durch die Rückstromverhinderungsschaltung 3 zurückfließt, wird es zudem schwierig, die Ladung des Kondensators 2 dauerhaft zu halten. In so einem Fall wird es durch Auferlegen einer Tastgradgrenze auf das Befehlssignal (das Oberzweig-EIN-Signal) zum Einschalten des Schaltelements 6, so dass das Schaltelement 6 ausgeschaltet wird, bevor die Gate-Spannung VGE des Schaltelements 6 aufgrund der durch den Leckstrom verursachten Entladung des Kondensators 2 auf die Schwellenspannung VTH_SW1 abfällt, und durch Wiedereinschalten des Schaltelements 6 möglich, den Einfluss des Leckstroms der Rückstromverhinderungsschaltung 3 zu beseitigen.
Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und die vorliegende Erfindung kann verschiedene Arten von Abwandlungen umfassen. Zum Beispiel wurden die obigen Ausführungsbeispiele ausführlich beschrieben, um die vorliegende Erfindung auf eine leicht verständliche Weise zu erklären, und Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung sind nicht notwendigerweise auf Ausführungsformen beschränkt, die alle bisher beschriebenen Konfigurationen umfassen. Außerdem kann ein Teil der Konfiguration einer Ausführungsform durch einen Teil der Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden, und zudem ist es auch möglich, die Konfiguration einer Ausführungsform zu der Konfiguration einer anderen Ausführungsform hinzuzufügen. Außerdem kann eine neue Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung durch Entfernen eines Teils der Konfiguration jeder Ausführungsform, durch Hinzufügen einer anderen Konfiguration zu einem Teil der Konfiguration jeder Ausführungsform oder durch Ersetzen eines Teils der Konfiguration jeder Ausführungsform durch eine andere Ausführungsform erzeugt werden.
Bezugszeichenliste

1: Oberzweig-Ansteuerschaltung
2: Kondensator (erster Kondensator)
3: Rückstromverhinderungsschaltung
4: Schaltelement (Schaltelement zum Laden des Kondensators)
5: Oberer Zweig
6: Schaltelement (Oberzweig-Schaltelement)
7: Freilaufdiode
8: Hauptleistungsversorgung
9: Schaltelement (Schaltelement zum Entladen des Kondensators)
10: Unterer Zweig
11: Schaltelement (Unterzweig-Schaltelement)
12: Freilaufdiode
13: Ausgangsanschluss
14: Last (Spule)
15: Diode
16: Schaltelement (Rückstromverhinderungs-Schaltelement)
17: Schaltelement (Rückstromverhinderungs-Schaltelement)
18: Widerstand
19: Kondensator (zweiter Kondensator)
20: Verzögerungsschaltung
21: Widerstand
22: Schaltelement (Schaltelement für Verzögerungsschaltung)
23: Spannungsbegrenzungsschaltung
24: Zener-Diode
25: Steuerschaltungs-Leistungsversorgung
26: Diode
27: Kondensator
28: Latch-Schaltung
29: Puffer
30: Oberzweig-EIN-Signal
31: Oberzweig-AUS-Signal
33: Verzögerungssignal
34: Oberzweig-EIN-Pulssignal
35: Oberzweig-AUS-Pulssignal
36: Erster Anschluss
37: Zweiter Anschluss
VCC: Steuerschaltungs-Leistungsversorgungsspannung
VS: Leistungsversorgungsspannung
VC: Ladespannung des Kondensators
VCB: Kondensatorladespannung
VCP: Pluspolseitenspannung des Kondensators 2 (relativ zu Massepotential GND)
VGE: Gate-Spannung VGE (von Schaltelement 6)
VOUT: Ausgangsanschlussspannung
VB: Pluspolseitenspannung VB des Kondensators 27 (relativ zu Massepotential GND)
VTH_SW1: Schwellenspannung VTH_SW1 des Schaltelements 6
VL: Begrenzungsspannung der Spannungsbegrenzungsschaltung
ISW3: Fließender Strom (von Schaltelement 4)
ISW4: Fließender Strom (von Schaltelement 9)

