DE112020007869T5

DE112020007869T5 - Gate-treiberschaltung und leistungswandlereinrichtung

Info

Publication number: DE112020007869T5
Application number: DE112020007869.8T
Authority: DE
Inventors: Shinya Kurachi; Takayoshi Miki; Shota Morisaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-12-24
Filing date: 2020-12-24
Publication date: 2023-10-26
Also published as: JPWO2022137452A1; JP7301243B2; US20240006976A1; WO2022137452A1

Abstract

Eine Gate-Treiberschaltung (3) weist einen Widerstand (36), einen Stromdetektor (34), der einen Strom detektiert, der durch den Widerstand (36) fließt, und einen Gate-Treiber (32) auf. Der Gate-Treiber (32) beaufschlagt ein elektrisches Signal zwischen einen Gate-Anschluss (67) und einen Source-Anschluss (68) eines Moduls (6), um ein Schalthalbleiterelement (6a) zu treiben. Ein Ende des Widerstands (36) ist mit einem Drain-Anschluss (66) verbunden, das entgegengesetzte Ende des Widerstands (36) ist mit einem Ende des Stromdetektors (34) verbunden und das entgegengesetzte Ende des Stromdetektors (34) ist mit dem Gate-Treiber (32) verbunden. Der Stromdetektor (34) gibt einen Detektionswert des Stroms an den Gate-Treiber (32) aus, und der Gate-Treiber (32) ändert eine Gate-Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements (6a) gemäß dem Detektionswert.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Gate-Treiberschaltung, die ein Schalthalbleiterelement treibt, und eine Leistungswandlereinrichtung mit der Gate-Treiberschaltung.
Hintergrund
Eine Leistungswandlereinrichtung, wie etwa ein Umrichtereinrichtung, eine Servoverstärkereinrichtung oder eine Schaltleistungszufuhreinrichtung weist eine Leistungswandlerhauptschaltung auf, die ein oder eine Mehrzahl von Schalthalbleiterelementen aufweist. In einem Schalthalbleiterelement ändert sich ein Leitzustand zwischen einem Drain-Hauptanschluss und einem Source-Hauptanschluss gemäß einem elektrischen Signal, das zwischen einen Gate-Anschluss und einen Source-Anschluss beaufschlagt ist. Eine Gate-Treiberschaltung empfängt ein Befehlssignal von einer Steuerung auf höherem Niveau, und beaufschlagt ein elektrisches Signal zwischen einen Gate-Anschluss und einen Source-Anschluss eines Schalthalbleiterelements zum Treiben des Schalthalbleiterelements.
Als ein Detektionswert, der einen Treibzustand eines Schalthalbleiterelements repräsentiert, wurde die Spannung zwischen Hauptanschlüssen des Schalthalbleiterelements direkt detektiert und zu einer Gate-Treiberschaltung übertragen. Einer der Zwecke des Detektierens der Spannung zwischen den Hauptanschlüssen ist es, die Schalttreibergeschwindigkeit der Schalthalbleiterelemente basierend auf dem Treibzustand der Schalthalbleiterelemente zu ändern. Durch Ändern der Schalttreibergeschwindigkeit der Schalthalbleiterelemente, kann der Verlust des Schalthalbleiterelements reduziert werden. Ein weiterer Zweck des Detektierens der Spannung zwischen den Hauptanschlüssen ist es, eine exzessive Hochspannung zu vermeiden, die auf das Schalthalbleiterelement beaufschlagt werden kann.
Die erste Ausführungsform von Patentliteratur 1 offenbart eine Konfiguration, in der eine Spannungsteilerschaltung mit einer Mehrzahl von Widerständen, die in Reihe verbunden sind, zwischen einem ersten Hauptanschluss und einem zweiten Hauptanschluss eines Schalthalbleiterelements bereitgestellt ist, und eine geteilte Spannung, die durch die Spannungsteilerschaltung geteilt ist, wird detektiert und an eine Gate-Treiberschaltung übertragen.
Währenddessen existiert eine parasitäre Kapazität in einer elektronischen Schaltungsplatine, auf der die Spannungsteilerschaltung installiert ist. Zusätzlich ist die parasitäre Kapazität auch in der Verdrahtung bzw. den Leitungen, die die Spannungsteilerschaltung und das Schalthalbleiterelement verbinden. Die parasitäre Kapazität bewirkt ein Abnehmen in der Genauigkeit der Detektionsspannungsausgabe von der Spannungsteilerschaltung. Aus diesem Grund offenbart die zweite Ausführungsform der Patentliteratur 1 eine Konfiguration, in der ein Kondensator parallel mit einem Widerstand verbunden ist, der eine Spannungsteilerschaltung ausbildet. In dem Fall dieser Konfiguration, weil die parasitäre Kapazität in der elektronischen Schaltungsplatine und der Verbindungsverdrahtung bzw. die Verbindungsleitung kompensiert werden kann, ist es möglich, ein Abnehmen der Genauigkeit der Detektionsspannungsausgabe von der Spannungsteilerschaltung zu vermeiden.
Zitierungsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2007-89335
Kurzdarstellung
Technisches Problem
Jedoch erfordert die in der zweiten Ausführungsform der Patentliteratur 1 offenbarte Technik, dass ein Kondensator mit einem Widerstand verbunden wird, der eine Spannungsteilerschaltung ausbildet, was ein Problem ist, da die Anzahl von Komponenten sich vergrößert und sich ein Detektor in der Größe vergrößert.
Die vorliegende Offenbarung wurde in Anbetracht des Voranstehenden gemacht, und es ist ein Zweck der vorliegenden Offenbarung eine Gate-Treiberschaltung zu erlangen, die dazu in der Lage ist, eine Vergrößerung der Größe eines Detektors zu vermeiden, der einen Detektionswert detektiert, der einen Treibzustand eines Schalthalbleiterelements repräsentiert, während es ein Abnehmen der Genauigkeit des Detektionswerts vermeidet.
Lösung des Problems
Um das voranstehende Problem zu lösen und den Zweck zu erreichen, ist eine Gate-Treiberschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Gate-Treiberschaltung, die ein Halbleiterelementmodul treibt, das mindestens ein Schalthalbleiterelement mit einer Gate-Elektrode, einer Drain-Elektrode und einer Source-Elektrode aufweist, wobei ein Gate-Anschluss mit der Gate-Elektrode verbunden ist, ein Drain-Anschluss mit der Drain-Elektrode verbunden ist und ein Source-Anschluss mit der Source-Elektrode verbunden ist. Die Gate-Treiberschaltung weist einen Widerstand, einen Stromdetektor, der einen Strom detektiert, der durch den Widerstand fließt und einen Gate-Treiber auf. Der Gate-Treiber beaufschlagt ein elektrisches Signal zwischen den Gate-Anschluss und den Source-Anschluss, um das Schalthalbleiterelement zu treiben. Ein Ende des Widerstands ist mit dem Drain-Anschluss verbunden, das entgegengesetzte Ende des Widerstands ist mit einem Ende des Stromdetektors verbunden und das entgegengesetzte Ende des Stromdetektors ist mit dem Gate-Treiber verbunden. Der Stromdetektor gibt ein Detektionswert des Stroms an den Gate-Treiber aus und der Gate-Treiber ändert eine Gate-Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements gemäß dem Detektionswert.
Voreilhafte Effekte der Erfindung
Eine Gate-Treiberschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung weist einen Effekt des Vermeidens eines Vergrößerns in der Größe eines Detektors auf, der einen Detektionswert detektiert, der einen Treibzustand eines Schalthalbleiterelements repräsentiert, während ein Abnehmen der Genauigkeit des Detektionswerts vermieden wird.
Kurze Beschreibung von Zeichnungen

1 zeigt ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Leistungswandlereinrichtung mit einer Gate-Treiberschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
2 zeigt ein Diagramm, das eine detaillierte Konfiguration der Gate-Treiberschaltung gemäß der ersten Ausführungsform zusammen mit einem Schalthalbleiterelement darstellt, das zu treiben ist.
3 zeigt ein Diagramm, das ein erstes Konfigurationsbeispiel eines Stromdetektors gemäß der ersten Ausführungsform zusammen mit Peripheriekomponenten darstellt.
4 zeigt ein Diagramm, das ein zweites Konfigurationsbeispiel des Stromdetektors gemäß der ersten Ausführungsform zusammen mit Peripheriekomponenten darstellt.
5 zeigt ein Diagramm, das eine detaillierte Konfiguration einer Gate-Treiberschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform zusammen mit zwei Schalthalbleiterelementen darstellt, die zu treiben sind.
6 zeigt ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Stromdetektors gemäß der zweiten Ausführungsform zusammen mit Peripheriekomponenten darstellt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Hiernach werden eine Gate-Treiberschaltung und eine Leistungswandlereinrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung im Detail mit Bezug auf die beliebenden Zeichnungen beschrieben. Die folgenden Ausführungsformen beschreiben einen Fall, wo eine Leistungswandlerhauptschaltung in der Leistungswandlereinrichtung eine Umrichterschaltung als Beispiel ist, aber dies ist nicht dazu vorgesehen, eine Anwendung auf andere Zwecke auszuschließen. Die Leistungswandlerhauptschaltung kann eine Servoverstärkerschaltung, eine Schalt-Leistungszufuhrschaltung oder eine Wandlerschaltung sein. In der folgenden Beschreibung werden eine physische Verbindung und eine elektrische Verbindung nicht voneinander unterschieden, und werden einfach bezeichnet als eine „Verbindung“. Das bedeutet, der Begriff „Verbindung“ umfasst sowohl einen Fall, wo Bestandsteilelemente direkt miteinander verbunden sind, und einen Fall, wo Bestandsteilelemente indirekt miteinander verbunden sind, durch ein anderes Bestandsteilelement.
Erste Ausführungsform.
1 zeigt ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Leistungswandlereinrichtung 1 mit einer Gate-Treiberschaltung 3 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. 2 zeigt ein Diagramm, das eine detaillierte Konfiguration der Gate-Treiberschaltung 3 gemäß der ersten Ausführungsform zusammen mit einem Schalthalbleiterelement 6a darstellt, das zu treiben ist.
