JP2001045740A - Drive circuit of power semiconductor element - Google Patents

Drive circuit of power semiconductor element

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JP2001045740A
JP2001045740A JP11215528A JP21552899A JP2001045740A JP 2001045740 A JP2001045740 A JP 2001045740A JP 11215528 A JP11215528 A JP 11215528A JP 21552899 A JP21552899 A JP 21552899A JP 2001045740 A JP2001045740 A JP 2001045740A
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JP
Japan
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power semiconductor
voltage
semiconductor element
circuit
mosfet
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JP11215528A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Kimura
隆志 木村
Masahiro Sasaki
昌浩 佐々木
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a drive circuit of a power semiconductor element which can adequately restrain a surge voltage generated by a parasitic inductance, with a comparatively simple circuit configuration. SOLUTION: When an input signal changing to a low level is supplied, an MOSFET (M1) 49 is turned off and an MOSFET (M2) 51 is turned on via a level shift circuit 47. A power semiconductor element 30 is to be driven to a low level. Gate charges of the element 30 starts discharge via a resistor 55. At the same time, an MOSFET (M4) 63 is turned on by an output of an MMV circuit 45. The gate charges of the element 30 starts discharge via a resistor 67, and the gate charges are discharged quickly. when drain voltage reaches a drain voltage which corresponding to the vicinity, where a drain current of the element 30 starts to decrease, the drain voltage is detected by an MOSFET (M3) 61, and the MOSFET (M4) 63 is made to turn off. The gate charges are discharged only through a resistor 55. The discharge becomes gentle, and di/dt is made small, so that a surge voltage is restrained within a small range.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば交流モータ
などに流れる負荷電流のように比較的大きな負荷電流を
スイッチングするパワー半導体素子を駆動するパワー半
導体素子の駆動回路に関し、更に詳しくは、このような
パワー半導体素子をスイッチングする場合においてスイ
ッチング時のdi/dtに起因して回路の配線に存在す
る寄生インダクタンスにより発生するサージ電圧を抑制
し得るパワー半導体素子の駆動回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power semiconductor device driving circuit for driving a power semiconductor device for switching a relatively large load current such as a load current flowing in an AC motor or the like. The present invention relates to a power semiconductor device driving circuit capable of suppressing a surge voltage generated by a parasitic inductance existing in a circuit wiring due to di / dt at the time of switching of a power semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のパワー半導体素子の駆動回路に
おいてスイッチング時のdi/dtに起因して発生する
サージ電圧を抑制する駆動回路としては、例えば特開平
11−18410号公報に開示された自己消弧形素子駆
動回路がある。
2. Description of the Related Art In a drive circuit for a power semiconductor device of this type, a drive circuit for suppressing a surge voltage generated due to di / dt at the time of switching is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-18410. There is an arc-extinguishing element drive circuit.

【0003】この従来の駆動回路においては、図10に
構成を示し、図11にタイミング図を示すように、フォ
トカプラー5に供給される入力電流(図11の(a))
に応答して増幅器11から出力される出力電圧(図11
の(b))が抵抗12〜16と共に演算増幅器を構成し
ている増幅器17の電流基準となり、該増幅器17に入
力されるとともに、パワー素子1を駆動する直列接続ト
ランジスタ3,4のそれぞれのコレクタの電圧、すなわ
ち抵抗23,24の両端電圧差を増幅器17に入力し、
該増幅器17の出力電圧を電圧基準として抵抗18,1
9とともに演算増幅器を構成している増幅器22に入力
している。すなわち、パワー素子1を駆動する直列接続
トランジスタ3,4の正出力時の電流を抵抗23から抵
抗13を介して増幅器17の入力に負帰還し、また負出
力時の電流を抵抗24から抵抗14を介して増幅器17
の入力に負帰還している。また、増幅器22の出力電圧
を前記電圧基準に対応した電圧となるように制御し、こ
の増幅器22の出力電圧でトランジスタ3,4を介して
パワー素子1のゲート電流を制御して該パワー素子1を
駆動している。
In this conventional drive circuit, as shown in FIG. 10 and a timing chart in FIG. 11, an input current supplied to the photocoupler 5 ((a) in FIG. 11).
The output voltage output from the amplifier 11 in response to
(B)) serves as a current reference for the amplifier 17 that constitutes the operational amplifier together with the resistors 12 to 16 and is input to the amplifier 17 and the collectors of the series-connected transistors 3 and 4 for driving the power element 1. , That is, the voltage difference between both ends of the resistors 23 and 24, is input to the amplifier 17,
Using the output voltage of the amplifier 17 as a voltage reference,
9 and to an amplifier 22 constituting an operational amplifier. That is, the current at the time of positive output of the series-connected transistors 3 and 4 for driving the power element 1 is negatively fed back from the resistor 23 to the input of the amplifier 17 via the resistor 13, and the current at the time of negative output is fed from the resistor 24 to the resistor 14. Through the amplifier 17
Negative feedback to the input. Also, the output voltage of the amplifier 22 is controlled to be a voltage corresponding to the voltage reference, and the output voltage of the amplifier 22 controls the gate current of the power element 1 via the transistors 3 and 4 to control the power element 1 Is driving.

【0004】すなわち、図10に示す従来の駆動回路で
は、電流基準に応じたゲート電流をパワー素子1に流入
することになり、パワー素子のターンオン時の主回路電
流の立ち上がり時間を制御することができる。同様に、
ターンオフ時のゲート電流をパワー素子1から電流基準
に応じて流出することになり、パワー素子のターンオフ
時の主回路電流の立ち上がり時間を制御することができ
る。更に、パワー素子のスイッチング時に、この電流制
御を行い、素子が飽和または不飽和、すなわち完全スイ
ッチ動作後は、ゲート電圧のクランプにより定電流制御
を停止している。従って、図11に示すように、主回路
電流のdi/dtによるサージ電圧をdi/dtの抑制
により抑制することができるのである。
That is, in the conventional drive circuit shown in FIG. 10, a gate current according to the current reference flows into the power element 1, and the rise time of the main circuit current when the power element is turned on can be controlled. it can. Similarly,
The gate current at the time of turning off flows out of the power element 1 in accordance with the current reference, so that the rise time of the main circuit current at the time of turning off the power element can be controlled. Further, this current control is performed at the time of switching of the power element, and after the element is saturated or unsaturated, that is, after the complete switch operation, the constant current control is stopped by clamping the gate voltage. Therefore, as shown in FIG. 11, the surge voltage due to the main circuit current di / dt can be suppressed by suppressing di / dt.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の回路で
は、パワー素子1に対して並列に設けた電流比の大きい
ミラー素子に流れる電流を観測することにより主回路電
流のdi/dtを監視し、この主回路電流のdi/dt
情報をゲート駆動信号にフィードバックすることにより
di/dtを制御し、サージ電圧を抑制しているが、こ
の従来の回路では、主回路電流とミラー電流の比率が大
きくなるため、検出電流が微弱になり、ミラー電流の検
出に高い精度が必要となるという問題がある。
In the above-mentioned conventional circuit, the di / dt of the main circuit current is monitored by observing the current flowing through the mirror element having a large current ratio provided in parallel with the power element 1. , The di / dt of this main circuit current
Di / dt is controlled by feeding back information to the gate drive signal to suppress the surge voltage. However, in this conventional circuit, since the ratio between the main circuit current and the mirror current increases, the detection current becomes weak. Thus, there is a problem that high accuracy is required for detecting the mirror current.

