JP2001045742A - Power mos drive circuit - Google Patents

Power mos drive circuit

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JP2001045742A
JP2001045742A JP11215483A JP21548399A JP2001045742A JP 2001045742 A JP2001045742 A JP 2001045742A JP 11215483 A JP11215483 A JP 11215483A JP 21548399 A JP21548399 A JP 21548399A JP 2001045742 A JP2001045742 A JP 2001045742A
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voltage
gate
power mos
turn
circuit
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JP11215483A
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Japanese (ja)
Inventor
Akiyoshi Uejima
章義 上島
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To surely change over a drive circuit before a surge voltage is generated by installing a voltage-change detection means which detects the change rate of the gate voltage of a power MOS transistor. SOLUTION: When a power MOS transistor 5 is turned off, the change rate of the gate voltage Vg of the power MOS transistor 5 is detected by a dv/dt detection circuit 6 as a voltage change rate detection means. Then, on the basis of its detection result, a gate driving power changeover operation is performed by a changeover means when the power MOS transistor 5 is turned off. By this constitution, when the power MOS transistor 5 is turned off, an electric charge which is stored in its gate is pulled out, and the gate voltage is lowered once. After that, since the electric charge due to a miller capacitance is pulled out, a period in which the voltage is not changed exists. The period in which the voltage is not changed is detected by the voltage change rate detection means. On the basis of its detection result, the gate voltage is lowered gently, and a gate driving power is reduced by a prescribed amount. As a result, it is possible to suppress the generation of a surge voltage when the power MOS transistor is turned off.

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、パワーMOS駆動
回路に関し、ターンオフ時のサージ電圧の発生を防ぐと
ともにターンオフ時間を短くするために、ターンオフ時
のゲート電圧の変化率(dv/dt)を検出し、この変
化率に基づいてドライブ回路を切換えるようにしたもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power MOS drive circuit, and detects a rate of change (dv / dt) of a gate voltage at the time of turn-off in order to prevent generation of a surge voltage at the time of turn-off and to shorten a turn-off time. Then, the drive circuit is switched based on the rate of change.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の電圧制制御型パワー半導体素子の
駆動回路として、例えば図9、図10に示すようなもの
がある(特開平10−32976号公報)。以下、これ
を第1の従来技術と言う。図9において、定常オン用ゲ
ート抵抗27と定常オン用トランジスタ23との直列回
路からなるスイッチング回路及び定常オフ用ゲート抵抗
29と定常オフ用トランジスタ25との直列回路からな
るスイッチング回路が設けられ、また定常オン用ゲート
抵抗27より抵抗値の大きいターンオン用ゲート抵抗2
6とターンオン用トランジスタ22との直列回路からな
るスイッチング回路及び定常オフ用ゲート抵抗29より
抵抗値の大きいターンオフ用ゲート抵抗28とターンオ
フ用トランジスタ24との直列回路からなるスイッチン
グ回路が並設されている。また、IGBT30には主コ
レクタ電流を流す主エミッタ端子Em とは別に、主コレ
クタ電流に比例した小さな補助エミッタ電流を取り出す
補助エミッタ端子Es が設けられている。補助エミッタ
端子Es は主コレクタ電流の電流変化率を検出するため
のインダクタンス31を介して主エミッタ端子Em に接
続されており、この電流変化率検出用のインダクタンス
31には主コレクタ電流Ic の変化率に比例した電圧信
号(di/dt)106が発生する。このdi/dt信
号106の大きさVs は、Vs =(インダクタンス31
のインダクタンス値)×(主コレクタ電流に比例した補
助エミッタ電流の変化率)で表される。
2. Description of the Related Art As a conventional drive circuit for a voltage controlled power semiconductor device, for example, there is one as shown in FIGS. 9 and 10 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-32976). Hereinafter, this is referred to as a first related art. In FIG. 9, a switching circuit including a series circuit of a steady-state gate resistor 27 and a steady-state transistor 23 and a switching circuit including a series circuit of a steady-off gate resistor 29 and a steady-state transistor 25 are provided. Turn-on gate resistor 2 having a larger resistance than steady-state gate resistor 27
A switching circuit composed of a series circuit of a turn-on transistor 6 and a turn-on transistor 22 and a switching circuit composed of a series circuit of a turn-off gate resistance 28 and a turn-off transistor 24 having a larger resistance than the steady-state gate resistance 29 are provided in parallel. . The IGBT 30 is provided with an auxiliary emitter terminal Es for taking out a small auxiliary emitter current proportional to the main collector current, separately from the main emitter terminal Em for flowing the main collector current. The auxiliary emitter terminal Es is connected to the main emitter terminal Em via an inductance 31 for detecting the current change rate of the main collector current. The inductance 31 for detecting the current change rate has a change rate of the main collector current Ic. Generates a voltage signal (di / dt) 106 proportional to. The magnitude Vs of the di / dt signal 106 is Vs = (inductance 31
Of the auxiliary emitter current) × (change rate of the auxiliary emitter current in proportion to the main collector current).