In 1 weist die Leistungswandlereinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform eine Umrichterschaltung 2, eine Gate-Treiberschaltung 3 und eine Steuerungseinheit 4 auf. Eine Gleichstrom (DC)-Leistungszufuhr 10 ist mit einem Eingangsanschluss der Umrichterschaltung 2 verbunden. Die DC-Leistungszufuhr 10 ist eine Leistungsquelle von DC-Leistung zum Beaufschlagen einer DC-Spannung auf die Umrichterschaltung 2, und entspricht einer Leistungszufuhreinrichtung, einem Wandler, einem Leistungskondensator oder Ähnlichem.
Die Umrichterschaltung 2 ist eine Leistungswandlerschaltung, die DC-Leistung wandelt, die von der DC-Leistungszufuhr 10 zugeführt ist, in Wechselstrom (AC)-Leistung. Die Umrichterschaltung 2 weist mindestens ein Schalthalbleiterelement 6a auf. Wie in 1 dargestellt, weist das Schalthalbleiterelement 6a allgemein ein Transistorelement und eine Diode auf, die antiparallel mit dem Transistorelement verbunden ist. In 1 ist ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) dargestellt als das Schalthalbleiterelement 6a, aber das Schalthalbleiterelement 6a ist nicht darauf beschränkt. Anstatt des MOSFET, kann ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) genutzt werden.
Ein Motor 12 als eine Last ist mit einem Ausgangsanschluss der Umrichterschaltung 2 verbunden. Der Motor 12 durch AC-Leistung getrieben, die von der Umrichterschaltung 2 zugeführt ist. 1 stellt einen Fall dar, wo der Motor 12 ein Dreiphasenmotor als Beispiel ist. In diesem Fall, weist die Umrichterschaltung 2 eine Drei-Phasen-Schaltungs-Konfiguration auf. Die Drei-Phasen-Schaltungs-Konfiguration weist drei Schenkel auf, in denen die Schalthalbleiterelemente des oberen Arms und die Schalthalbleiterelemente des unteren Arms in Reihe verbunden sind. Wenn der Motor 12 ein Einzelphasenmotor ist, weist die Umrichterschaltung 2 zwei Schenkel auf.
Die Steuerungseinheit 4 erzeugt ein Steuerungssignal 14 zum Steuern des mindestens einen Schalthalbleiterelements 6a und Ausgeben des Steuerungssignals 14 an die Gate-Treiberschaltung 3. Die Gate-Treiberschaltung 3 erzeugt, basierend auf dem Steuerungssignal 14, ein Treibersignal 16 zum Treiben des mindestens einen Schalthalbleiterelements 6a und Ausgeben des Treibersignals 16 auf die Umrichterschaltung 2.
In 2 weist das Schalthalbleiterelement 6a, das ein MOSFET ist, eine Drain-Elektrode 61, eine Gate-Elektrode 62 und eine Source-Elektrode 63 auf. Das Schalthalbleiterelement 6a ist in einem elektrisch isolierten Gehäuse beherbergt, um ein Modul 6 auszubilden. Das Modul 6 weist einen Drain-Hauptanschluss 64, einen Source-Hauptanschluss 65, einen Drain-Anschluss 66, einen Gate-Anschluss 67 und ein Source-Anschluss 68 auf. Der Drain-Hauptanschluss 64 und der Drain-Anschluss 66 sind mit der Drain-Elektrode 61 des Schalthalbleiterelements 6a verbunden. Der Gate-Anschluss 67 ist mit der Gate-Elektrode 62 des Schalthalbleiterelements 6a verbunden. Der Source-Hauptanschluss 65 und der Source-Anschluss 68 sind mit der Source-Elektrode 63 des Schalthalbleiterelements 6a verbunden.
Wie voranstehend beschrieben, kann das Schalthalbleiterelement 6a ein IGBT sein. In diesem Fall, weist das Schalthalbleiterelement 6a eine Gate-Elektrode auf, während sie eine Kollektorelektrode anstatt einer Drain-Elektrode und eine Emitter-Elektrode anstatt einer Source-Elektrode aufweist. Der Name von jedem Anschluss in dem Modul 6 ändert sich auch gemäß der Änderung in dem Namen der Elektrode des Schalthalbleiterelements 6a, aber der durch die vorliegende Offenbarung erlangte Effekt ändert sich nicht. Daher, in der folgenden Beschreibung, kann der Begriff „Drain-Elektrode“ die Bedeutung von „Kollektorelektrode“ aufweisen und der Begriff „Source-Elektrode“ kann die Bedeutung von „Emitter-Elektrode“ aufweisen.
Obwohl nicht in 2 dargestellt, ist eine Last, ein Leistungskondensator, eine Spule oder ein anderes Modul mit den Enden es Drain-Hauptanschlusses 64 und des Source-Hauptanschlusses 65 des Moduls 6 verbunden. Wenn elektrisches Signal zwischen den Gate-Anschluss 67 und den Source-Anschluss 68 des Moduls 6 beaufschlagt wird, wird das elektrische Signal beaufschlagt zwischen der Gate-Elektrode 62 und die Source-Elektrode 63 des Schalthalbleiterelements 6a. Das Schalthalbleiterelement 6a wird geschaltet zwischen einem An-Zustand und einem AusZustand gemäß dem elektrischen Signal und führt ein Schaltbetrieb durch. Die Leistungswandlereinrichtung 1 führt eine Leistungswandlerverarbeitung durch den Schaltbetrieb des Schalthalbleiterelements 6a durch.
In 2 weist die Gate-Treiberschaltung 3 einen Gate-Treiber 32, einen Stromdetektor 34 und einen Widerstand 36 auf. In der Leistungswandlereinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, ist jedes Bestandsteilelement der Gate-Treiberschaltung 3 auf eine elektronische Schaltungsplatine (nicht dargestellt) installiert und auf dem Modul 6 angeordnet.
Der Gate-Treiber 32 weist eine Positiv-Vorspannung-Leistungszufuhr 321 und eine Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 322 auf. Die Positiv-Vorspannung-Leistungszufuhr 321 und die Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 322 sind in Reihe verbunden, und ein Verbindungspunkt der Reihenverbindung ist mit dem Source-Anschluss 68 des Moduls 6 verbunden. Ein An-Treiberschalter 323 ist mit einer Positivelektrode der Positiv-Vorspannung-Leistungszufuhr 321 verbunden, und ein An-Treiber-Gate-Widerstand 324 ist mit dem Ende des An-Treiberschalters 323 verbunden. Ein Aus-Treiberschalter 325 ist mit einer Negativelektrode der Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 322 verbunden, und ein Aus-Treiber-Gate-Widerstand 326 ist mit dem Ende des Aus-Treiberschalters 325 verbunden. Ein Verbindungspunkt zwischen dem An-Treiber-Gate-Widerstand 324 und dem Aus-Treiber-Gate-Widerstand 326 ist mit dem Gate-Anschluss 67 des Moduls 6 verbunden. In 2 kann die Verbindungsreihenfolge des An-Treiberschalters 323 und des An-Treiber-Gate-Widerstands 324 umgekehrt sein, und die Verbindungsreihenfolge des Aus-Treiberschalters 325 und des Aus-Treiber-Gate-Widerstands 326 kann umgekehrt sein. Zusätzlich, in 2, um die Gate-Treibergeschwindigkeit zu ändern, sind Reihenschaltungen, die jeweils den An-Treiberschalter 323, den An-Treiber-Gate-Widerstand 324, den Aus-Treiber-Gate-Widerstand 326 und den Aus-Treiberschalter 325 aufweisen, in zwei Parallelen konfiguriert. Die Widerstandswerte der zwei An-Treiber-Gate-Widerstände 324 sind verschieden voneinander. Zusätzlich sind die Widerstandswerte der zwei Aus-Treiber-Gate-Widerstände 326 auch verschieden voneinander.
Wenn der An-Treiberschalter 323 geschlossen wird, wird eine Spannung von der Positiv-Vorspannung-Leistungszufuhr 321 zwischen den Gate-Anschluss 67 und den Source-Anschluss 68 des Moduls 6 durch den An-Treiber-Gate-Widerstand 324 beaufschlagt. Demgemäß wird das Schalthalbleiterelement 6a eingeschaltet. Wenn der Aus-Treiberschalter 325 geschlossen wird, wird die Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 322 zwischen den Gate-Anschluss 67 und den Source-Anschluss 68 des Moduls 6 durch den Aus-Treiber-Gate-Widerstand 326 beaufschlagt. Demgemäß wird das Schalthalbleiterelement 6a ausgeschaltet.
Der Gate-Treiber 32 weist einen Prozessor 327 auf. Ein Beispiel des Prozessors 327 ist eine komplexe programmierbare logische Einrichtung (CPLD). Der Prozessor 327 kann individuell das Öffnen und Schließen des An-Treiberschalters 323 ändern. Wenn ein An-Treiberschalter 323 geschlossen wird und der An-Treiber-Gate-Widerstand 324, der einen großen Widerstandswert aufweist, genutzt wird, kann die An-Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements 6a reduziert werden, weil der Stromfluss gering ist. Wenn der andere An-Treiberschalter 323 geschlossen wird und der An-Treiber-Gate-Widerstand 324, der einen niedrigen Widerstandswert aufweist, genutzt wird, kann die An-Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements 6a vergrößert werden, weil der Stromfluss groß ist. Zusätzlich, wenn beide An-Treiberschalter 323 geschlossen werden und beide An-Treiber-Gate-Widerstände 324 genutzt werden, kann die An-Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements 6a weiter vergrößert werden, weil der Stromfluss groß wird. Auf diese Weise kann der Gate-Treiber 32 die An-Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements 6a ändern. Der Aus-Treiberschalter 325 und der Aus-Treiber-Gate-Widerstand 326 weisen eine ähnliche Konfiguration auf; und der Gate-Treiber 32 kann die Aus-Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements 6a ändern.
Die Merkmale des Gate-Treibers 32 gemäß der ersten Ausführungsform sind, dass der Widerstand 36 und der Stromdetektor 34 vorhanden sind, dass ein Ende des Widerstands 36 mit dem Drain-Anschluss 66 des Moduls 6 verbunden ist, und dass das entgegengesetzte Ende des Widerstands 36 verbunden ist mit einem Ende des Stromdetektors 34. Zusätzlich ist das entgegengesetzte Ende des Stromdetektors 34 verbunden mit einem Verbindungspunkt der Reihenverbindung der Positiv-Vorspannung-Leistungszufuhr 321 und der Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 322 des Gate-Treibers 32.