【0006】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、比較的簡単な回路構成で寄生
インダクタンスにより発生するサージ電圧を適確に抑制
し得るパワー半導体素子の駆動回路を提供することにあ
る。
[0006] The present invention has been made in view of the above,
An object of the present invention is to provide a drive circuit for a power semiconductor element that can appropriately suppress a surge voltage generated by a parasitic inductance with a relatively simple circuit configuration.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の本発明は、ゲート容量に対する電荷
の放電または充電によりスイッチングされるパワー半導
体素子の駆動回路において、前記パワー半導体素子にお
けるゲート容量に対する電荷の放電または充電の時定数
を可変する時定数可変手段と、前記パワー半導体素子の
出力電圧を監視する監視手段と、前記パワー半導体素子
におけるゲート容量に対する電荷の放電時または充電時
においては、時定数可変手段を制御して、小さい時定数
で開始させ、監視手段により出力電圧が所定電圧に達し
たときには時定数を大きくさせる時定数制御手段とを有
することを要旨とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a driving circuit for a power semiconductor device which is switched by discharging or charging a charge to a gate capacitor. A time constant varying means for varying a time constant of discharging or charging of the charge to the gate capacitance; a monitoring means for monitoring an output voltage of the power semiconductor element; and a discharging or charging of the charge to the gate capacitance in the power semiconductor element. The gist of the invention is to have a time constant control means for controlling the time constant variable means to start with a small time constant and increasing the time constant when the output voltage reaches a predetermined voltage by the monitoring means.

【0008】[0008]

【発明の効果】本発明によれば、パワー半導体素子のゲ
ート容量に対する電荷の放電時または充電時において
は、時定数可変手段を制御して、小さい時定数で開始さ
せ、パワー半導体素子の出力電圧がdi/dtの急激な
変化点に対応する所定電圧に達したときには時定数を大
きくさせるようにしたので、ゲート電荷の放電が緩慢に
なって、di/dtが小さくなり、寄生インダクタンス
LによるL・di/dtで表されるサージ電圧Vsgを簡
単な回路構成で適確に抑制することができるとともに、
充放電開始時には時定数が小さいため、総合的にはスイ
ッチング時間を速くすることができる。
According to the present invention, when discharging or charging the charge to the gate capacitance of the power semiconductor element, the time constant variable means is controlled to start with a small time constant, and the output voltage of the power semiconductor element is reduced. When the voltage reaches a predetermined voltage corresponding to a sharp change point of di / dt, the time constant is increased. Therefore, the discharge of the gate charge becomes slow, di / dt decreases, and L due to the parasitic inductance L decreases. Surge voltage Vsg represented by di / dt can be accurately suppressed with a simple circuit configuration.
Since the time constant is small at the start of charging and discharging, the switching time can be shortened overall.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図1は、本発明の一実施形態に係わ
るパワー半導体素子の駆動回路の構成を示す回路図であ
る。同図に示す駆動回路は、例えば交流モータを駆動す
るスイッチング素子として使用され得るMOSFETか
らなるパワー半導体素子30を有し、このパワー半導体
素子30は入力端子43に供給される入力信号によって
駆動制御される。このようなパワー半導体素子の駆動回
路は、例えばガソリンエンジンと電気モータを組み合わ
せて構成される動力システムを有するものとして実用化
されつつあるハイブリッド車両の交流モータ等を駆動制
御するモータ制御システムに使用することができる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a drive circuit of a power semiconductor device according to one embodiment of the present invention. The drive circuit shown in the figure has a power semiconductor element 30 composed of a MOSFET that can be used as a switching element for driving an AC motor, for example, and the power semiconductor element 30 is driven and controlled by an input signal supplied to an input terminal 43. You. Such a drive circuit of a power semiconductor element is used for a motor control system for driving and controlling an AC motor or the like of a hybrid vehicle which is being put into practical use as having a power system configured by combining a gasoline engine and an electric motor, for example. be able to.

【0010】次に、図1に示すパワー半導体素子の駆動
回路について詳細に説明する前に、本パワー半導体素子
の駆動回路が一例として適用されるモータ制御システム
についてまず説明する。モータ制御システムは、ハイブ
リッド車両の力行または発電・回生用の交流モータを制
御するものであり、車両に搭載されたバッテリの直流電
圧を3相交流に変換する電圧インバータと交流モータの
出力トルクを制御する制御部とから構成されている。
Before describing the drive circuit of the power semiconductor device shown in FIG. 1 in detail, a motor control system to which the drive circuit of the power semiconductor device is applied as an example will be described first. The motor control system controls the AC motor for powering or power generation / regeneration of the hybrid vehicle. It controls the voltage inverter that converts the DC voltage of the battery mounted on the vehicle into three-phase AC and the output torque of the AC motor. And a control unit.

【0011】モータ制御システムは、詳細には図3に示
すように、例えば同期モータまたは誘導モータからなる
交流モータ31を駆動制御するものであり、該交流モー
タ31を駆動するUVW相の3相ブリッジの電圧インバ
ータを構成している複数のパワー半導体素子30および
該パワー半導体素子30の各々に並列接続された複数の
フリーホィールダイオード38と、前記複数のパワー半
導体素子30を駆動制御するための制御部を構成してい
るゲート駆動回路35、相補PWM発生回路36および
モータコントローラ37とから構成されている。複数の
パワー半導体素子30は2個ずつ直列に接続された3組
のパワー半導体素子30により3相ブリッジの電圧イン
バータを構成し、直列接続された各組のパワー半導体素
子30の両端にはバッテリ33の直流電圧が印加され、
このバッテリ33の両端には電解コンデンサ34が並列
に接続されている。また、交流モータ31のロータの磁
極位置を検出する回転センサ32が設けられ、この回転
センサ32で検出された交流モータ31の磁極位置情報
はモータコントローラ37に供給されるようになってい
る。
As shown in detail in FIG. 3, the motor control system drives and controls an AC motor 31 composed of, for example, a synchronous motor or an induction motor, and a three-phase UVW-phase bridge for driving the AC motor 31. A plurality of power semiconductor elements 30 constituting the voltage inverter, a plurality of freewheel diodes 38 connected in parallel to each of the power semiconductor elements 30, and a control unit for controlling the driving of the plurality of power semiconductor elements 30 , A gate drive circuit 35, a complementary PWM generation circuit 36, and a motor controller 37. The plurality of power semiconductor elements 30 constitute a three-phase bridge voltage inverter by three sets of power semiconductor elements 30 connected in series two by two, and a battery 33 is provided at both ends of each set of power semiconductor elements 30 connected in series. DC voltage is applied,
An electrolytic capacitor 34 is connected in parallel to both ends of the battery 33. Further, a rotation sensor 32 for detecting the magnetic pole position of the rotor of the AC motor 31 is provided, and the magnetic pole position information of the AC motor 31 detected by the rotation sensor 32 is supplied to a motor controller 37.