【0003】ターンオン時とターンオフ時のdi/dt
信号106は、それぞれターンオン用のワンショット回
路32とターンオフ用のワンショット回路33を介して
切換回路21に入力される。切換回路21はオン・オフ
信号101及びターンオン用ワンショット回路32の出
力信号102、ターンオフ用ワンショット回路33の出
力信号103を入力し、トランジスタ22〜25の駆動
を切換えるようになっている。
Di / dt at turn-on and turn-off
The signal 106 is input to the switching circuit 21 via the one-shot circuit 32 for turning on and the one-shot circuit 33 for turning off. The switching circuit 21 receives the on / off signal 101, the output signal 102 of the turn-on one-shot circuit 32, and the output signal 103 of the turn-off one-shot circuit 33, and switches the driving of the transistors 22 to 25.

【0004】図10の動作波形図を用いて、IGBT3
0の特にターンオフ時の動作を説明する。t4 時点で切
換回路21に入力されるオン・オフ信号101が「0」
レベルのオフ信号に切換わると、切換回路21は定常オ
ン用トランジスタ23をオフすると同時に定常オフ用ト
ランジスタ25をオンさせ、IGBT30のゲートへオ
フ用電源35を定常オフ用ゲート抵抗29を介して印加
する。定常オフ用ゲート抵抗29は前述のようにターン
オフ用ゲート抵抗28に比べて小さく設定されており、
IGBT30のゲート入力容量は急速に放電されてゲー
ト電圧VGEが速やかに下降し、これによりt5 時点で主
コレクタ電流Ic が立下がりを開始し、同時に補助エミ
ッタ電流も立下がりを開始する。これにより、電流変化
率検出用のインダクタンス31には前記の電圧Vs から
なる所定値以上のdi/dt信号106が発生する。こ
のdi/dt信号106の前端の立下がり部分でターン
オフ用ワンショット回路33がトリガーされ、このター
ンオフ用ワンショット回路33は所定時間T33の間、
「1」レベルのワンショット信号103を出力する。
[0004] Referring to the operation waveform diagram of FIG.
The operation at 0, especially at the time of turn-off will be described. The on / off signal 101 input to the switching circuit 21 at time t 4 is “0”
When the level is switched to the off signal, the switching circuit 21 turns off the steady on transistor 23 and simultaneously turns on the steady off transistor 25, and applies the off power supply 35 to the gate of the IGBT 30 via the steady off gate resistor 29. I do. The steady-state gate resistor 29 is set smaller than the turn-off gate resistor 28 as described above,
The gate input capacitance of the IGBT30 rapidly discharged by the gate voltage V GE is lowered rapidly, thereby the main collector current Ic at t 5 when starts falling, also starts to fall at the same time the auxiliary emitter current. As a result, a di / dt signal 106 having a value equal to or higher than the predetermined value composed of the voltage Vs is generated in the inductance 31 for detecting the current change rate. Turnoff one-shot circuit 33 at the falling portion of the front end of the di / dt signal 106 is triggered, the turnoff one-shot circuit 33 for a predetermined time period T 33,
The one-shot signal 103 of “1” level is output.