Eine Hochspannung von mehreren hundert Volt bis mehrere tausend Volt kann zwischen die Drain-Elektrode 61 und die Source-Elektrode 63 des Schalthalbleiterelements 6a beaufschlagt sein. Die zwischen die Drain-Elektrode 61 und die Source-Elektrode 63 des Schalthalbleiterelements 6a beaufschlage Spannung ist äquivalent zu der Spannung, die zwischen den Drain-Anschluss 66 und den Source-Anschluss 68 des Moduls 6 beaufschlagt ist, und ist äquivalent zu der Spannung, die zwischen das eine Ende des Widerstands 36 und des entgegengesetzte Endes des Stromdetektors 34 beaufschlagt ist. Ein Spannungsabfall, der in dem Stromdetektor 34 auftritt, ist ein kleiner Wert von null Volt oder weniger einige Zehntel von Volt. Daher ist die Spannung, die zwischen die Drain-Elektrode 61 und die Source-Elektrode 63 des Schalthalbleiterelements 6a beaufschlagt ist, hauptsächlich auf beide Enden des Widerstands 36 beaufschlagt. Dann fließt ein Strom, der proportional zu der Spannung, die zwischen die Drain-Elektrode 61 und die Source-Elektrode 63 des Schalthalbleiterelements 6a beaufschlagt ist, proportional ist, durch den Widerstand 36. Der Stromdetektor 34 detektiert einen Strom, der durch den Widerstand 36 fließt, und gibt den detektierten Stromwert an den Prozessor 327 des Gate-Treibers 32 aus. Daher kann der Prozessor 327 Information in Bezug auf die Spannung erlangen, die zwischen die Drain-Elektrode 61 und die Source-Elektrode 63 des Schalthalbleiterelements 6a beaufschlagt ist, von dem Ausgang des Stromdetektors 34. Auf diese Weise ändert der Gate-Treiber 32 die Gate-Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements 6a gemäß dem Detektionswert des Stromdetektors 34.
Eine parasitäre Kapazität existiert in der elektronischen Schaltungsplatine und den Verbindungsleitungen bzw. der Verbindungsverdrahtung. Die parasitäre Kapazität weist eine kleinere Eingangsimpedanz auf, wenn die Kapazität größer ist und wenn die Frequenz höher ist. Daher kann ein hochfrequenter Strom durch die parasitäre Kapazität fließen. Hier nutzt die Leistungswandlereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform den Stromdetektor 34. Wenn ein Spannungsdetektor genutzt wird wie in der Vergangenheit, kann die parasitäre Kapazität, die in der elektronischen Schaltungsplatine existiert, oder die Verbindungsleitung existiert, durch den Spannungsdetektor fließen. Weil ein Spannungsdetektor eine große Eingangsimpedanz aufweist, ist das Verhältnis des Stroms, der durch die parasitäre Kapazität fließt, zu dem Strom, der durch den Spannungsdetektor fließt, groß. Das bedeutet, wenn ein Spannungsdetektor genutzt wird, nimmt die Genauigkeit der Spannungsdetektion ab.
In der Patentliteratur 1 offenbarten Technik wird ein Kondensator parallel mit einem Spannungsdetektionswiderstand verbunden, um ein Abnehmen der Detektionsgenauigkeit zu kompensieren. Jedoch, weil es notwendig ist, einen Kondensator mit dem Widerstand zu verbinden, vergrößert sich die Anzahl von Komponenten und der Spannungsdetektor vergrößert sich in der Größe.
Im Gegensatz dazu, weist ein Stromdetektor allgemein eine Eingangsimpedanz auf. Daher ist das Verhältnis des Stroms, der durch die parasitäre Kapazität fließt, zu dem Strom, der durch den Stromdetektor fließt, gering. Aus diesem Grund, sogar falls eine parasitäre Kapazität in der elektronischen Schaltungsplatine und den Leitungen existiert, ist ein Abnehmen der Genauigkeit der Stromdetektion durch den Stromdetektor gering.
Auf diese Weise, weil der Stromdetektor 34 genutzt wird als ein Detektor, der direkt die Spannung detektiert, die auf das Schalthalbleiterelement 6a in der ersten Ausführungsform beaufschlagt ist, kann eine hochgenaue und verkleinerte Gate-Treiberschaltung 3 erlangt werden.
In 2 ist das eine Ende des Widerstands 36 verbunden mit dem Drain-Anschluss 66 des Moduls 6, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Das eine Ende des Widerstands 36 kann mit dem Drain-Hauptanschluss 64 des Moduls 6 verbunden sein. Weil sowohl der Drain-Anschluss 66 und der Drain-Hauptanschluss 64 des Moduls 6 mit der Drain-Elektrode 61 des Schalthalbleiterelements 6a verbunden sind, werden die elektrischen Charakteristiken nicht verändert, und der Effekt der ersten Ausführungsform kann erlangt werden.
Wenn der Gate-Treiber 32 Information empfängt, dass die Spannung, die auf das Schalthalbleiterelement 6a beaufschlagt wird, groß ist, reduziert der Gate-Treiber 32 die Gate-Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements 6a, das gegenwärtig getrieben wird oder des Schalthalbleiterelements 6a, das als nächstes oder später zu treiben ist. Zusätzlich, wenn der Gate-Treiber 32 Information empfängt, dass die Spannung, die auf das Schalthalbleiterelement 6a beaufschlagt wird, gering ist, vergrößert der Gate-Treiber 32 die Gate-Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements 6a, das gegenwärtig getrieben wird oder des Schalthalbleiterelements 6a das als nächstes oder später zu treiben ist. Mit dieser Steuerung ist es möglich, die Schaltverluste zu reduzieren während das Auftreten einer übermäßigen Überspannung bzw. Durchschlagspannung vermieden wird. Wenn der Schaltverlust reduziert werden kann, kann ein Kühler, der das Schalthalbleiterelement 6a kühlt, weiter in der Größe reduziert werden, und die Leistungswandlereinrichtung kann weiter verkleinert werden.
In dem Voranstehenden wurde beschrieben, dass die Gate-Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements 6a geändert wird gemäß der Größe der auf das Schalthalbleiterelement 6a beaufschlagten Spannung. Jedoch kann die Gate-Treibergeschwindigkeit gesteuert werden basierend auf der Menge der Änderung per Zeiteinheit der auf das Schalthalbleiterelement 6a beaufschlagten Spannung. Zum Beispiel, wenn Information die Menge der Änderung per Zeiteinheit der Spannung angibt, die auf das Schalthalbleiterelement 6a beaufschlagt wird, groß ist, empfangen wird, wird eine Steuerung durchgeführt zum Verringern der Gate-Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements 6a. Zusätzlich, wenn Information empfangen wird, die angibt, dass die Menge der Änderung per Zeiteinheit der auf das Schalthalbleiterelement 6a beaufschlagten Spannung gering ist, wird eine Steuerung zum Vergrößern der Gate-Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements 6a durchgeführt.
Zusätzlich kann der Gate-Treiber 32 die Information in Bezug auf den Detektionswert des Stromdetektors 34 zu einem anderen Gate-Treiber (nicht dargestellt in 2) durch ein Signalisolator (nicht dargestellt in 2) zuführen. Der andere Gate-Treiber ändert die Treibergeschwindigkeit des anderen Schalthalbleiterelements (nicht dargestellt in 2) gemäß der Information in Bezug auf den Detektionswert des Stromdetektors, der durch den Signalisolator erlangt ist. Mit dieser Steuerung kann der Schaltverlust eines anderen Schalthalbleiterelements reduziert werden, ohne einen anderen Stromdetektor bereitzustellen. Demgemäß ist es möglich, die Leistungswandlereinrichtung weiter zu verkleinern.
Man beachte, dass beschrieben worden ist, dass der Prozessor 327 ein CPLD ist, wie voranstehend, aber der Prozessor 327 ist nicht auf den CPLD beschränkt. Eine anwendungsspezifisch integrierte Schaltung (ASIC) oder ein logischer IC kann statt des CPLD genutzt werden.
Als Nächstes werden Konfigurationsbeispiele des Stromdetektors 34 beschrieben. Zwei Beispiele werden nachstehend beschrieben. 3 zeigt ein Diagramm, das ein erstes Konfigurationsbeispiel des Stromdetektors 34 gemäß der ersten Ausführungsform gemeinsam mit Peripheriekomponenten darstellt.
In 3 ist ein Ende des Stromdetektors 34 verbunden mit dem Widerstand 36, und das entgegengesetzte Ende des Stromdetektors 34 ist verbunden mit einem Verbindungspunkt der Reihenverbindung der Positiv-Vorspannung-Leistungszufuhr 321 und der Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 322 des Gate-Treibers 32. Der Stromdetektor 34 weist einen Kondensator 341 auf. Der Kondensator 341 verbindet den Widerstand 36 und eine Positivelektrode der Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 322 des Gate-Treibers 32. Zusätzlich ist ein Entladetransistor 342 parallel mit dem Kondensator 341 verbunden.
Wenn ein Referenzpotential des Prozessors 327 des Gate-Treibers 32 die Positivelektrode der Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 322 ist, ist es wünschenswert, dass das entgegengesetzte Ende des Stromdetektors 34 auch mit der Positivelektrode der Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 322 des Gate-Treibers 32 verbunden ist. Dies wird gemacht, weil das Referenzpotential des Prozessors 327 und ein Referenzpotential des Stromdetektors 34 gleich zueinander gemacht sind.
Wenn der Entladetransistor 342 offen ist, wird ein Laden des Kondensators 341 erlaubt. In diesem Fall tritt der Strom, der durch den Widerstand 36 fließt, durch den Kondensator 341 und fließt zu der Positivelektrode der Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 322 des Gate-Treibers 32. Der Kondensator 341 wird geladen und die Ladespannung steigt an. Wenn der Strom, der durch den Widerstand 36 fließt, größer ist, wird die temporäre Änderungsrate der Ladespannung des Kondensators 341 größer. Wenn der Strom, der durch den Widerstand 36 fließt, kleiner ist, wird die temporäre Änderungsrate der Ladespannung des Kondensators 341 kleiner.
Wenn der Entladetransistor 342 geschlossen wird, ist ein Laden des Kondensators 341 nicht erlaubt. In diesem Fall tritt der Strom, der durch den Widerstand 36 fließt, durch den Entladetransistor 342 und fließt zu der Positivelektrode der Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 322 des Gate-Treibers 32. Der Kondensator 341 wird entladen und die Ladespannung des Kondensators 341 wird auf null Volt initialisiert.