Claims

Oberzweig-Ansteuerschaltung zum Steuern des Ansteuerns eines Oberzweig-Schaltelements einer Leistungsumsetzungsvorrichtung, wobei die Oberzweig-Ansteuerschaltung umfasst: einen ersten Kondensator, der zwischen einem Gate des oberen Schaltelements und einem Ausgangsanschluss der Leistungsumsetzungsvorrichtung angeordnet ist; eine Rückstromverhinderungsschaltung, die zwischen einer Leistungsversorgung der Leistungsumsetzungsvorrichtung und dem ersten Kondensator angeordnet ist, wobei die Rückstromverhinderungsschaltung einen Stromfluss von einer ersten Anschlussseite der Rückstromverhinderungsschaltung, die mit der Leistungsversorgungsseite verbunden ist, zu einer zweiten Anschlussseite der Rückstromverhinderungsschaltung, die mit der Seite des ersten Kondensators verbunden ist, bewirkt und verhindert, dass ein Rückstrom von der zweiten Anschlussseite zu der ersten Anschlussseite fließt; und ein Schaltelement zum Kondensatorladen, das mit der ersten Anschlussseite oder mit der zweiten Anschlussseite der Rückstromverhinderungsschaltung so verbunden ist, dass es mit der Rückstromverhinderungsschaltung zwischen der Leistungsversorgung und dem ersten Kondensator in Reihe geschaltet ist, und das synchron mit einem Befehlssignal eingeschaltet wird, das das Oberzweig-Schaltelement einschaltet.
Oberzweig-Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, die ferner eine Verzögerungsschaltung umfasst, die zwischen dem ersten Kondensator und dem Gate des Oberzweig-Schaltelements angeordnet ist.
Oberzweig-Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, die ferner eine Spannungsbegrenzungsschaltung umfasst, die zwischen dem Gate des Oberzweig-Schaltelements und dem Ausgangsanschluss der Leistungsumsetzungsvorrichtung parallel zu dem ersten Kondensator angeordnet ist.
Oberzweig-Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, die ferner eine Entladeschaltung zum Entladen der Ladung des ersten Kondensators synchron mit einem Befehlssignal, das das Oberzweig-Schaltelement ausschaltet, umfasst.
Oberzweig-Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, wobei die Rückstromverhinderungsschaltung eine Diode oder mehrere Dioden, die in Reihe geschaltet sind, ist.
Oberzweig-Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, wobei die Rückstromverhinderungsschaltung einen ersten MOS-Transistor umfasst, und ein Drain des ersten MOS-Transistors mit der ersten Anschlussseite verbunden ist, eine Source des ersten MOS-Transistors mit der zweiten Anschlussseite verbunden ist, das Gate des ersten MOS-Transistors und der Drain miteinander verbunden sind und ein Rück-Gate des ersten MOS-Transistors mit dem Ausgangsanschluss der Leistungsumsetzungsvorrichtung verbunden ist.
Oberzweig-Ansteuerschaltung nach Anspruch 6, wobei die Rückstromverhinderungsschaltung einen zweiten MOS-Transistor und einen Widerstand umfasst, ein Drain des zweiten MOS-Transistors mit der ersten Anschlussseite verbunden ist, eine Source des zweiten MOS-Transistors über den Widerstand mit dem Ausgangsanschluss der Leistungsumsetzungsvorrichtung verbunden ist und ein Gate des zweiten MOS-Transistors mit dem ersten Kondensator und dem Gate des Oberzweig-Schaltelements verbunden ist und das Rück-Gate des ersten MOS-Transistors und ein Rück-Gate des zweiten MOS-Transistors über den Widerstand mit dem Ausgangsanschluss der Leistungsumsetzungsvorrichtung verbunden sind.