【0005】切換回路21はこのワンショット信号10
3の存在する期間、定常オフ用トランジスタ25をオフ
させ、ターンオフ用トランジスタ24をオンさせる。し
たがって、この所定時間T33には、IGBT30のゲー
ト入力容量は大きなターンオフ用ゲート抵抗28で放電
されるため、ゲート電圧VGEが緩やかに下降し、主コレ
クタ電流Ic も緩やかに立下がり、所定時間T33が経過
したt6 時点でほぼ最終レベルにまで減衰する。このよ
うに、ターンオフ時にIGBT30のゲート電圧VGE
下降速度を緩和して、IGBT30を緩やかにオフし、
ターンオフ時のサージ電圧の発生を抑制するようにして
いる。しかし、第1の従来技術では、主コレクタ電流が
下がり始めるタイミングを検出して切換回路を動作さ
せ、スイッチング回路(ドライブ回路)を切換えるよう
にしていたため、スイッチング回路の切換制御に使える
時間が短くなって、サージが発生するまでに切換わりが
終わらないおそれがある。
The switching circuit 21 outputs the one-shot signal 10
During the period in which 3 is present, the steady-off transistor 25 is turned off and the turn-off transistor 24 is turned on. Therefore, the predetermined time T 33, since the gate input capacitance of the IGBT30 is to be discharged in a large turn-off gate resistor 28, the gate voltage V GE is slowly lowered, even gently falls mainly collector current Ic, the predetermined time period decay to nearly final level at t 6 when the T 33 elapses. In this way, to alleviate the lowering speed of the gate voltage V GE of IGBT30 at the time of turn-off, gently off the IGBT30,
The generation of surge voltage at the time of turn-off is suppressed. However, in the first prior art, the timing at which the main collector current starts to fall is detected to operate the switching circuit to switch the switching circuit (drive circuit), so that the time available for switching control of the switching circuit is shortened. Therefore, the switching may not be completed before the surge occurs.

【0006】これに対し、パワーMOSのゲート電圧が
閾値近傍に近付いたことをトリガーにしてゲート駆動力
を制御する方法が考えられる。この方法は非公知である
が、これを第2の従来技術として図11、図12を用い
て説明する。図11において、ターンオフ時ゲート駆動
力切換回路1が駆動信号2をb端子とc端子に切換える
ようになっている。b端子は主ドライブ回路3及び抵抗
1 を介してパワーMOS5のゲートに接続されてい
る。c端子はターンオフ時副ドライブ回路4及び抵抗R
2 を介してパワーMOS5のゲートに接続されている。
16はターンオフ時電圧値検出回路であり、ターンオフ
時のパワーMOS5のゲート電圧Vg を検出してターン
オフ時ゲート駆動力切換回路1にフィードバックするよ
うになっている。抵抗R1 ,R2 の抵抗値は、R1 <R
2 の関係があり、抵抗R2 はターンオフ時のサージ電圧
を抑制するために、パワーMOS5を緩やかにスイッチ
ングさせるのに十分な弱い駆動力を与えるようになって
いる。
[0006] On the other hand, a method is conceivable in which the gate driving force is controlled by triggering that the gate voltage of the power MOS approaches the vicinity of the threshold. Although this method is unknown, it will be described as a second conventional technique with reference to FIGS. In FIG. 11, a gate drive force switching circuit 1 at the time of turn-off switches a drive signal 2 between a terminal b and a terminal c. b terminal is connected to the gate of the power MOS5 via the main drive circuit 3 and the resistor R 1. The terminal c is a turn-off sub-drive circuit 4 and a resistor R
It is connected to the gate of the power MOS 5 through the gate 2 .
A turn-off voltage value detection circuit 16 detects the gate voltage Vg of the power MOS 5 at the time of turn-off and feeds it back to the gate drive force switching circuit 1 at the time of turn-off. The resistance values of the resistors R 1 and R 2 are R 1 <R
There are two relations, the resistance R 2 in order to suppress the surge voltage at turn-off, so as to provide sufficient weak driving force to cause gradual switching power MOS 5.