Ein Ende des Kondensators 341 ist mit einem Positivanschluss eines Vergleichers 343 verbunden, und das entgegengesetzte Ende des Kondensators 341 mit einem Negativanschluss des Vergleichers 343 durch eine Referenzspannung 344. Wenn die Ladespannung des Kondensators 341 ansteigt und die Referenzspannung 344 überschreitet, schaltet der Ausgang des Vergleichers 343 von niedrig zu hoch. Die Ausgabe bzw. der Ausgang des Vergleichers 343 ist verbunden mit einem Datenanschluss einer Verriegelungsschaltung 345. Zusätzlich ist ein Aus-Anschluss der Verriegelungsschaltung 345 verbunden mit dem Prozessor 327 des Gate-Treibers 32.
Der Stromdetektor 34 weist des Weiteren einen Signalerzeuger 346 auf. Der Stromdetektor 34 erzeugt zwei Arten von Signalen, um die temporäre Änderungsrate der Ladespannung des Kondensators 341 zu detektieren. Ein erstes Signal wiederholt hoch für 10 us und niedrig für 90 us in einem Zyklus von 100 us. Ein zweites Signal wiederholt hoch für 3 us und niedrig für 97 us in einem Zyklus von 100 us. Das erste Signal wird in den Entladetransistor 342 eingegeben und das zweite Signal wird in einen Taktanschluss der Verriegelungsschaltung 345 eingegeben.
Wenn das erste Signal eingegeben wird, um den Transistor 342 zu entladen, wiederholt der Entladetransistor 342 das Schließen für 10 us und das Öffnen für 90 us in einem Zyklus von 100 us. Zusätzlich, wenn das zweite Signal an den Taktanschluss der Verriegelungsschaltung 345 eingegeben wird, speichert die Verriegelungsschaltung 345 die Ausgabe des Vergleichers 343 zu dem Zeitpunkt, wenn das zweite Signal von niedrig auf hoch ansteigt.
Der Zeitpunkt, wenn das zweite Signal von niedrig auf hoch ansteigt, wird um 30 us verzögert, von dem Zeitpunkt, wenn das erste Signal von hoch zu niedrig fällt. Demgemäß speichert die Verriegelungsschaltung 345 die Ausgabe des Vergleichers 343 nach einer 30us-Verzögerung von dem Zeitpunkt, wenn das Laden des Kondensators 341 erlaubt ist.
Wenn der Strom, der durch den Widerstand 36 fließt, groß ist, wird die Ladespannung des Kondensators 341 groß in einer kurzen Zeit von weniger als 30 us nachdem das Laden des Kondensators 341 erlaubt wird. Daher wird die Ausgabe des Vergleichers 343 von niedrig zu hoch geschaltet. Danach speichert die Verriegelungsschaltung 345 die Ausgabe des Vergleichers 343. Die Verriegelungsschaltung 345 gibt ein Hoch-Signal von dem Aus-Anschluss an den Prozessor 327 des Gate-Treibers 32 aus. Der Prozessor 327, der das Hoch-Signal empfangen hat, reduziert die Gate-Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements 6a.
Wenn der Strom, der durch den Widerstand 36 fließt, gering ist, wird die Ladespannung des Kondensators 341 nicht innerhalb einer kurzen Zeit von weniger als 30 us groß, nachdem das Laden des Kondensators 341 erlaubt ist. Daher bleibt die Ausgabe des Vergleichers 343 niedrig. Die Verriegelungsschaltung 345 speichert die Ausgabe der Niedrig-Ausgabe von dem Vergleicher 343. Die Verriegelungsschaltung 345 gibt ein Niedrig-Signal von dem Aus-Anschluss an den Prozessor 327 des Gate-Treibers 32 aus. Der Prozessor 327, der das Niedrig-Signal empfangen hat, vergrößert die Gate-Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements 6a.
Wie voranstehend beschrieben, kann der Stromdetektor 34 in 2 die Größe des durch den Widerstand 36 fließenden Stroms detektieren. Durch Einstellen der Verzögerungszeit des zweiten Signals relativ zu dem ersten Signal, kann ein Detektionsschwellwert des Stromdetektors 34 eingestellt werden. Wenn die Verzögerungszeit verkürzt wird, wird der Schwellwert erhöht. Wenn die Verzögerungszeit verlängert wird, wird der Schwellwert abgesenkt.
In dem Stromdetektor 34, wenn die Kapazität des Kondensators 341 vergrößert wird, die Kondensatorspannungsfluktuation, wenn Rauschladungen eingetreten sind, gering. Daher, wenn die Kapazität des Kondensators 341 groß wird, vergrößert sich der Rauschwiderstand des Stromdetektors 34, und der Strom des Widerstands 36 kann genau detektiert werden.
Der Signalerzeuger 346 kann implementiert werden unter Nutzung eines CPLD, eines ASIC oder eines logischen IC. Zu dem Zeitpunkt kann ein Signal erzeugt werden unter Nutzung des CPLD, des ASIC oder des logischen IC, der in dem Gate-Treiber 32 vorhanden ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Anzahl von Komponenten zu reduzieren und die Gate-Treiberschaltung 3 weiter zu verkleinern.
Ein weiteres Beispiel des Stromdetektors 34 ist in 4 dargestellt. 4 zeigt ein Diagramm, das ein zweites Konfigurationsbeispiel des Stromdetektors 34 gemäß der ersten Ausführungsform zusammen mit Peripheriekomponenten zeigt. In 4 sind dieselben oder äquivalent Elemente wie diejenigen, die in 3 dargestellt sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine redundante Beschreibung wird geeignet ausgelassen.
Ein erstes Merkmal des Stromdetektors 34 ist in 4 dargestellt und ist es eine Verriegelungsschaltung 347 aufzuweisen, die eine zweite Verriegelungsschaltung ist. Ein Datenanschluss der Verriegelungsschaltung 347 ist mit einem Ausgangsanschluss des Vergleichers 343 verbunden. Mit dieser Konfiguration wird die Ausgabe des Vergleichers 343 in den Datenanschluss der Verriegelungsschaltung 345 eingegeben, die als erste Verriegelungsschaltung arbeitet, und wird auch eingegeben in den Datenanschluss der Verriegelungsschaltung 347, die als zweite Verriegelungsschaltung arbeitet. Zusätzlich wird ein Aus-Anschluss der Verriegelungsschaltung 347 verbunden mit dem Prozessor 327 des Gate-Treibers 32.
Ein zweites Merkmal des Stromdetektors 34, der in 4 dargestellt ist, ist, dass ein Signalerzeuger 348 bereitgestellt ist anstatt des Signalerzeugers 346 und dass der Signalerzeuger 348 drei Arten von Signalen erzeugt. Ein erstes Signal und ein zweites Signal sind ähnlich zu denen, die durch den Stromdetektor 34 ausgegeben werden, die in 3 dargestellt ist. Ein drittes Signal wiederholt hoch für 3 us und niedrig für 97 us in einem Zyklus von 100 us. Das dritte Signal wird in einen Taktanschluss der Verriegelungsschaltung 347 eingegeben.
Der Zeitpunkt, wenn das dritte Signal von niedrig auf hoch ansteigt, wird verzögert um 80 us von dem Zeitpunkt, wenn das erste Signal von hoch auf niedrig abfällt. Demgemäß speichert die Verriegelungsschaltung 347 die Ausgabe des Vergleichers 343 nach einer 80 us Verzögerung von dem Zeitpunkt, wenn das Laden des Kondensators 341 erlaubt wird.
Wenn die Spannung, die auf das Schalthalbleiterelement 6a beaufschlagt wird, groß ist, ist der durch den Widerstand 36 fließende Strom groß. Wenn die Ladespannung des Kondensators 341 innerhalb von einer kurzen Zeit von weniger als 30 us groß wird nachdem das Laden des Kondensators 341 erlaubt wird, schaltet die Ausgabe des Vergleichers 343 von niedrig auch hoch. Danach speichern die Verriegelungsschaltungen 345 und 347 die Ausgabe des Vergleichers 343. Die Verriegelungsschaltung 345 gibt ein Hoch-Signal von dem Aus-Anschluss an dem Prozessor 327 aus und die Verriegelungsschaltung 347 gibt ein Hoch-Signal von dem Aus-Anschluss an den Prozessor 327 aus. Der Prozessor 327, der das Hoch-Signal empfangen hat, reduziert die Gate-Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements 6a.
Wenn die Spannung, die auf das Schalthalbleiterelement 6a beaufschlagt wird, gering ist, ist der Strom, der durch den Widerstand 36 fließt, gering, und die Ladespannung des Kondensators 341 wird nicht groß innerhalb der kurzen Zeit von weniger als 30 us nachdem das Laden des Kondensators 341 erlaubt wird. Daher bleibt die Ausgabe des Vergleichers 343 niedrig. Die Verriegelungsschaltung 345 speichert die Ausgabe des Vergleichers 343. Jedoch fährt die Ladespannung des Kondensators 341 damit fort, anzusteigen. Die Ausgabe des Vergleichers 343 wird von niedrig auch hoch geschaltet, bevor eine lange Zeit von 80 us abläuft. Danach speichert nur die Verriegelungsschaltung 347 die Ausgabe von hoch, die die Ausgabe von dem Vergleicher 343 ist. Die Verriegelungsschaltung 345 gibt ein Niedrig-Signal von dem Aus-Anschluss an den Prozessor 327 aus, und die Verriegelungsschaltung 347 gibt ein Hoch-Signal von dem Aus-Anschluss an den Prozessor 327 aus. Zu diesem Zeitpunkt, vergrößert der Prozessor 327 die Gate-Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements 6a.
Wenn ein Leiterunterbrechungsfehler in dem Widerstand 36 auftritt oder wenn ein Leiterunterbrechungsfehler in der Leitung auftritt, die den Widerstand 36 und den Stromdetektor 34 verbindet, wird der Strom, der durch den Widerstand 36 fließt, null. Zu diesem Zeitpunkt wird die Ladespannung des Kondensators 341 nicht groß, und die Ausgabe des Vergleichers 343 bleibt niedrig. Danach speichern die Verriegelungsschaltungen 345 und 347 die Ausgabe des Vergleichers 343. Die Verriegelungsschaltung 345 gibt ein Niedrig-Signal von dem Aus-Anschluss an den Prozessor 327 aus, und die Verriegelungsschaltung 347 gibt ein Niedrig-Signal von dem Aus-Anschluss an den Prozessor 327 aus. Zu diesem Zeitpunkt verringert der Prozessor 327 die Gate-Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements 6a.