【0012】モータコントローラ37は、図示しない車
両制御コントローラからのトルク指令信号と回転センサ
32からの磁極位置情報に基づき交流モータ31の駆動
信号を計算し、これにより相補PWM発生回路36に対
するUVW相の各相毎に電圧制御信号を出力する。相補
PWM発生回路36は、モータコントローラ37からの
電圧制御信号を電圧PWM(パルス幅変調:Pulse Widt
h Modulation)信号に変換し、ゲート駆動回路35に供
給する。ゲート駆動回路35は、相補PWM発生回路3
6からの電圧PWM信号を3相ブリッジの電圧インバー
タを構成する複数のパワー半導体素子30を駆動するゲ
ート駆動信号に変換して各パワー半導体素子30に供給
する。
The motor controller 37 calculates a drive signal of the AC motor 31 based on a torque command signal from a vehicle control controller (not shown) and magnetic pole position information from the rotation sensor 32, thereby obtaining a UVW phase signal for the complementary PWM generation circuit 36. A voltage control signal is output for each phase. The complementary PWM generation circuit 36 converts the voltage control signal from the motor controller 37 into a voltage PWM (pulse width modulation: Pulse Widt).
h Modulation) signal and supplies it to the gate drive circuit 35. The gate drive circuit 35 includes the complementary PWM generation circuit 3
6 is converted into a gate drive signal for driving a plurality of power semiconductor elements 30 constituting a three-phase bridge voltage inverter, and supplied to each power semiconductor element 30.

【0013】複数のパワー半導体素子30は、ゲート駆
動回路35から供給されるゲート駆動信号により駆動さ
れ、交流モータ31にUVW相の3相出力信号を供給し
て駆動する。複数のパワー半導体素子30は、上述した
ように、2個ずつ直列接続された3組、すなわちUVW
相の3相のパワー半導体素子30に構成されているが、
この直列接続された3相のパワー半導体素子30のう
ち、バッテリ33の正極側に接続されたUVW相のそれ
ぞれのパワー半導体素子30を図3に示すようにUP,
VP,WP側パワー半導体素子30と称し、バッテリ3
3の負極側に接続されたUVW相のそれぞれのパワー半
導体素子30をUN,VN,WN側パワー半導体素子3
0と称することにする。
The plurality of power semiconductor elements 30 are driven by a gate drive signal supplied from a gate drive circuit 35, and drive the AC motor 31 by supplying a UVW-phase three-phase output signal. As described above, the plurality of power semiconductor elements 30 are three sets connected in series by two, ie, UVW
The three-phase power semiconductor device 30 is composed of three phases.
Of the three-phase power semiconductor elements 30 connected in series, each of the UVW-phase power semiconductor elements 30 connected to the positive electrode side of the battery 33 is connected to UP, UP as shown in FIG.
The VP, WP side power semiconductor element 30 is called a battery 3
3 are connected to the UN, VN and WN side power semiconductor elements 3 connected to the UVW phase
Let's call it 0.

【0014】図4は、交流モータ31を駆動するパワー
半導体素子30からの3相出力信号の電流波形を示す図
であり、交流モータ31のU相を駆動するU相駆動電流
Iu、V相を駆動するV相駆動電流Iv 、およびW相を
駆動するW相駆動電流Iw はそれぞれ電気角で120度
ずつ位相が異なる正弦波である。このような正弦波のモ
ータ駆動電流を交流モータ31に供給するために、相補
PWM発生回路36はデューティ比が正弦波状に変化す
る電圧PWM信号を生成し、ゲート駆動回路35を介し
て交流モータ31を駆動している。
FIG. 4 is a diagram showing a current waveform of a three-phase output signal from the power semiconductor element 30 for driving the AC motor 31. The U-phase driving currents Iu and V for driving the U-phase of the AC motor 31 are shown in FIG. The V-phase driving current Iv for driving and the W-phase driving current Iw for driving the W phase are sine waves having phases different from each other by 120 degrees in electrical angle. In order to supply such a sine-wave motor drive current to the AC motor 31, the complementary PWM generation circuit 36 generates a voltage PWM signal whose duty ratio changes in a sine wave shape, and outputs the voltage PWM signal via the gate drive circuit 35 to the AC motor 31. Is driving.

【0015】図5は、3相駆動電流のうちの1相である
U相のみに着目したU相駆動電流波形およびUP側パワ
ー半導体素子30を駆動するUP側電圧PWM信号のデ
ューティ比の変化を示す図である。同図に示すように、
UP側電圧PWM信号のデューティ比は0%(+デッド
タイム分)〜100%(−デッドタイム分)を正弦波状
に変化するが、UN側パワー半導体素子30を駆動する
UN側電圧PWM信号はUP側のデューティ比の変化を
反転したものである。このようにUP側およびUN側パ
ワー半導体素子30を正弦波状にデューティ制御する
と、その平均値は正弦波になり、正弦波電圧信号が交流
モータ31に供給される。この結果、図5に示すような
正弦波のモータ電流が交流モータ31に供給される。な
お、実際には、交流モータ31の電圧と電流には位相差
があり、その位相はモータ力率cosφに等しくなって
いるが、図5ではこの位相差は省略している。
FIG. 5 shows a U-phase drive current waveform focusing only on the U-phase which is one of the three-phase drive currents and a change in the duty ratio of the UP-side voltage PWM signal for driving the UP-side power semiconductor element 30. FIG. As shown in the figure,
The duty ratio of the UP-side voltage PWM signal varies in a sine wave form from 0% (+ dead time) to 100% (-dead time), but the UN-side voltage PWM signal for driving the UN-side power semiconductor element 30 is UP. The change of the duty ratio on the side is inverted. When the duty control of the UP-side and UN-side power semiconductor elements 30 is performed in a sinusoidal manner, the average value becomes a sinusoidal wave, and a sinusoidal voltage signal is supplied to the AC motor 31. As a result, a sine-wave motor current as shown in FIG. Note that actually, there is a phase difference between the voltage and the current of the AC motor 31 and the phase is equal to the motor power factor cosφ, but this phase difference is omitted in FIG.