【0007】この動作を図12を用いて説明する。ター
ンオフ動作において、駆動信号2がオフすると、始めに
主ドライブ回路3が動作し、パワーMOS5のターンオ
フ動作を開始する。その後、ゲート電圧Vg が閾値近傍
に設定されたターンオフ時電圧値検出回路16の検出電
圧値まで下がると、ターンオフ時ゲート駆動力切換回路
1はターンオフ時電圧値検出回路16の出力を受け、駆
動信号2を主ドライブ回路3からターンオフ時副ドライ
ブ回路4に切換える。この切換えにより、ゲート駆動力
が弱まり、パワーMOS5を緩やかにオフさせる。
This operation will be described with reference to FIG. In the turn-off operation, when the drive signal 2 is turned off, first, the main drive circuit 3 operates to start the turn-off operation of the power MOS 5. Thereafter, when the gate voltage Vg falls to the detected voltage value of the turn-off voltage value detection circuit 16 set near the threshold value, the turn-off gate driving force switching circuit 1 receives the output of the turn-off voltage value detection circuit 16 and outputs the drive signal. 2 is switched from the main drive circuit 3 to the sub drive circuit 4 at the time of turn-off. By this switching, the gate driving force is weakened, and the power MOS 5 is slowly turned off.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第1の
従来技術にあっては、主コレクタ電流が下がり始めるタ
イミングを検出して、ドライブ回路を切換える構成とな
っていたため、ドライブ回路の切換制御に使える時間が
短くなって、サージが発生するまでに切換わりが終わら
ないおそれがあるという問題点があった。また、第2の
従来技術にあっては、ゲート電圧そのものを検出してド
ライブ回路を切換える構成となっていたため、閾値電圧
のばらつきを考慮して切換え電圧を設定すると切換えタ
イミングが早くなり、ターンオフ時間が長くなるという
問題点があった。
However, in the first prior art, the drive circuit is switched by detecting the timing at which the main collector current starts to fall, so that it can be used for switching control of the drive circuit. There has been a problem that the time may be shortened and the switching may not be completed before a surge occurs. Further, in the second prior art, since the drive circuit is switched by detecting the gate voltage itself, if the switching voltage is set in consideration of the variation of the threshold voltage, the switching timing becomes faster, and the turn-off time becomes shorter. However, there was a problem that the length was longer.

【0009】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、サージ電圧の発生前にドライブ回
路を確実に切換えることができるとともに、パワーMO
Sの閾値電圧のばらつきに影響されずにターンオフ時間
を短くすることができるパワーMOS駆動回路を提供す
ることを目的とする。
The present invention has been made in view of such a conventional problem, and it is possible to reliably switch a drive circuit before a surge voltage occurs, and to realize a power MO.
It is an object of the present invention to provide a power MOS drive circuit capable of shortening a turn-off time without being affected by variations in threshold voltage of S.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1記載の発明は、パワーMOSのゲートを駆
動するドライブ回路を備えたパワーMOS駆動回路であ
って、前記パワーMOSのゲート電圧の変化率を検出す
る電圧変化率検出手段と、この電圧変化率検出手段の検
出結果に基づいて前記ドライブ回路による前記パワーM
OSのゲート駆動力を所定量低減させるように切換える
切換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 power MOS drive circuit including a drive circuit for driving a gate of a power MOS, wherein the gate of the power MOS is provided. Voltage change rate detection means for detecting a voltage change rate; and the power M by the drive circuit based on the detection result of the voltage change rate detection means.
The gist of the present invention is to have a switching means for switching so as to reduce the gate driving force of the OS by a predetermined amount.