Hier wird ein Fall, wo ein Leiterunterbrechungsfehler in dem Widerstand 36 auftritt, oder ein Fall, wo ein Leiterunterbrechungsfehler in der Leitung auftritt, die den Widerstand 36 und den Stromdetektor 34 verbindet, in dem in 2 dargestellten Stromdetektor 34 berücksichtigt. In diesen Fällen, sogar, wenn die Spannung, die auf das Schalthalbleiterelement 6a beaufschlagt wird, groß ist, ist der Strom, der durch den Widerstand 36 fließt, Null. Daher gibt die Verriegelungsschaltung 345 ein Niedrig-Signal von dem Aus-Anschluss an den Prozessor 327 aus. Demgemäß vergrößert der Prozessor 327 die Gate-Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements 6a. Weil der Strom-Null-Zustand sich fortsetzt, bis diese Unterbrechungsfehler repariert sind, wird die Steuerung zum Erhöhen der Gate-Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements 6a fortgesetzt. Als Ergebnis kann eine Spannungsbelastung auf das Schalthalbleiterelement 6a beaufschlagt werden.
Als Nächstes wird ein Fall, wo ein Leiterunterbrechungsfehler auftritt, in den Widerstand 36, oder ein Fall, wo ein Leiterunterbrechungsfehler auftritt, in der Leitung auftritt, die den Widerstand 36 und den Stromdetektor 34 verbindet, berücksichtigt in dem Stromdetektor 34, der in 4 dargestellt ist. Wie voranstehend beschrieben, kann der Stromdetektor 34 detektieren, dass der Strom, der durch den Widerstand 36 fließt, Null ist, durch die Verriegelungsschaltung 347, die die zweite Verriegelungsschaltung ist. Zu diesem Zeitpunkt, verringert der Gate-Treiber 32 die Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements 6a. Wenn diese Unterbrechungsfehler nicht operiert werden, setzt sich der Strom-Null-Zustand fort, aber die Gate-Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements 6a vergrößert sich nicht. Daher kann die Möglichkeit, dass eine Spannungsbelastung auf das Schalthalbleiterelement 6a beaufschlagt wird, eliminiert werden.
In der voranstehenden Beschreibung wurde beschrieben, dass der Stromdetektor 34 detektiert, dass der Strom, der durch den Widerstand 36 fließt, Null ist, aber der Detektionsschwellwert muss nicht genau Null sein. Der Stromdetektor 34, der in 4 dargestellt ist, bestimmt, dass der Strom Null ist, wenn die Ladespannung des Kondensators 341 nicht eine festgesetzte Spannung innerhalb einer vorgeschriebenen Zeit erreicht. Dieses Detektionsverfahren kann genutzt werden zum Detektieren eines Null-Stroms. In einem Fall, wo der Stromdetektor 34, der in 3 dargestellt ist, ist die Konfiguration des Signalerzeugers 346 nur erforderlich, temporär geändert zu werden, wenn die Leistungswandlereinrichtung aktiviert wird. Das bedeutet, dass die Verzögerungszeit des zweiten Signals relativ zu dem ersten Signal eine lange Zeit eingestellt wird. Der Detektionsschwellwert des Stromdetektors 34 wird verringert, und der Stromdetektor 34 kann detektieren, dass der Strom, der durch den Widerstand 36 fließt, Null ist. Wenn die Leistungswandlereinrichtung aktiviert wird, kann ein Leiterunterbrechungsfehler in dem Widerstand 36 oder ein Leiterunterbrechungsfehler in der Leitung, die den Widerstand 36 und den Stromdetektor 34 verbindet, detektiert werden. Der Gate-Treiber 32 reduziert die Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements 6a. Daher kann die Möglichkeit, dass eine Spannungsbelastung auf das Schalthalbleiterelement 6a beaufschlagt wird, eliminiert werden. Wenn diese Unterbrechungsfehler nicht detektiert werden sollen, wird die Konfiguration des Signalerzeugers 346 wiederhergestellt.
Wie voranstehend beschrieben, weist eine Gate-Treiberschaltung gemäß der ersten Ausführungsform einen Widerstand, einen Stromdetektor, der einen Strom detektiert, der durch den Widerstand fließt, und einen Gate-Treiber auf. Der Gate-Treiber beaufschlagt ein elektrisches Signal zwischen den Gate-Anschluss und den Source-Anschluss zum Treiben des Gates des Schalthalbleiterelements. Ein Ende des Widerstands ist mit dem Drain-Anschluss verbunden, das entgegengesetzte Ende des Widerstands ist mit einem Ende des Stromdetektors verbunden, und das entgegengesetzte Ende des Stromdetektors ist mit dem Gate-Treiber verbunden. Der Stromdetektor gibt einen Detektionswert des Stroms an den Gate-Treiber aus. Der Gate-Treiber ändert die Gate-Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements gemäß des Detektionswerts des Stroms. Genauer gesagt, wenn der Stromdetektor detektiert, dass der Strom, der durch den Widerstand fließt, groß ist, wird die Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements verringert. Auf ähnliche Weise, wenn der Stromdetektor detektiert, dass der Strom, der durch den Widerstand fließt, gering ist, wird die Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements vergrößert. Eine parasitäre Kapazität existiert in einer elektronischen Schaltungsplatine, auf der der Stromdetektor installiert ist, und eine parasitäre Kapazität existiert auch in den Leitungen, die die elektronische Schaltungsplatine und den Gate-Treiber verbinden. Jedoch kann der Stromdetektor, der eine kleine Eingangsimpedanz aufweist, den Einfluss der parasitären Kapazität reduzieren. Zusätzlich erfordert die Gate-Treiberschaltung gemäß der ersten Ausführungsform nicht, dass ein Kondensator mit einem Widerstand zur Spannungsdetektion, wie im Stand der Technik, zu verbinden ist. Demgemäß durch Nutzen der Gate-Treiberschaltung gemäß der ersten Ausführungsform, ist es möglich einen Effekt zu erlangen des Vermeidens eines Vergrößerns der Größe eines Detektors, der einen Detektionswert detektiert, der einen Treibzustand des Schalthalbleiterelements repräsentiert, während ein Abnehmen der Genauigkeit des Detektionswerts vermieden wird.
Zusätzlich, durch Nutzen der Gate-Treiberschaltung gemäß der ersten Ausführungsform, ist es möglich, den Schaltverlust zu reduzieren, während das Auftreten einer übermäßigen Durchschlagspannung vermieden wird. Demgemäß, weil ein Kühler, der das Schalthalbleiterelement kühlt, weiter in der Größe reduziert werden kann, ist es möglich, eine Effekt des weiteren Verkleinerns einer Leistungswandlereinrichtung zu erzielen.
Der Stromdetektor der Gate-Treiberschaltung kann einen Kondensator aufweisen, der ein Strom empfängt, der durch den Widerstand fließt. Wenn die temporäre Änderungsrate der Ladespannung des Kondensators groß ist, detektiert der Stromdetektor, dass der Strom, der durch den Widerstand fließt, groß ist. Zusätzlich, wenn die temporäre Änderungsrate der Ladespannung des Kondensators klein ist, detektiert der Stromdetektor, dass der Strom, der durch den Widerstand fließt, klein ist. Weil der Stromdetektor dazu konfiguriert ist, ein Schaltungselement zu nutzen, ist es möglich, die Geschwindigkeit des Schalthalbleiterelements schnell zu steuern.
Man beachte, dass in der voranstehenden Konfiguration anzunehmen ist, dass ein Leiterunterbrechungsfehler auftritt in einem Widerstand durch den ein Strom fließt, oder dass ein Leiterunterbrechungsfehler in der Leitung auftritt, die den Widerstand und den Stromdetektor verbindet. Der Stromdetektor kann detektieren, dass der Strom, der durch den Widerstand fließt, Null ist, wenn die Ladespannung des Kondensators nicht eine festgesetzte Spannung innerhalb einer vorgeschriebenen Zeit erreicht. Wenn der Stromdetektor detektiert, dass der Strom, der durch den Widerstand fließt, Null ist, führt die Gate-Treiberschaltung eine Steuerung zum Reduzieren der Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements durch. Solch eine Steuerung kann die Möglichkeit des Beaufschlagens einer Spannungsbelastung auf das Schalthalbleiterelement eliminieren.
Zweite Ausführungsform.
5 zeigt ein Diagramm, das eine detaillierte Konfiguration einer Gate-Treiberschaltung 3A gemäß einer zweiten Ausführungsform zusammen mit zwei Schalthalbleiterelementen 6a und 6b zeigt, die zu treiben sind. In 5 sind dieselben oder äquivalente Elemente wie diejenigen, die in 2 dargestellt sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine redundante Beschreibung wird geeignet ausgelassen.
Das Schalthalbleiterelement 6a, das ein erstes Schalthalbleiterelement ist, ist ein MOSFET. Das Schalthalbleiterelement 6a weist die Drain-Elektrode 61 auf, die eine erste Drain-Elektrode ist, die Gate-Elektrode 62, die eine erste Gate-Elektrode ist und die Source-Elektrode 63, die eine erste Source-Elektrode ist.
Das Schalthalbleiterelement 6b, das ein zweites Schalthalbleiterelement ist, ist auch ein MOSFET. Das Schalthalbleiterelement 6b weist eine Drain-Elektrode 71 auf, die eine zweite Drain-Elektrode ist, eine Gate-Elektrode 72, die eine zweite Gate-Elektrode ist, und eine Source-Elektrode 73, die eine zweite Source-Elektrode ist. Die Schalthalbleiterelemente 6a und 6b sind in Reihe verbunden und in einem elektrisch isolierten Gehäuse beherbergt, um ein Modul 7 auszubilden.
Das Modul 7 weist den Drain-Hauptanschluss 64, den Drain-Anschluss 66, den Gate-Anschluss 67, die ein erster Gate-Anschluss ist, der Source-Anschluss 68, der ein erster Source-Anschluss ist, einen Source-Hauptanschluss 75, einen Ausgabe-Hauptanschluss 76, einen Gate-Anschluss 77, der ein zweiter Gate-Anschluss ist, und einen Source-Anschluss 78 auf, der ein zweiter Source-Anschluss ist.