Oberzweig-Ansteuerschaltung nach Anspruch 6, wobei die Rückstromverhinderungsschaltung einen Widerstand und einen zweiten Kondensator, der sich von dem ersten Kondensator unterscheidet, umfasst, das Rück-Gate des ersten MOS-Transistors mit dem Ausgangsanschluss der Leistungsumsetzungsvorrichtung über den Widerstand verbunden ist, und der zweite Kondensator zwischen dem Rück-Gate des ersten MOS-Transistors und dem ersten Kondensator angeordnet ist.
Oberzweig-Ansteuerschaltung nach Anspruch 2, wobei die Verzögerungsschaltung ein Widerstandselement ist.
Oberzweig-Ansteuerschaltung nach Anspruch 2, wobei die Verzögerungsschaltung ein MOS-Transistor ist, dessen EIN/AUS-Betrieb durch ein von außen gegebenes Verzögerungssignal gesteuert wird.
Oberzweig-Ansteuerschaltung nach Anspruch 2, wobei die Verzögerungsschaltung umfasst: ein Widerstandselement, das zwischen dem ersten Kondensator und dem Gate des Oberzweig-Schaltelements angeordnet ist; und einen MOS-Transistor, der zwischen dem Gate des Oberzweig-Schaltelements und dem Ausgangsanschluss der Leistungsumsetzungsvorrichtung angeordnet ist und dessen EIN/AUS-Betrieb durch ein von außen gegebenes Verzögerungssignal gesteuert wird.
Oberzweig-Ansteuerschaltung nach Anspruch 3, wobei die Spannungsbegrenzungsschaltung eine Zener-Diode ist.
Oberzweig-Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, wobei der erste Kondensator, die Rückstromverhinderungsschaltung und das Schaltelement zum Kondensatorladen auf demselben Halbleiterchip ausgebildet sind, auf dem das Oberzweig-Schaltelement ausgebildet ist.
Oberzweig-Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, wobei der erste Kondensator, die Rückstromverhinderungsschaltung und das Schaltelement zum Kondensatorladen auf einem Halbleiterchip ausgebildet sind, der sich von einem Halbleiterchip unterscheidet, auf dem das Oberzweig-Schaltelement ausgebildet ist.
Steuerverfahren für eine Oberzweig-Ansteuerschaltung zum Steuern des Ansteuerns eines Oberzweig-Schaltelements einer Leistungsumsetzungsvorrichtung, wobei das Steuerverfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Einschalten einer Leistungsversorgung der Leistungsumsetzungsvorrichtung; (b) Laden eines Kondensators, der zwischen einem Gate des Oberzweig-Schaltelements der Leistungsumsetzungsvorrichtung und einem Ausgangsanschluss der Leistungsumsetzungsvorrichtung angeordnet ist, synchron mit einem Befehlssignal, das das Oberzweig-Schaltelement einschaltet; (c) Halten eines EIN-Zustands des Oberzweig-Schaltelements der Leistungsumsetzungsvorrichtung während einer Periode, in der sich das Oberzweig-Schaltelement der Leistungsumsetzungsvorrichtung in dem EIN-Zustand befindet, während eine Entladung aus dem Kondensator zu einer Leistungsversorgungsseite der Leistungsumsetzungsvorrichtung durch eine Rückstromverhinderungsschaltung verhindert wird, die zwischen dem Kondensator und der Leistungsversorgung der Leistungsumsetzungsvorrichtung angeordnet ist; und (d) Entladen der Ladung des Kondensators synchron mit einem Befehlssignal zum Ausschalten des Oberzweig-Schaltelements.
Steuerverfahren für eine Oberzweig-Ansteuerschaltung nach Anspruch 15, wobei dem Befehlssignal zum Einschalten des Oberzweig-Schaltelements eine Tastgradgrenze auferlegt wird.