【0011】この構成により、パワーMOSのターンオ
フ時に、ゲートに蓄積された電荷が引き抜かれて一旦ゲ
ート電位が下がるが、その後、ミラー容量による電荷が
引き抜かれるので電位が変化しない期間が存在する。こ
の電位の変化しない期間が電圧変化率検出手段で検出さ
れ、この検出結果を基にゲート電圧が緩やかに下げられ
てゲート駆動力が所定量低減される。これにより、ター
ンオフ時のサージ電圧の発生が抑えられる。
With this configuration, when the power MOS is turned off, the electric charge accumulated in the gate is extracted and the gate potential temporarily drops, but thereafter, there is a period in which the electric potential is not changed because the electric charge by the mirror capacitance is extracted. The period during which the potential does not change is detected by the voltage change rate detecting means, and based on this detection result, the gate voltage is gradually reduced, and the gate driving force is reduced by a predetermined amount. Thereby, generation of a surge voltage at the time of turn-off can be suppressed.

【0012】請求項2記載の発明は、上記請求項1記載
のパワーMOS駆動回路において、前記電圧変化率検出
手段の検出結果後、一定時間遅延させて前記切換手段の
切換動作を行わせる遅延回路を有することを要旨とす
る。この構成により、パワーMOSのターンオフ時に、
ゲート駆動力を所定量低減するタイミングをゲート電圧
の変化率の検出タイミングとすることで、サージ電圧の
発生前に、比較的、時間的余裕をもってゲート駆動力を
所定量低減する切換えを行うことができる。この比較
的、余裕のある時間の中で一定の遅延時間をとること
で、ターンオフ時間が最適化されて、一層短くなる。
According to a second aspect of the present invention, in the power MOS drive circuit according to the first aspect, a delay circuit for performing a switching operation of the switching means with a predetermined time delay after the detection result of the voltage change rate detecting means. The gist is to have. With this configuration, when the power MOS is turned off,
By setting the timing at which the gate driving force is reduced by a predetermined amount as the detection timing of the rate of change of the gate voltage, it is possible to perform switching to reduce the gate driving force by a predetermined amount with a relatively long margin before the occurrence of a surge voltage. it can. By taking a constant delay time within this relatively marginal time, the turn-off time is optimized and further shortened.

【0013】[0013]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、パワーM
OSのゲート電圧の変化率を検出する電圧変化率検出手
段と、この電圧変化率検出手段の検出結果に基づいてド
ライブ回路による前記パワーMOSのゲート駆動力を所
定量低減させるように切換える切換手段とを具備させた
ため、パワーMOSのターンオフ時に、ゲート駆動力を
所定量低減するタイミングをゲート電圧の変化率の検出
タイミングとすることで、サージ電圧の発生前に確実に
切換えることができ、またパワーMOSの閾値電圧のば
らつきに影響されずにターンオフ時間を短くすることが
できる。
According to the first aspect of the present invention, the power M
Voltage change rate detection means for detecting a change rate of the gate voltage of the OS, and switching means for switching so as to reduce the gate driving force of the power MOS by the drive circuit by a predetermined amount based on the detection result of the voltage change rate detection means. Therefore, when the power MOS is turned off, the timing for reducing the gate driving force by a predetermined amount is used as the detection timing of the change rate of the gate voltage, so that the switching can be reliably performed before the generation of the surge voltage. The turn-off time can be shortened without being affected by the variation in the threshold voltage.