【0016】図6は、UP側およびUN側パワー半導体
素子30のゲートに印加される電圧PWM信号、すなわ
ちUP側ゲート駆動信号およびUN側ゲート駆動信号の
波形を示す波形図であり、両信号は互いに相補形になっ
ている。同図において、1パルスの周期がPWMのキャ
リア周期であり、通常は10kHzなどの周波数を使用
している。また、UP側ゲート駆動信号とUN側ゲート
駆動信号のエッジ間にはパワー半導体素子30に貫通電
流が流れるのを防止するためにデッドタイムが設けられ
ている。
FIG. 6 is a waveform diagram showing the waveforms of a voltage PWM signal applied to the gates of the UP-side and UN-side power semiconductor elements 30, that is, the UP-side gate drive signal and the UN-side gate drive signal. They are complementary to each other. In the figure, one pulse period is a PWM carrier period, and usually uses a frequency such as 10 kHz. A dead time is provided between the edges of the UP-side gate drive signal and the UN-side gate drive signal to prevent a through current from flowing through the power semiconductor element 30.

【0017】図7は、図3に示した駆動回路におけるU
相の回路動作を説明するとともに、サージ電圧が発生す
る原因となる寄生インダクタンスを示す図である。同図
に示すように、交流モータ31に電流Iu が矢印で示す
方向に流れている場合に、UP側パワー半導体素子30
のゲートに高レベルのUP側ゲート駆動信号が印加され
ると、UP側パワー半導体素子30に電流Ip が図示の
ように流れ、またUN側パワー半導体素子30のゲート
に高レベルのUN側ゲート駆動信号が印加されると、U
N側パワー半導体素子30のフリーホィールダイオード
38に電流Inが図示のように流れる。このように交流
モータ31に流れるモータ電流は一方向に流れ続ける
が、この場合にUP側およびUN側パワー半導体素子3
0を流れる主電流はゲート駆動信号によりスイッチング
されて転流する。
FIG. 7 is a circuit diagram of the driving circuit shown in FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating a circuit operation of a phase and illustrating a parasitic inductance that causes a surge voltage to occur. As shown in the figure, when a current Iu flows through the AC motor 31 in the direction indicated by the arrow, the UP-side power semiconductor element 30
When a high-level UP-side gate drive signal is applied to the gate of the IGBT, a current Ip flows through the UP-side power semiconductor element 30 as shown in the figure, and a high-level UN-side gate drive signal is applied to the gate of the UN-side power semiconductor element 30. When a signal is applied, U
A current In flows through the free wheel diode 38 of the N-side power semiconductor element 30 as shown. As described above, the motor current flowing to the AC motor 31 continues to flow in one direction, but in this case, the UP-side and UN-side power semiconductor elements 3
The main current flowing through 0 is switched and commutated by the gate drive signal.

【0018】このように主電流が転流する場合に、電圧
インバータ内のバスバー配線などに存在する寄生インダ
クタンスが図7で符号39で示すように回路に現れ、こ
のインダクタンス39によりサージ電圧が発生する。こ
の寄生インダクタンスをLとすると、サージ電圧の大き
さはL・di/dtとなる。
When the main current is commutated in this way, a parasitic inductance existing in the bus bar wiring and the like in the voltage inverter appears in the circuit as indicated by reference numeral 39 in FIG. 7, and a surge voltage is generated by the inductance 39. . Assuming that the parasitic inductance is L, the magnitude of the surge voltage is L · di / dt.

【0019】図8は、パワー半導体素子30をオフして
電流を遮断した場合にサージ電圧が発生する様子を示す
各部の信号波形を示す図である。同図(a)に示すよう
に、オンオフ指令信号がオフになると、パワー半導体素
子30のゲート駆動信号は図8(b)に示すようにすぐ
にはオフにならず、パワー半導体素子30のゲート容量
により遅延しながら徐々に低下しオフになり、パワー半
導体素子30の駆動電流も図8(c)に示すように同様
にすぐに0に低下せず、ゲート駆動信号のレベルが所定
の閾値以上に低下してから0になる。そして、パワー半
導体素子30のコレクタ電圧は図8(d)に示すように
ゲート駆動信号の低下により徐々に上昇開始するも、こ
の上昇において寄生インダクタンス39の影響によりサ
ージ電圧Vsgが発生してしまう。一般に電流を遮断する
時、スイッチング時間は速くなる傾向があるが、このス
イッチング時間の高速化に伴いdi/dtが大きくな
り、有害なサージ電圧も大きくなる。
FIG. 8 is a diagram showing signal waveforms of various parts showing how a surge voltage is generated when the power semiconductor element 30 is turned off to cut off the current. As shown in FIG. 8A, when the on / off command signal is turned off, the gate drive signal of the power semiconductor element 30 does not turn off immediately as shown in FIG. As shown in FIG. 8C, the drive current of the power semiconductor element 30 does not immediately decrease to 0 as well, and the level of the gate drive signal is equal to or higher than a predetermined threshold value. And then becomes zero. Then, as shown in FIG. 8D, the collector voltage of the power semiconductor element 30 starts to increase gradually due to the decrease of the gate drive signal, but the surge voltage Vsg is generated due to the influence of the parasitic inductance 39 in this increase. Generally, when the current is cut off, the switching time tends to be short. However, as the switching time is shortened, di / dt increases and harmful surge voltage also increases.

【0020】図1に示す本実施形態のパワー半導体素子
の駆動回路は、上述したように寄生インダクタンスによ
り発生するサージ電圧を抑制するためにdi/dtを抑
制しようとするものである。以下、図1に戻って、本実
施形態のパワー半導体素子の駆動回路について詳細に説
明する。なお、図1に示す実施形態は、簡単化のため
に、パワー半導体素子の遮断時の構成のみについて示し
ているものである。
The drive circuit of the power semiconductor device of this embodiment shown in FIG. 1 is intended to suppress di / dt in order to suppress the surge voltage generated by the parasitic inductance as described above. Hereinafter, returning to FIG. 1, the drive circuit of the power semiconductor device of the present embodiment will be described in detail. The embodiment shown in FIG. 1 shows only the configuration when the power semiconductor element is cut off for simplification.

【0021】図1においては、入力端子43は、モノス
テーブルマルチバイブレータ回路(以下、MMV回路と
略称する)45およびレベルシフト回路47に接続さ
れ、入力端子43からの入力信号はMMV回路45およ
びレベルシフト回路47に供給される。なお、この入力
信号は、図3で説明した相補PWM発生回路36からの
電圧PWM信号に相当するものである。また、図1のパ
ワー半導体素子30は図3のパワー半導体素子30に相
当し、入力端子43とパワー半導体素子30との間の回
路が図3のゲート駆動回路35に設けられているもので
あるが、図1の回路はUVW相の3相のうちの1相の片
側の回路構成のみを図示し、図3のゲート駆動回路35
はUVW相の3相の回路構成を含んでいるものである。
In FIG. 1, an input terminal 43 is connected to a monostable multivibrator circuit (hereinafter abbreviated as MMV circuit) 45 and a level shift circuit 47, and an input signal from the input terminal 43 is supplied to the MMV circuit 45 and the level shift circuit 47. It is supplied to the shift circuit 47. Note that this input signal corresponds to the voltage PWM signal from the complementary PWM generation circuit 36 described with reference to FIG. Further, the power semiconductor element 30 in FIG. 1 corresponds to the power semiconductor element 30 in FIG. 3, and a circuit between the input terminal 43 and the power semiconductor element 30 is provided in the gate drive circuit 35 in FIG. However, the circuit of FIG. 1 shows only one circuit configuration of one of the three phases of the UVW phase, and the gate drive circuit 35 of FIG.
Includes a three-phase UVW-phase circuit configuration.