Der Drain-Hauptanschluss 64 und der Drain-Anschluss 66 sind mit der Drain-Elektrode 61 des Schalthalbleiterelements 6a verbunden. Der Gate-Anschluss 67 ist mit der Gate-Elektrode 62 des Schalthalbleiterelements 6a verbunden.
Die Source-Elektrode 63 des Schalthalbleiterelements 6a und die Drain-Elektrode 71 des Schalthalbleiterelements 6b sind innerhalb des Moduls 7 verbunden. Die Source-Elektrode 63 und die Drain-Elektrode 71 sind mit dem Source-Anschluss 68 und dem Ausgabe-Hauptanschluss 76 verbunden.
Der Gate-Anschluss 77 ist mit der Gate-Elektrode 72 des Schalthalbleiterelements 6b verbunden. Der Source-Hauptanschluss 75 und der Source-Anschluss 78 sind mit der Source-Elektrode 73 des Schalthalbleiterelements 6b verbunden.
Ein Leistungskondensator 8 zum Speichern von DC-Leistung, ist außerhalb des Moduls 7 bereitgestellt. Eine Positivelektrode des Leistungskondensators 8 ist mit dem Drain-Hauptanschluss 64 verbunden, und eine Negativelektrode des Leistungskondensators 8 ist mit dem Source-Hauptanschluss 75 verbunden. Obwohl nicht in 5 dargestellt, ist eine Last, eine Spule, ein anderer Leistungskondensator, oder ein anderes Modul mit dem Ende des Ausgabe-Hauptanschlusses 76 des Moduls 7 verbunden.
In dem Modul 7, wenn das Schalthalbleiterelement 6a eingeschaltet wird, gibt der Ausgabe-Hauptanschluss 76 das Potential der Positivelektrode des Leistungskondensators 8 aus. Wenn das Schalthalbleiterelement 6b eingeschaltet wird, gibt der Ausgabe-Hauptanschluss 76 das Potential der Negativelektrode des Leistungskondensators 8 aus. Die Leistungswandlereinrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform führt eine Leistungswandlerverarbeitung durch Schaltbetrieb der Schalthalbleiterelemente 6a und 6b durch.
Wie in 5 dargestellt, sind die Gate-Treiberschaltung 3A und eine Modulexternschaltung 18 außerhalb des Moduls 7 bereitgestellt.
Die Gate-Treiberschaltung 3A weist den Gate-Treiber 32, der ein erster Gate-Treiber ist, einen Gate-Treiber 33, der ein zweiter Gate-Treiber ist, einen Stromdetektor 34A und einen Signalisolator 357 auf. Eine detaillierte Schaltungskonfiguration des Stromdetektors 34A wird später beschrieben werden.
Ähnlich zu der ersten Ausführungsform, weist der Gate-Treiber 32 die Positiv-Vorspannung-Leistungszufuhr 321, die Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 322, den An-Treiberschalter 323, den An-Treiber-Gate-Widerstand 324, den Aus-Treiberschalter 325, den Aus-Treiber-Gate-Widerstand 326 und den Prozessor 327 auf. Auf ähnliche Weise weist der Gate-Treiber 33 eine Positiv-Vorspannung-Leistungszufuhr 331, eine Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 332, einen An-Treiberschalter 333, einen An-Treiber-Gate-Widerstand 334, einen Aus-Treiberschalter 335, einen Aus-Treiber-Gate-Widerstand 336 und einen Prozessor 337 auf.
In der Leistungswandlereinrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform, wird jedes Bestandsteilelement der Gate-Treiberschaltung 3A auf einer elektronischen Schaltungsplatine angeordnet (nicht dargestellt). In der Gate-Treiberschaltung 3A, weil die Schaltung und die Komponenten auf einer Platine installiert sind, kann die Einrichtung verkleinert werden. Zusätzlich, weil die Schaltung und die Komponenten auf einer Platine installiert sind, ist eine Signalverschlechterung gering, und der Signalisolator 357 kann mit hoher Geschwindigkeit betrieben werden.
Die Modulexternschaltung 18 weist einen Widerstand 358 und eine Überspannungsvermeidungsdiode 355 auf. In der Leistungswandlereinrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform, ist jeder Bestandsteilelement der Modulexternschaltung 18 auf einer elektronischen Schaltungsplatine (nicht dargestellt) installiert und auf dem Modul 7 angeordnet.
Die Modulexternschaltung 18 weist Leiter auf, die mit dem Gate-Anschluss 67 verbunden sind und dem Source-Anschluss 68 des Moduls 7 verbunden sind. Diese Leiter sind mit dem Gate-Treiber 32 durch eine erste Zwischenplatinenleistungsgruppe 351 verbunden. Zusätzlich weist die Modulexternschaltung 18 Leiter auf, die mit dem Drain-Anschluss 66, dem Gate-Anschluss 77 und dem Source-Anschluss 78 des Moduls 7 verbunden sind. Diese Leiter sind mit dem Gate-Treiber 33 durch eine zweite Zwischenplatinenleistungsgruppe 352 verbunden. Mit dieser Konfiguration treibt Gate-Treiber 32 das Schalthalbleiterelement 6a, das das erste Schalthalbleiterelement ist, und der Gate-Treiber 33 treibt das Schalthalbleiterelement 6b, das das zweite Schalthalbleiterelement ist.
In der Modulexternschaltung 18, ist ein Ende des Widerstands 358 mit dem Drain-Anschluss 66 des Moduls 7 verbunden, und das entgegengesetzte Ende des Widerstands 358 ist mit dem einen Ende des Stromdetektors 34A durch die zweite Zwischenplatinenleistungsgruppe 352 verbunden. Eines des entgegengesetzten Endes des Stromdetektors 34A ist mit einer Negativelektrode der Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 332 des Gate-Treibers 33 verbunden, und das andere Ende des entgegengesetzten Endes des Stromdetektors 34A ist mit einer Positivelektrode der Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr des Gate-Treibers 33 verbunden.
Die Spannung des Leistungskondensators 8 kann eine Hochspannung von mehreren hundert Volt bis mehrere tausend Volt sein. Die Spannung des Leistungskondensators 8 ist immer beaufschlagt zwischen dem Drain-Hauptanschluss 64 und dem Source-Hauptanschluss 75 des Moduls 7. Diese Spannung ist äquivalent zu der Spannung, die zwischen die Drain-Elektrode 61 des Schalthalbleiterelements 6a und der Source-Elektrode 73 des Schalthalbleiterelements 6b beaufschlagt ist, und ist äquivalent zu der Spannung, die zwischen dem Drain-Anschluss 66 des Moduls 7 und der Positivelektrode der Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 332 in dem Gate-Treiber 33 beaufschlagt ist.
Ein Spannungsabfall, der in dem Stromdetektor 34A auftritt, ist einer kleiner Wert von null Volt oder weniger als einige Zehntel von Volt. Zusätzlich ist die Spannung zwischen der Positivelektrode und der Negativelektrode der Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 332 in dem Gate-Treiber 33 ein kleiner Wert von weniger als einigen Zehnteln von Volt. Daher wird die Spannung des Leistungskondensators 8 hauptsächlich auf beide Enden des Widerstands 358 der Modulexternschaltung 18 beaufschlagt. Der Strom, der durch den Widerstand 358 fließt, ist proportional zu der Spannung des Leistungskondensators 8. Der Stromdetektor 34A detektiert den Strom, der durch den Widerstand 358 fließt und gibt den detektierten Stromwert an den Prozessor 337 des Gate-Treibers 33 aus.
Der Prozessor 337 des Gate-Treibers 33 immer Information in Bezug auf die Spannung des Leistungskondensators 8 von der Ausgabe des Stromdetektors 34A erlangen. Der Gate-Treiber 33 ändert die Gate-Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements 6b gemäß der neuesten Information in Bezug auf die Spannung des Leistungskondensators 8. Demgemäß kann der Schaltverlust des Schalthalbleiterelements 6b reduziert werden kann. Demgemäß, weil ein Kühler, der das Schalthalbleiterelement 6b kühlt, weiter in der Größe reduziert werden, kann die Leistungswandlereinrichtung weiter verkleinert werden.
Des Weiteren liefert der Gate-Treiber 33 Information in Bezug auf die Ausgabe des Stromdetektors 34A an den Gate-Treiber 32 durch den Signalisolator 357. Das bedeutet, der Gate-Treiber 32 kann immer die neueste Information in Bezug auf die Spannung des Leistungskondensators 8 durch den Signalisolator 357 erlangen. Der Gate-Treiber 32 ändert die Gate-Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements 6a gemäß der neuesten Information in Bezug auf die Spannung des Leistungskondensators 8. Demgemäß kann der Schaltverlust des Schalthalbleiterelements 6a reduziert werden. Demgemäß, weil ein Kühler, der das Schalthalbleiterelement 6a kühlt, weiter reduziert werden kann in der Größe, kann die Leistungswandlereinrichtung weiter verkleinert werden.
Auf diese Weise, weil der Stromdetektor 34A genutzt wird als ein Detektor, der direkt die Spannung detektiert, die auf das Schalthalbleiterelement 6b in der zweiten Ausführungsform beaufschlagt ist, kann die hochgenaue und verkleinerte Gate-Treiberschaltung 3A erlangt werden.
Wie voranstehend beschrieben, wird die Spannung des Leistungskondensators 8 hauptsächlich beaufschlagt auf beide Enden des Widerstands 358 in der Modulexternschaltung 18. Daher ist die Spannungsdifferenz unter den Leitungen, die in der zweiten Zwischenplatinenleistungsgruppe 352 vorgesehen ist, eine Niedrigspannung von weniger als einige Zehntel von Volt. Daher kann eine Zwischenraumentfernung in der Leitung und eine Kriechstromentfernung in der Leitung reduziert werden. Zusätzlich kann die Leitung mit dünner Isolationsbeschichtung genutzt werden. Auf diese Weise kann die Leitung der zweiten Zwischenplatinenleistungsgruppe 352 weiter verkleinert werden.