【0014】請求項2記載の発明によれば、前記電圧変
化率検出手段の検出結果後、一定時間遅延させて前記切
換手段の切換動作を行わせる遅延回路を具備させたた
め、ターンオフ時間を最適化して、一層短くすることが
できる。
According to the second aspect of the present invention, a delay circuit is provided for delaying a predetermined time after the detection result of the voltage change rate detecting means to perform the switching operation of the switching means, so that the turn-off time is optimized. Thus, it can be further shortened.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0016】図1乃至図4は、本発明の第1の実施の形
態を示す図である。まず、図1を用いて本実施の形態の
構成を説明する。なお、図1及び後述する第2の実施の
形態を示す図5において前記図11における回路及び素
子等と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以っ
て示し、重複した説明を省略する。本実施の形態では、
ターンオフ時にパワーMOS5のゲート電圧Vg の変化
率を電圧変化率検出手段としてのターンオフ時dv/d
t検出回路6で検出し、この検出結果に基づいて切換手
段としてのターンオフ時ゲート駆動力切換回路1の切換
え動作をさせるようになっている。なお、図1における
ターンオフ時ゲート駆動力切換回路1等の各回路の内部
構成例及びその動作は後述する。
FIG. 1 to FIG. 4 are views showing a first embodiment of the present invention. First, the configuration of the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 1 and FIG. 5 showing a second embodiment to be described later, the same or equivalent components as the circuits and elements in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals as those described above, and duplicate description will be omitted. . In the present embodiment,
At the time of turn-off, the rate of change of the gate voltage Vg of the power MOS 5 is determined as dv / d at the time of turn-off as voltage change rate detecting means.
The detection is performed by the t detection circuit 6, and the switching operation of the gate driving force switching circuit 1 at the time of turn-off as switching means is performed based on the detection result. The internal configuration example and operation of each circuit such as the turn-off gate driving force switching circuit 1 in FIG. 1 will be described later.

【0017】次に、図2を用いて、上述のように構成さ
れたパワーMOS駆動回路の特にターンオフ時の動作を
説明する。オフ駆動信号2(図2(a))により、まず
主ドライブ回路3が動作し、パワーMOS5はターンオ
フ動作を開始する。このターンオフ動作開始により、パ
ワーMOS5のゲートに蓄積されていた電荷が抵抗R1
を介して引き抜かれ、パワーMOS5のゲート電圧Vg
の電位が次第に低下する。この後、ゲート電圧Vg はパ
ワーMOS5のミラー容量による電荷を引き抜くため、
電位が変化しない期間tに入る(図2(b))。この変
化しない期間tがターンオフ時dv/dt検出回路6に
よって検出され、ターンオフ時dv/dt検出回路6
は、その検出信号として「H」レベル信号を出力する
(図2(c))。この「H」レベル検出信号によりター
ンオフ時ゲート駆動力切換回路1が動作し、オフ駆動信
号2をb端子からa端子に切換える。この切換動作によ
り主ドライブ回路3の動作が停止し、ターンオフ時副ド
ライブ回路4が動作する(図2(d),(e))。この
とき、パワーMOS5のゲートに残った電荷は、抵抗R
2 を介して引き抜かれる。抵抗R2 は抵抗R1 よりも抵
抗値が大きいため、パワーMOS5のゲート電圧Vg の
電位は緩やかに下り、パワーMOS5は緩やかにオフす
る。これによりターンオフ時のサージ電圧の発生が抑え
られる。
Next, the operation of the power MOS drive circuit configured as described above, especially at the time of turn-off, will be described with reference to FIG. In response to the off drive signal 2 (FIG. 2A), first, the main drive circuit 3 operates, and the power MOS 5 starts to turn off. Due to the start of the turn-off operation, the electric charge stored in the gate of the power MOS 5 becomes the resistance R 1
And the gate voltage Vg of the power MOS 5
Gradually decreases. Thereafter, the gate voltage Vg is used to extract the charge due to the mirror capacitance of the power MOS 5,
A period t in which the potential does not change is entered (FIG. 2B). The non-changing period t is detected by the turn-off dv / dt detection circuit 6, and the turn-off dv / dt detection circuit 6
Outputs an "H" level signal as the detection signal (FIG. 2 (c)). The gate drive force switching circuit 1 at the time of turn-off operates according to the "H" level detection signal, and switches the off-drive signal 2 from the terminal b to the terminal a. Due to this switching operation, the operation of the main drive circuit 3 is stopped, and the sub-drive circuit 4 operates at the time of turn-off (FIGS. 2D and 2E). At this time, the electric charge remaining on the gate of the power MOS 5 is the resistance R
Pulled out through two . Since the resistance R 2 has a larger resistance value than the resistance R 1, the potential of the gate voltage Vg of power MOS5 moderately downlink, power MOS5 moderately off. Thereby, generation of a surge voltage at the time of turn-off can be suppressed.