【0022】上述したように、MMV回路45は、入力
信号が供給されると、入力信号が低レベルになる立ち下
がりエッジで駆動され、所定のパルス幅の出力パルスを
発生する。また、レベルシフト回路47は相補PWM発
生回路36からの0〜5Vの電圧PWM信号を0〜VB
(バッテリ電圧である12V)にレベルシフトし、かつ
信号レベルを反転する。レベルシフト回路47の出力信
号は、電流制限抵抗53,55を介してバッテリ電圧+
VB(12V)とVssとの間に直列接続されたMOSF
ET(M1)49およびMOSFET(M2)51のゲ
ートに入力される。すなわち、バッテリ電圧+VBとV
ssとの間にはMOSFET(M1)49、電流制限抵抗
53,55およびMOSFET(M2)51の直列回路
が接続され、抵抗53,55の接続点はパワー半導体素
子30のゲートに接続されている。なお、この直列接続
回路は、パワー半導体素子30のゲート容量を充放電す
るプリドライバ回路を構成している。
As described above, when the input signal is supplied, the MMV circuit 45 is driven at the falling edge at which the input signal becomes low, and generates an output pulse having a predetermined pulse width. The level shift circuit 47 outputs the 0-5 V voltage PWM signal from the complementary PWM generation circuit 36 to 0-VB.
(12V, which is the battery voltage), and the signal level is inverted. The output signal of the level shift circuit 47 is supplied to the battery voltage + via the current limiting resistors 53 and 55.
MOSF connected in series between VB (12V) and Vss
The signals are input to the gates of the ET (M1) 49 and the MOSFET (M2) 51. That is, the battery voltage + VB and V
A series circuit of the MOSFET (M1) 49, the current limiting resistors 53 and 55 and the MOSFET (M2) 51 is connected between the power semiconductor device 30 and the ss, and the connection point of the resistors 53 and 55 is connected to the gate of the power semiconductor element 30. . This series connection circuit forms a pre-driver circuit that charges and discharges the gate capacitance of the power semiconductor element 30.

【0023】また、動作的には、レベルシフト回路47
から高レベル出力信号がMOSFET(M1)49およ
びMOSFET(M2)51のゲートに印加されると、
MOSFET(M1)49がオフになり、MOSFET
(M2)51がオンになり、これによりパワー半導体素
子30がオフになり、またレベルシフト回路47から低
レベル出力信号が両MOSFET49,51のゲートに
印加されると、MOSFET(M1)49がオンにな
り、MOSFET(M2)51がオフになり、これによ
りパワー半導体素子30はオンになる。
Operationally, the level shift circuit 47
Is applied to the gates of MOSFET (M1) 49 and MOSFET (M2) 51,
MOSFET (M1) 49 is turned off and MOSFET
(M2) 51 is turned on, thereby turning off the power semiconductor element 30. When a low-level output signal is applied from the level shift circuit 47 to the gates of both MOSFETs 49, 51, the MOSFET (M1) 49 is turned on. And the MOSFET (M2) 51 is turned off, thereby turning on the power semiconductor element 30.

【0024】パワー半導体素子30のドレインは、抵抗
57,59を介してVss電位に接続され、また抵抗5
7,59の接続点はMOSFET(M3)61のゲート
に接続され、これによりパワー半導体素子30のドレイ
ンの電圧、すなわちパワー半導体素子30の出力電圧が
抵抗57,59の接続点を介してMOSFET(M3)
61のゲートにフィードバックされている。この結果、
パワー半導体素子30の出力電圧が所定の閾値以上にな
ると、MOSFET(M3)61がオンするようになっ
ている。また、MOSFET(M3)61のドレインは
抵抗65を介してMMV回路45の出力に接続されると
ともに、MOSFET(M4)63のゲートに接続され
ている。MOSFET(M4)63のドレインは抵抗6
7を介してパワー半導体素子30のゲートに接続されて
いる。
The drain of the power semiconductor element 30 is connected to the potential Vss via the resistors 57 and 59, and
The connection point between the transistors 7 and 59 is connected to the gate of the MOSFET (M3) 61, so that the voltage at the drain of the power semiconductor element 30, that is, the output voltage of the power semiconductor element 30 is connected to the MOSFET (M3) through the connection point between the resistors 57 and 59. M3)
It is fed back to the 61 gate. As a result,
When the output voltage of the power semiconductor element 30 becomes equal to or higher than a predetermined threshold, the MOSFET (M3) 61 is turned on. The drain of the MOSFET (M3) 61 is connected to the output of the MMV circuit 45 via the resistor 65 and to the gate of the MOSFET (M4) 63. The drain of the MOSFET (M4) 63 is a resistor 6
7 is connected to the gate of the power semiconductor element 30.

【0025】このような接続の結果、MMV回路45の
出力パルスが抵抗65を介してMOSFET(M4)6
3のゲートに印加されている場合には、MOSFET
(M4)63がオンとなり、これにより抵抗67を介し
てパワー半導体素子30のゲート容量に蓄積されたゲー
ト電荷を放電するようになっている。そして、MOSF
ET(M4)63のゲートに抵抗65を介してMMV回
路45の出力パルスが印加されている場合でも、パワー
半導体素子30の出力電圧が所定の閾値以上になると、
MOSFET(M3)61がオンし、これによりMOS
FET(M4)63をオフし、抵抗67を介してパワー
半導体素子30のゲート容量の放電を停止するようにな
っている。
As a result of such a connection, the output pulse of the MMV circuit 45 is applied to the MOSFET (M4) 6 via the resistor 65.
3 is applied to the gate of MOSFET
(M4) 63 is turned on, thereby discharging the gate charge accumulated in the gate capacitance of the power semiconductor element 30 via the resistor 67. And MOSF
Even when the output pulse of the MMV circuit 45 is applied to the gate of the ET (M4) 63 via the resistor 65, if the output voltage of the power semiconductor element 30 becomes equal to or higher than a predetermined threshold,
The MOSFET (M3) 61 is turned on, and the MOS
The FET (M4) 63 is turned off, and the discharge of the gate capacitance of the power semiconductor element 30 via the resistor 67 is stopped.

【0026】次に、図2に示すタイミング図を参照し
て、以上のように構成される本実施形態のパワー半導体
素子の駆動回路の作用について説明する。
Next, with reference to the timing chart shown in FIG. 2, the operation of the drive circuit of the power semiconductor device of the present embodiment configured as described above will be described.