Jedoch, wenn ein Offener-Schaltungs-Fehler auftritt in dem Stromdetektor 34A, fließt kein Strom durch den Widerstand 358 der Modulexternschaltung 18. Das Potential an beiden Enden des Widerstands 358 wird äquivalent zu dem Potential des Drain-Anschlusses 66 des Moduls 7 und kann ein Hochpotential von mehreren hundert Volt bis mehrere tausend Volt sein. Zu diesem Zeitpunkt, wird die Spannungsdifferenz unter den Leitungen, die in der zweiten Zwischenplatinenleistungsgruppe 352 vorhanden ist, exzessiv, und es gibt ein Risiko eines Fehlers.
Daher, ist die Leistungswandlereinrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform dazu konfiguriert, die Überspannungsvermeidungsdiode 355 in der Modulexternschaltung 18 vorzusehen. In 5 wird eine Anode der Überspannungsvermeidungsdiode 355 verbunden mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 358 und dem Stromdetektor 34A. Eine Kathode der Überspannungsvermeidungsdiode 355 ist mit dem Source-Anschluss 78 des Moduls 7 verbunden.
Mit dieser Konfiguration, sogar, falls ein Offener-Schaltungs-Fehler in dem Stromdetektor 34A auftritt, fließt ein Strom durch den Pfad des Drain-Anschlusses 66 des Moduls 7, den Widerstand 358, die Überspannungsvermeidungsdiode 355 und den Source-Anschluss 78 des Moduls 7. Wie voranstehend beschrieben, ist die Spannung des Leistungskondensators 8 hauptsächlich beaufschlagt auf beide Enden des Widerstands 358 der Modulexternschaltung 18. Demgemäß, weil die Spannungsdifferenz unter den Leitungen, die in der zweiten Zwischenplatinenleistungsgruppe 352 vorhanden sind, eine Niedrigspannung von weniger als einigen Zehnteln von Volt ist, wird die Spannungsdifferenz unter den Leitungen nicht exzessiv.
Ein Überspannungsvermeidungswiderstand kann genutzt werden anstatt der Überspannungsvermeidungsdiode 355. Der Widerstandswert des Überspannungsvermeidungswiderstands ist kleiner als der Widerstandswert des Widerstands 358 der Modulexternschaltung 18. In diesem Fall würde die Spannung des Leistungskondensators 8 hauptsächlich beaufschlagt auf beide Enden des Widerstands 358 der Modulexternschaltung 18. Daher ist die Spannungsdifferenz unter den Leitungen, die in der zweiten Zwischenplatinenleistungsgruppe 352 vorhanden sind, eine Niedrigspannung von weniger als einigen Zehnteln von Volt. Daher ist es möglich, die Spannungsdifferenz unter den Leitungen, die in der zweiten Zwischenplatinenleistungsgruppe 352 vorhanden sind, davon abzuhalten, exzessiv zu werden.
Jedoch in einem Fall des Nutzens des Überspannungsvermeidungswiderstands, fließt ein Strom durch den Pfad der Positivelektrode der Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 332 des Gate-Treibers 33, den Source-Anschluss 78 des Moduls 7, den Überspannungsvermeidungswiderstand, den Stromdetektor 34A und die Negativelektrode der Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 332, wenn die Leistungswandlereinrichtung 1 normal arbeitet. Aufgrund des Einflusses des Stroms, kann die Detektionsgenauigkeit des Stromdetektors 34A, die den Strom detektiert, der durch den Widerstand 358 fließt, verschlechtern.
Im Gegensatz dazu, in einem Fall des Nutzens der Überspannungsvermeidungsdiode 355, ist es möglich zu vermeiden, dass ein Strom von dem Source-Anschluss 78 des Moduls 7 zu dem Stromdetektor 34A fließt. Demgemäß ist es möglich, die Detektionsgenauigkeit des Stromdetektors 34A davon abzuhalten, schlechter zu werden. Daher ist es wünschenswert, die Überspannungsvermeidungsdiode 355 anstatt dem Überspannungsvermeidungswiderstand zu nutzen.
6 zeigt ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des Stromdetektors 34A gemäß der zweiten Ausführungsform zusammen mit Peripheriekomponenten darstellt. In 6 sind dieselben oder äquivalente Elemente wie diejenigen, die in 3 dargestellt sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine redundante Beschreibung wird geeignet ausgelassen.
In 6 ist ein Ende des Stromdetektors 34A verbunden mit dem Widerstand 358. Zusätzlich ist eines des entgegengesetzten Endes des Stromdetektors 34A verbunden mit der Negativelektrode der Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 332 des Gate-Treibers 33, und dem anderen Ende des entgegengesetzten Endes des Stromdetektors 34A ist verbunden mit der Positivelektrode der Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 332 des Gate-Treibers 33.
Weil ein Referenzpotential des Prozessors 337 in dem Gate-Treiber 33 die Negativelektrode der Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 332 ist, ist das entgegengesetzte Ende des Stromdetektors 34A auch verbunden mit der Negativelektrode der Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 332 in dem Gate-Treiber 33. Mit dieser Verbindung werden das Referenzpotential des Prozessors 337 und ein Referenzpotential des Stromdetektors 34A gleich zueinander gemacht.
Der Stromdetektor 34A weist den Kondensator 341, eine obere Diode 371, eine untere Diode 372 und ein Eingangswiderstand 373 auf. Der Kondensator 341 und der Widerstand 36 der Modulexternschaltung 18 sind durch den Eingangswiderstand 373 verbunden. Der Widerstandswert des Eingangswiderstands 373 ist kleiner gemacht als der Widerstandswert des Widerstands 36 der Modulexternschaltung 18.
Eine Kathode der oberen Diode 371 ist verbunden mit der Positivelektrode der Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 332, und eine Anode der oberen Diode 371 ist verbunden mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Eingangswiderstand 373 und dem Widerstand 36. Eine Anode der unteren Diode 372 ist verbunden mit der Negativelektrode der Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 332, und eine Kathode der unteren Diode 372 ist verbunden mit der Verbindungspunkt zwischen dem Eingangswiderstand 373 und dem Widerstand 36. Die andere Konfiguration ist ähnlich zu der des Stromdetektors 34 in 3.
Eine Charakteristik des Stromdetektors 34A gemäß der zweiten Ausführungsform ist, dass eine Entfernung zwischen einer ersten Schaltungsplatine (nicht dargestellt), auf der die Gate-Treiber 32 und 33 installiert sind und einer zweiten Schaltungsplatine, auf der die Modulexternschaltung 18, die in 5 dargestellt ist, montiert ist, groß ist. Wie voranstehend beschrieben, sind die erste Schaltungsplatine und die zweite Schaltungsplatine durch die erste Zwischenplatinenleistungsgruppe 351 und die zweite Zwischenplatinenleistungsgruppe 352 verbunden. Falls die Leitung der ersten und der zweiten Zwischenplatinenleistungsgruppen 351 und 352 lang ist, können Rauschladungen eintreten, aufgrund des elektrostatischen Koppelns mit anderen Anschlüssen in der Leistungswandlereinrichtung 1. In diesem Fall kann das Potential der Leitung, die den Widerstand 358 und den Stromdetektor 34A verbinden, ansteigen oder abfallen.
In der Konfiguration des Stromdetektors 34A in 6, wenn das Potential der Leitung ansteigt, werden Rauschladungen zu der Positivelektrode der Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 332 durch die obere Diode 371 entladen. Wenn das Potential der Leitung abfällt, werden die Rauschladungen zu der Negativelektrode der Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr 332 durch die untere Diode 372 entladen. Daher, durch Nutzen des Stromdetektors 34A in 6, ist es möglich, den Strom genau zu detektieren, der durch den Widerstand 358 strömt, weil der gegenteilige Effekt von Rauschladungen reduziert wird.
In 6 wird die Konfiguration mit der oberen Diode 371, der unteren Diode 372 und den Eingangswiderstand 373 beaufschlagt auf den Stromdetektor 34, der in 3 dargestellt ist, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Die Konfiguration mit der oberen Diode 371, der unteren Diode 372 und dem Eingangswiderstand 373 kann beaufschlagt zu dem Stromdetektor 34, der in 4 dargestellt ist. Sogar mit dieser Konfiguration, der voranstehende Effekt erreicht werden.
Wie voranstehend beschrieben, weist eine Gate-Treiberschaltung gemäß der zweiten Ausführungsform einen Widerstand, einen Stromdetektor, der einen Strom detektiert, der durch den Widerstand fließt, und einen ersten und einen zweiten Gate-Treiber auf. Der erste Gate-Treiber wird auf ein elektrisches Signal zwischen einem ersten Gate-Anschluss und einem ersten Source-Anschluss beaufschlagt, um einen Gate des ersten Schalthalbleiterelements zu treiben. Der zweite Gate-Treiber beaufschlagt ein elektrisches Signal zwischen einem zweiten Gate-Anschluss und einem zweiten Source-Anschluss zum Treiben eines Gates eines zweiten Schalthalbleiterelements. Ein Ende des Widerstands ist verbunden mit einem ersten Drain-Anschluss, das entgegengesetzte Ende des Widerstands ist verbunden mit einem Ende des Stromdetektors, und das entgegengesetzte Ende des Stromdetektors ist verbunden mit dem zweiten Gate-Treiber. Der Stromdetektor gibt einen Detektionswert des Stroms an den zweiten Gate-Treiber aus, und der zweite Gate-Treiber ändert die Gate-Treibergeschwindigkeit des zweiten Schalthalbleiterelements gemäß dem Detektionswert. Genauer gesagt, wenn der Stromdetektor detektiert, dass der Strom, der durch den Widerstand fließt, groß ist, verringern der erste und der zweite Gate-Treiber die Treibergeschwindigkeit des ersten und des zweiten Schalthalbleiterelements. Auf ähnliche Weise, wenn der Stromdetektor detektiert, dass der Strom, der durch den Widerstand fließt, klein ist, wird die Treibergeschwindigkeit des ersten und des zweiten Schalthalbleiterelements vergrößert. Mit der Gate-Treiberschaltung gemäß der zweiten Ausführungsform, wie voranstehend konfiguriert, ist es nicht notwendig, einen Kondensator mit einem Widerstand zur Spannungsdetektion wie im Stand der Technik zu verbinden. Daher, durch Nutzen der Gate-Treiberschaltung gemäß der zweiten Ausführungsform, ist es möglich, einen Effekt des Vermeidens einer Vergrößerung der Größe des Detektors, der einen Detektionswert detektiert, der einen Treibzustand eines Schalthalbleiterelements repräsentiert, zu vermeiden, während ein Abnehmen der Genauigkeit des Detektionswerts vermieden wird.