【0027】まず、入力端子43への入力信号である相
補PWM発生回路36からの電圧PWM信号が高レベル
にある場合には、図2に示すように、レベルシフト回路
47およびMMV回路45の両出力は低レベルにあり、
MOSFET(M1)49はオン状態、MOSFET
(M2)51はオフ状態になっている。また、MOSF
ET(M4)63のゲート電圧は低レベルにあり、MO
SFET(M4)63はオフ状態になる。更に、図2に
おいて主回路Tr と記載されているパワー半導体素子3
0のゲート電圧は図2(e)に示すように高レベルにあ
り、パワー半導体素子30はオンし、図2(g)に示す
ように出力電流が流れ、これにより交流モータ31を駆
動している。なお、この場合のパワー半導体素子30の
ドレイン電圧は図2(f)に示すように低レベルになっ
ている。
First, when the voltage PWM signal from the complementary PWM generating circuit 36 which is an input signal to the input terminal 43 is at a high level, as shown in FIG. 2, both the level shift circuit 47 and the MMV circuit 45 The output is at low level,
MOSFET (M1) 49 is on, MOSFET
(M2) 51 is off. Also, MOSF
The gate voltage of ET (M4) 63 is at a low level,
The SFET (M4) 63 is turned off. Further, a power semiconductor element 3 described as a main circuit Tr in FIG.
The gate voltage of 0 is at a high level as shown in FIG. 2E, the power semiconductor element 30 is turned on, and an output current flows as shown in FIG. 2G, thereby driving the AC motor 31. I have. In this case, the drain voltage of the power semiconductor element 30 is at a low level as shown in FIG.

【0028】このような状態において、入力端子43へ
の入力信号が高レベルから低レベルに変化すると、レベ
ルシフト回路47の出力は図2(a)に示すように高レ
ベルになり、またMMV回路45は図2(b)に示すよ
うに所定のパルス幅の出力パルスを発生する。レベルシ
フト回路47の出力が高レベルになると、MOSFET
(M1)49がオフし、MOSFET(M2)51がオ
ンし、これによりパワー半導体素子30のゲートに蓄積
されているゲート電荷が図2(d)に示すように抵抗5
5およびMOSFET(M2)51を介して放電開始す
る。一方、MMV回路45からの出力パルスは抵抗65
を介してMOSFET(M4)63のゲートに印加さ
れ、MOSFET(M4)63を図2(c)に示すよう
にオンするので、パワー半導体素子30のゲートは抵抗
67およびMOSFET(M4)63を介してVss電位
に接続され、パワー半導体素子30のゲート電荷を放電
する。この結果、パワー半導体素子30のゲートに蓄積
されていたゲート電荷は、抵抗55およびMOSFET
(M2)51を介した第1の経路と抵抗67およびMO
SFET(M4)63を介した第2の経路の2系統で、
すなわち抵抗55と抵抗67の並列抵抗により短い時定
数で図2(d)に示すように大きく急峻に放電する。こ
の状態において、パワー半導体素子30のゲート電圧
は、図2(e)に示すように急速に低下していく。
In this state, when the input signal to the input terminal 43 changes from the high level to the low level, the output of the level shift circuit 47 goes high as shown in FIG. Numeral 45 generates an output pulse having a predetermined pulse width as shown in FIG. When the output of the level shift circuit 47 becomes high level, the MOSFET
(M1) 49 is turned off, and the MOSFET (M2) 51 is turned on, so that the gate charge stored in the gate of the power semiconductor element 30 is reduced by the resistance 5 as shown in FIG.
5 and the MOSFET (M2) 51 starts discharging. On the other hand, the output pulse from the MMV circuit 45
2C is applied to the gate of the MOSFET (M4) 63 to turn on the MOSFET (M4) 63 as shown in FIG. 2C, so that the gate of the power semiconductor element 30 is connected via the resistor 67 and the MOSFET (M4) 63. Connected to the Vss potential to discharge the gate charge of the power semiconductor element 30. As a result, the gate charge stored in the gate of the power semiconductor element 30 is changed to the resistance 55 and the MOSFET.
(M2) First path through 51, resistor 67 and MO
In two systems of the second path through the SFET (M4) 63,
In other words, a large and steep discharge occurs as shown in FIG. In this state, the gate voltage of the power semiconductor element 30 rapidly decreases as shown in FIG.

【0029】この状態において、パワー半導体素子30
はオン状態にあり、そのドレイン電圧は図2(f)に示
すように低レベルにあるので、このドレイン電圧を抵抗
57,59で分圧した電圧はMOSFET(M3)61
の閾値に達せず、MOSFET(M3)61はオフ状態
にある。
In this state, the power semiconductor element 30
Is in an ON state, and its drain voltage is at a low level as shown in FIG. 2 (f). Therefore, a voltage obtained by dividing this drain voltage by the resistors 57 and 59 is a MOSFET (M3) 61
, The MOSFET (M3) 61 is off.

【0030】上述したように、パワー半導体素子30の
ゲート電荷が急速に放電し、そのゲート電圧が図2
(e)に示すように急速に低下していく場合において、
ゲート電圧がパワー半導体素子30の閾値Vthの近傍に
達した辺りになると、図2(f)に示すようにパワー半
導体素子30のドレイン電圧は上昇開始する。この近辺
においては、ゲート電圧は図2(e)に示すように閾値
Vth近傍に維持されてゲート電荷を放電していくが、パ
ワー半導体素子30はドレイン電流を維持しようとする
ので、パワー半導体素子30のドレイン電圧は図2
(f)に示すように単調に増加していく。
As described above, the gate charge of the power semiconductor device 30 is rapidly discharged, and the gate voltage is reduced as shown in FIG.
In the case of a rapid decrease as shown in (e),
When the gate voltage approaches the vicinity of the threshold value Vth of the power semiconductor element 30, the drain voltage of the power semiconductor element 30 starts increasing as shown in FIG. In this vicinity, the gate voltage is maintained near the threshold value Vth and the gate charge is discharged as shown in FIG. 2 (e), but the power semiconductor element 30 tries to maintain the drain current. The drain voltage of 30 is shown in FIG.
It increases monotonically as shown in FIG.