Die Gate-Treiberschaltung kann ein Signalisolator aufweisen, der eine Information in Bezug auf den detektierten Wert des Stroms zu dem ersten Gate-Treiber überträgt. Der zweite Gate-Treiber ändert die Treibergeschwindigkeit des zweiten Schalthalbleiterelements gemäß der Information in Bezug auf den Detektionswert, der durch den Stromdetektor detektiert ist. Im Gegensatz dazu, ändert der erste Gate-Treiber die Treibergeschwindigkeit des ersten Schalthalbleiterelements verschieden von dem zweiten Schalthalbleiterelement gemäß der Information in Bezug auf den Detektionswert, der erlangt ist durch den Signalisolator. Mit dieser Konfiguration ist es nicht notwendig, den Stromdetektor in den ersten Gate-Treiber bereitzustellen. Demgemäß ist es möglich, zu vermeiden, dass die Gate-Treiberschaltung sich in der Größe vergrößert in Proportion der Anzahl von Schalthalbleiterelementen.
Die Konfigurationen, die in den voranstehenden Ausführungsformen beschrieben sind, sind lediglich Beispiele und können kombiniert werden mit anderen Techniken, die voranstehenden Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, und ein Teil der Konfigurationen kann ausgelassen werden oder geändert werden, ohne sich von dem Geist der vorliegenden Offenbarung zu entfernen. In der zweiten Ausführungsform ist jedes Bestandsteilelement der Gate-Treiberschaltung 3A installiert auf einer elektronischen Schaltungsplatine, aber die elektronische Schaltungsplatine kann in dem Modul 7 angeordnet sein. Des Weiteren können die Gate-Treiberschaltung 3A und die Modulexternschaltung 18 installiert sein auf derselben elektronischen Schaltungsplatine und auf dem Modul 7 platziert sein. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, die Anzahl von Komponenten zu reduzieren.
Bezugszeichenliste
1 Leistungswandlereinrichtung; 2 Umrichterschaltung; 3, 3A Gate-Treiberschaltung; 4 Steuerungseinheit; 6, 7 Modul; 6a, 6b Schalthalbleiterelement; 8 Leistungskondensator; 10 DC-Leistungszufuhr; 12 Motor; 14 Steuerungssignal; 16 Treibersignal; 18 Modulexternschaltung; 32, 33 Gate-Treiber; 34, 34A Stromdetektor; 36, 358 Widerstand; 61, 71 Drain-Elektrode; 62, 72 Gate-Elektrode; 63, 73 Source-Elektrode; 64 Drain-Hauptanschluss; 65, 75 Source-Hauptanschluss; 66 Drain-Anschluss; 67, 77 Gate-Anschluss; 68, 78 Source-Anschluss; 76 Ausgabe-Hauptanschluss; 321, 331 Positiv-Vorspannung-Leistungszufuhr; 322, 332 Negativ-Vorspannung-Leistungszufuhr; 323, 333 An-Treiberschalter; 324, 334 An-Treiber-Gate-Widerstand; 325, 335 Aus-Treiberschalter; 326, 336 Aus-Treiber-Gate-Widerstand; 327, 337 Prozessor; 341 Kondensator; 342 Entladetransistor; 343 Vergleicher; 344 Referenzspannung; 345, 347 Verriegelungsschaltung; 346, 348 Signalerzeuger; 351 erste Zwischenplatinenleistungsgruppe; 352 zweite Zwischenplatinenleistungsgruppe; 355 Überspannungsvermeidungsdiode; 357 Signalisolator; 371 obere Diode; 372 untere Diode; 373 Eingabeeinheitswiderstand.

Claims

Gate-Treiberschaltung zum Treiben eines Halbleiterelementmoduls, wobei das Halbleiterelementmodul aufweist: mindestens ein Schalthalbleiterelement, das Gate-Elektrode, eine Drain-Elektrode und eine Source-Elektrode aufweist; einen Gate-Anschluss, der mit der Gate-Elektrode verbunden ist; einen Drain-Anschluss, der mit der Drain-Elektrode verbunden ist; und einen Source-Anschluss, der mit der Source-Elektrode verbunden ist, wobei die Gate-Treiberschaltung aufweist: einen Widerstand; einen Stromdetektor, um einen Strom zu detektieren, der durch den Widerstand fließt; und einen Gate-Treiber zum Beaufschlagen eines elektrischen Signals zwischen den Gate-Anschluss und den Source-Anschluss zum Treiben des Schalthalbleiterelements, wobei ein Ende des Widerstands mit dem Drain-Anschluss verbunden ist, ein entgegengesetztes Ende des Widerstands mit einem Ende des Stromdetektors verbunden ist, ein entgegengesetztes Ende des Stromdetektors mit dem Gate-Treiber verbunden ist, der Stromdetektor einen Detektionswert des Stroms an den Gate-Treiber ausgibt, und der Gate-Treiber eine Gate-Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements gemäß dem Detektionswert ändert.
Gate-Treiberschaltung nach Anspruch 1, wobei der Gate-Treiber eine Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements reduziert, wenn der Stromdetektor detektiert, dass der Strom, der durch den Widerstand fließt, groß ist, und die Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements vergrößert, wenn der Stromdetektor detektiert, dass der Strom, der durch den Widerstand fließt, klein ist.
Gate-Treiberschaltung nach Anspruch 2, wobei die Gate-Treiberschaltung die Treibergeschwindigkeit des Schalthalbleiterelements reduziert, wenn der Stromdetektor detektiert, dass der Strom, der durch den Widerstand fließt, Null ist.
Gate-Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Signalisolator zum Übertragen von Information in Bezug auf den Detektionswert zu einem weiteren Gate-Treiber, wobei der andere Gate-Treiber eine Treibergeschwindigkeit eines anderen Schalthalbleiterelements gemäß der Information in Bezug auf den Detektionswert ändert, der durch den Signalisolator erlangt ist.
Gate-Treiberschaltung zum Treiben eines Halbleiterelementmoduls, das aufweist: ein erstes Schalthalbleiterelement mit einer ersten Gate-Elektrode, einer ersten Drain-Elektrode und einer ersten Source-Elektrode; und einem zweiten Schalthalbleiterelement mit einer zweiten Gate-Elektrode, einer zweiten Drain-Elektrode und einer zweiten Source-Elektrode, und in dem die erste Source-Elektrode mit der zweiten Drain-Elektrode verbunden ist; wobei das Halbleiterelementmodul aufweist: einen ersten Gate-Anschluss, der mit der ersten Gate-Elektrode verbunden ist; einen ersten Source-Anschluss, der mit der ersten Source-Elektrode verbunden ist; einen ersten Drain-Anschluss, der mit der ersten Drain-Elektrode verbunden ist; einem zweiten Gate-Anschluss, der mit der zweiten Gate-Elektrode verbunden ist; und einem zweiten Source-Anschluss, der elektrisch mit der zweiten Source-Elektrode verbunden ist, wobei die Gate-Treiberschaltung aufweist: einen Widerstand; einen Stromdetektor, um einen Strom zu detektieren, der durch den Widerstand fließt; einem ersten Gate-Treiber zum Beaufschlagen eines elektrischen Signals zwischen den ersten Gate-Anschluss und dem ersten Source-Anschluss zum Treiben des ersten Schalthalbleiterelements; und einem zweiten Gate-Treiber zum Beaufschlagen eines elektrischen Signals zwischen dem zweiten Gate-Anschluss und dem zweiten Source-Anschluss zum Treiben des zweiten Schalthalbleiterelements, wobei ein Ende des Widerstands mit dem ersten Drain-Anschluss verbunden ist, ein entgegengesetztes Ende des Widerstands mit einem Ende des Stromdetektors verbunden ist, ein entgegengesetztes Ende des Stromdetektors mit dem zweiten Gate-Treiber verbunden ist, wobei der Stromdetektor einen Detektionswert des Stroms an den zweiten Gate-Treiber ausgibt, und der zweite Gate-Treiber eine Gate-Treibergeschwindigkeit des zweiten Schalthalbleiterelements gemäß dem Detektionswert ändert.
Gate-Treiberschaltung nach Anspruch 5, mit einem Signalisolator zum Übertragen von Information in Bezug auf den Detektionswert an den ersten Gate-Treiber, wobei der erste Gate-Treiber eine Treibergeschwindigkeit des ersten Schalthalbleiterelements gemäß der Information in Bezug auf den Detektionswert ändert, der durch den Signalisolator erlangt ist.
Gate-Treiberschaltung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der erste und der zweite Gate-Treiber eine Treibergeschwindigkeit des ersten und des zweiten Schalthalbleiterelements reduzieren, wenn der Stromdetektor detektiert, dass der Strom, der durch den Widerstand fließt, groß ist, und die Treibergeschwindigkeit des ersten und des zweiten Schalthalbleiterelements vergrößern, wenn der Stromdetektor detektiert, dass der Strom, der durch den Widerstand fließt, klein ist.
Gate-Treiberschaltung nach Anspruch 7, wobei der erste und der zweite Gate-Treiber die Treibergeschwindigkeit des ersten und des zweiten Schalthalbleiterelements reduzieren, wenn der Stromdetektor detektiert, dass der Strom, der durch den Widerstand fließt, Null ist.
Gate-Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Stromdetektor einen Kondensator aufweist, um den Strom aufzunehmen, der durch den Widerstand fließt, wobei der Stromdetektor detektiert, dass der Strom, der durch den Widerstand fließt, groß ist, wenn eine temporäre Änderungsrate einer Ladespannung des Kondensators groß ist, und der Stromdetektor detektiert, dass der Strom, der durch den Widerstand fließt, klein ist, wenn die temporäre Änderungsrate der Ladespannung des Kondensators klein ist.
Gate-Treiberschaltung nach Anspruch 9, wobei der Stromdetektor detektiert, dass der Strom, der durch den Widerstand fließt, Null ist, wenn die Ladespannung des Kondensators eine festgesetzte Spannung innerhalb einer vorgeschriebenen Zeit nicht erreicht.
Leistungswandlereinrichtung, mit: der Gate-Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10; und einer Leistungswandlerhauptschaltung mit mindestens einem Schalthalbleiterelement, das durch die Gate-Treiberschaltung getrieben ist.