【0031】そして、更にゲート電荷が放電され、パワ
ー半導体素子30がドレイン電流を維持できない状態ま
でゲート電圧が低下すると、パワー半導体素子30のド
レイン電流は図2(g)に示すように急速に低下開始す
る。このようにパワー半導体素子30のドレイン電流が
低下開始する近傍をMOSFET(M3)61によりパ
ワー半導体素子30のドレイン電圧をモニタすることに
より検出する。この時点におけるパワー半導体素子30
のドレイン電圧を図2(f)に示すようにVTH0とす
ると、ドレイン電圧VTH0を抵抗57,59で分圧さ
れた電圧がMOSFET(M3)61の閾値Vthに等し
くなるように抵抗57,59の値を設定する。
When the gate charge is further discharged and the gate voltage drops to a state where the power semiconductor element 30 cannot maintain the drain current, the drain current of the power semiconductor element 30 rapidly decreases as shown in FIG. Start. In this way, the vicinity where the drain current of the power semiconductor element 30 starts to decrease is detected by monitoring the drain voltage of the power semiconductor element 30 by the MOSFET (M3) 61. Power semiconductor element 30 at this time
2 (f), the drain voltage VTH0 is divided by the resistors 57 and 59 so that the voltage of the resistors 57 and 59 becomes equal to the threshold Vth of the MOSFET (M3) 61. Set the value.

【0032】このように抵抗57,59を設定すること
により、パワー半導体素子30のドレイン電流が低下開
始する近傍に相当するドレイン電圧VTH0にパワー半
導体素子30のドレイン電圧が達したとき、MOSFE
T(M3)61はオンとなり、この結果MOSFET
(M4)63のゲートが低レベルになり、これによりM
OSFET(M4)63が図2(c)に示すようにオフ
となる。すなわち、パワー半導体素子30のオフ動作開
始時には図2(c)に示すように高レベルであったMO
SFET(M4)63のゲート電圧はこの時点でMMV
回路45からの出力パルスに関わらず低レベルに変化す
る。このようにMOSFET(M4)63がオフになる
と、パワー半導体素子30のゲート電荷の放電は抵抗5
5を介した第1の経路のみとなるので、ゲート電荷の放
電電流の値は図2(d)に示すように小さくなり、ゲー
ト電荷の放電時定数は大きくなる。
By setting the resistors 57 and 59 in this manner, when the drain voltage of the power semiconductor element 30 reaches the drain voltage VTH0 corresponding to the vicinity where the drain current of the power semiconductor element 30 starts to decrease, the MOSFE
T (M3) 61 is turned on, and as a result, MOSFET
(M4) The gate of 63 goes low, which causes M
The OSFET (M4) 63 is turned off as shown in FIG. That is, at the start of the off operation of the power semiconductor element 30, the MO having a high level as shown in FIG.
At this point, the gate voltage of the SFET (M4) 63 becomes MMV.
It changes to low level regardless of the output pulse from the circuit 45. As described above, when the MOSFET (M4) 63 is turned off, the discharge of the gate charge of the power semiconductor element 30 is stopped by the resistance 5
Since only the first path through the gate 5 is used, the value of the discharge current of the gate charge is reduced as shown in FIG. 2D, and the discharge time constant of the gate charge is increased.

【0033】この結果、パワー半導体素子30のゲート
電荷の放電は緩慢になり、そしてゲート電圧の低下が緩
やかになるので、di/dtが小さくなり、寄生インダ
クタンスLによるL・di/dtで表されるサージ電圧
Vsgを小さな値に抑制することができる。この後は、ゲ
ート電荷が抵抗55とMOSFET(M2)51により
完全に放電し、パワー半導体素子30は完全に遮断さ
れ、その出力電流であるドレイン電流は図2(g)に示
すように0になる。
As a result, the discharge of the gate charge of the power semiconductor element 30 becomes slow, and the gate voltage gradually decreases, so that di / dt becomes small and is represented by L · di / dt due to the parasitic inductance L. Surge voltage Vsg can be suppressed to a small value. Thereafter, the gate charge is completely discharged by the resistor 55 and the MOSFET (M2) 51, the power semiconductor element 30 is completely cut off, and the drain current, which is the output current, becomes zero as shown in FIG. Become.

【0034】なお、上記実施形態では、抵抗53,5
5,65は、それぞれ個別の抵抗として説明したが、そ
れぞれMOSFET(M1)49、MOSFET(M
2)51、MOSFET(M4)63のオン抵抗として
もよく、また各MOSFETのW/Lを調整してMOS
FETのオン抵抗で実現することも可能である。
In the above embodiment, the resistors 53, 5
5, 65 have been described as individual resistors, but the MOSFET (M1) 49 and the MOSFET (M
2) The ON resistance of the MOSFET 51 (M4) 63 may be used.
It can also be realized by the on-resistance of the FET.

【0035】また、上記実施形態は、パワー半導体素子
30を遮断する場合、すなわちパワー半導体素子30の
電流が立ち下がる場合についてのみ説明しているが、本
発明はパワー半導体素子30の電流の立ち上がり時にも
同様な回路構成で適用してサージ電圧を抑制し得るもの
であることは勿論のことである。
In the above embodiment, only the case where the power semiconductor element 30 is cut off, that is, the case where the current of the power semiconductor element 30 falls, the present invention is applied when the current of the power semiconductor element 30 rises. It is needless to say that the surge voltage can be suppressed by applying the same circuit configuration.

【0036】次に、図9を参照して、本発明の他の実施
形態に係わるパワー半導体素子の駆動回路について説明
する。本実施形態のパワー半導体素子の駆動回路は、図
1に示した実施形態においてパワー半導体素子30のド
レイン電圧をMOSFET(M3)61で監視し、ドレ
イン電流が低下開始する近傍に相当するドレイン電圧V
TH0にパワー半導体素子30のドレイン電圧が達した
時に、MOSFET(M4)63をオフするMOSFE
T(M3)61および抵抗65からなる回路の代わりに
電圧比較器71、アンド回路77および抵抗73,75
からなる回路を用いた点が異なるのみであり、その他の
構成および作用は図1の実施形態と同じである。
Next, a driving circuit of a power semiconductor device according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The drive circuit of the power semiconductor device of the present embodiment monitors the drain voltage of the power semiconductor device 30 by the MOSFET (M3) 61 in the embodiment shown in FIG. 1, and detects the drain voltage V corresponding to the vicinity where the drain current starts to decrease.
MOSFE that turns off MOSFET (M4) 63 when the drain voltage of power semiconductor element 30 reaches TH0.
A voltage comparator 71, an AND circuit 77, and resistors 73 and 75 are used instead of the circuit including the T (M3) 61 and the resistor 65.
The only difference is the use of a circuit consisting of: and the other configuration and operation are the same as those of the embodiment of FIG.

【0037】すなわち、図9に示すパワー半導体素子の
駆動回路では、パワー半導体素子30の出力電圧である
ドレイン電圧を抵抗57,59で分圧して電圧比較器7
1の一方の入力に供給して、他方の入力に供給されてい
る抵抗73,75の接続点からの基準電圧と比較してい
る。この基準電圧はパワー半導体素子30のドレイン電
流が低下開始する近傍に相当するドレイン電圧VTH0
に等しいものである。従って、電圧比較器71は、パワ
ー半導体素子30のドレイン電圧と基準電圧とを比較
し、ドレイン電圧が基準電圧より大きくなった場合、す
なわちパワー半導体素子30のドレイン電流が低下開始
する近傍に相当するドレイン電圧VTH0にドレイン電
圧が達した場合、電圧比較器71は低レベルの出力信号
をアンド回路77に供給し、これによりMMV回路45
からの出力パルスをインヒビットし、MOSFET(M
4)63をオフにしている。この結果、パワー半導体素
子30のゲート電荷の放電は抵抗55を介した第1の経
路のみとなるので、ゲート電荷の放電電流の値は図2
(d)に示すように小さくなり、ゲート電荷の放電時定
数は大きくなる。
That is, in the drive circuit of the power semiconductor device shown in FIG. 9, the drain voltage which is the output voltage of the power semiconductor device 30 is divided by the resistors 57 and 59 and the voltage comparator 7
1 and is compared with a reference voltage from a connection point of the resistors 73 and 75 supplied to the other input. This reference voltage is a drain voltage VTH0 corresponding to the vicinity where the drain current of the power semiconductor element 30 starts to decrease.
Is equivalent to Therefore, the voltage comparator 71 compares the drain voltage of the power semiconductor element 30 with the reference voltage, and corresponds to a case where the drain voltage becomes higher than the reference voltage, that is, a vicinity where the drain current of the power semiconductor element 30 starts to decrease. When the drain voltage reaches the drain voltage VTH0, the voltage comparator 71 supplies a low-level output signal to the AND circuit 77, and thereby the MMV circuit 45
Inhibit the output pulse from the MOSFET (M
4) 63 is turned off. As a result, the gate charge of the power semiconductor element 30 is discharged only through the first path via the resistor 55.
As shown in (d), the gate charge becomes smaller and the discharge time constant of the gate charge becomes larger.

【0038】従って、パワー半導体素子30のゲート電
荷の放電は緩慢になり、そしてゲート電圧の低下が緩や
かになるので、di/dtが小さくなり、寄生インダク
タンスLによるL・di/dtで表されるサージ電圧V
sgを小さな値に抑制することができるのである。
Accordingly, the discharge of the gate charge of the power semiconductor element 30 becomes slow, and the gate voltage decreases gradually, so that di / dt becomes small and is represented by L · di / dt due to the parasitic inductance L. Surge voltage V
sg can be suppressed to a small value.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係わるパワー半導体素子
の駆動回路の構成を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a drive circuit of a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す実施形態の駆動回路の動作を示すタ
イミング図である。
FIG. 2 is a timing chart showing an operation of the drive circuit of the embodiment shown in FIG.

【図3】図1に示すパワー半導体素子の駆動回路が適用
されるモータ制御システムの構成を示すブロック図であ
る。
3 is a block diagram showing a configuration of a motor control system to which the drive circuit of the power semiconductor device shown in FIG. 1 is applied.

【図4】図3に示すモータ制御システムにおいて交流モ
ータを駆動するパワー半導体素子から出力される3相出
力信号の電流波形を示す図である。
4 is a diagram showing a current waveform of a three-phase output signal output from a power semiconductor element driving an AC motor in the motor control system shown in FIG.

【図5】図3に示すモータ制御システムにおいて3相駆
動電流のうちの1相であるU相のみに着目したU相駆動
電流波形およびUP側パワー半導体素子を駆動するUP
側電圧PWM信号のデューティ比の変化を示す図であ
る。
5 shows a U-phase drive current waveform focusing only on the U-phase which is one of the three-phase drive currents in the motor control system shown in FIG. 3, and an UP driving the UP-side power semiconductor element.
FIG. 7 is a diagram illustrating a change in a duty ratio of a side voltage PWM signal.

【図6】図3に示すモータ制御システムにおいてUP側
およびUN側パワー半導体素子のゲートに印加される電
圧PWM信号、すなわちUP側ゲート駆動信号およびU
N側ゲート駆動信号の波形を示す波形図である。
6 is a voltage PWM signal applied to the gates of the UP-side and UN-side power semiconductor elements in the motor control system shown in FIG. 3, that is, the UP-side gate drive signal and U
FIG. 4 is a waveform chart showing a waveform of an N-side gate drive signal.

【図7】図3に示すモータ制御システムの駆動回路にお
けるU相の回路動作を説明するとともに、サージ電圧が
発生する原因となる寄生インダクタンスを示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram illustrating a U-phase circuit operation in the drive circuit of the motor control system illustrated in FIG. 3 and illustrating a parasitic inductance that causes a surge voltage to occur.

【図8】図3に示すモータ制御システムにおいてパワー
半導体素子をオフして電流を遮断した場合にサージ電圧
が発生する様子を示す各部の信号波形を示す図である。
8 is a diagram showing signal waveforms of respective parts showing a state in which a surge voltage occurs when a current is cut off by turning off a power semiconductor element in the motor control system shown in FIG. 3;

【図9】本発明の他の実施形態に係わるパワー半導体素
子の駆動回路の構成を示す回路図である。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of a drive circuit of a power semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

【図10】従来の駆動回路である特願平11−1841
0号に開示されている自己消弧形素子駆動回路の構成を
示す回路図である。
FIG. 10 shows a conventional driving circuit of Japanese Patent Application No. 11-1841.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a self-extinguishing element driving circuit disclosed in No. 0.

【図11】図10に示す従来の駆動回路の動作を示すタ
イミング図である。
FIG. 11 is a timing chart showing an operation of the conventional driving circuit shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

30 パワー半導体素子 43 入力端子 45 MMV回路 47 レベルシフト回路 49 MOSFET(M1) 51 MOSFET(M2) 61 MOSFET(M3) 63 MOSFET(M4) 71 電圧比較器 77 アンド回路 Reference Signs List 30 power semiconductor element 43 input terminal 45 MMV circuit 47 level shift circuit 49 MOSFET (M1) 51 MOSFET (M2) 61 MOSFET (M3) 63 MOSFET (M4) 71 voltage comparator 77 AND circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ゲート容量に対する電荷の放電または充
電によりスイッチングされるパワー半導体素子の駆動回
路において、 前記パワー半導体素子におけるゲート容量に対する電荷
の放電または充電の時定数を可変する時定数可変手段
と、 前記パワー半導体素子の出力電圧を監視する監視手段
と、 前記パワー半導体素子におけるゲート容量に対する電荷
の放電時または充電時においては、時定数可変手段を制
御して、小さい時定数で開始させ、監視手段により出力
電圧が所定電圧に達したときには時定数を大きくさせる
時定数制御手段とを有することを特徴とするパワー半導
体素子の駆動回路。
1. A drive circuit for a power semiconductor device which is switched by discharging or charging a charge to a gate capacitance, wherein a time constant variable means for varying a time constant of discharging or charging the charge to a gate capacitance in the power semiconductor device; Monitoring means for monitoring the output voltage of the power semiconductor element; and when discharging or charging the charge to the gate capacitance in the power semiconductor element, controlling the time constant variable means to start with a small time constant, And a time constant control means for increasing the time constant when the output voltage reaches a predetermined voltage.
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