【0018】次いで、図3、図4を用いて、ターンオフ
時ゲート駆動力切換回路1、主ドライブ回路3、ターン
オフ時副ドライブ回路4及びターンオフ時dv/dt検
出回路6の各内部構成例とその動作を説明する。図3に
おいて、ターンオフ時ゲート駆動力切換回路1はインバ
ータ(以下、インバータと言うときも符号1を用いる)
で構成され、主ドライブ回路3はスリーステートIC
(以下、スリーステートICと言うときも符号3を用い
る)で構成され、ターンオフ時副ドライブ回路4はnM
OS(以下、nMOSと言うときも符号4を用いる)で
構成されている。
Next, referring to FIG. 3 and FIG. 4, each internal configuration example of the gate drive force switching circuit 1 at the time of turn-off, the main drive circuit 3, the sub-drive circuit 4 at the time of turn-off, and the dv / dt detection circuit 6 at the time of turn-off, and The operation will be described. In FIG. 3, a gate driving force switching circuit 1 at the time of turn-off is an inverter (hereinafter, the inverter is also denoted by reference numeral 1).
And the main drive circuit 3 is a three-state IC
(Hereinafter, the three-state IC is also denoted by reference numeral 3).
An OS (hereinafter, also referred to as an nMOS using a reference numeral 4).

【0019】オン駆動信号2のとき、スリーステートI
C3の入・出力間はオン状態であり、パワーMOS5の
ゲートには「H」レベルゲート電圧Vg が与えられる。
ターンオフ時にターンオフ時dv/dt検出回路6から
「H」レベル信号が出力されると、インバータ1の出力
は「L」レベルとなり、この「L」レベル信号がスリー
ステートIC3のコントロール端子に入力し、スリース
テートIC3の入・出力間はオフに転じ、一方nMOS
4はオンとなる。即ち、前述のように主ドライブ回路の
動作が停止し、ターンオフ時副ドライブ回路が動作す
る。また、ターンオフ時dv/dt検出回路6は、微分
回路8、バッファ9、ANDゲート10、立上がりエッ
ジトリガ式T−フリップ・フロップ11及びインバータ
12で構成されている。図4の(b),(c),(d)
は、ターンオフ時dv/dt検出回路6内の各ノードに
表れる電圧信号を示している。パワーMOS5のターン
オフ時に立上がりエッジトリガ式T−フリップ・フロッ
プ11がANDゲート10出力(図4(d))の各立上
がりでトリガされてターンオフ時dv/dt検出回路6
からは、前述のように「H」レベル信号が出力される
(図4(e))。
At the time of the ON drive signal 2, the three-state I
The input / output of C3 is in the ON state, and the gate of the power MOS 5 is supplied with the "H" level gate voltage Vg.
When the "H" level signal is output from the dv / dt detection circuit 6 at the time of turn-off, the output of the inverter 1 becomes "L" level, and this "L" level signal is input to the control terminal of the three-state IC 3, The input / output of the three-state IC3 turns off, while the nMOS
4 turns on. That is, as described above, the operation of the main drive circuit stops, and the auxiliary drive circuit operates at the time of turn-off. The turn-off dv / dt detecting circuit 6 includes a differentiating circuit 8, a buffer 9, an AND gate 10, a rising edge trigger T-flip flop 11, and an inverter 12. (B), (c), (d) of FIG.
Indicates a voltage signal appearing at each node in the dv / dt detection circuit 6 at the time of turn-off. When the power MOS 5 is turned off, the rising edge trigger type T-flip flop 11 is triggered at each rising of the output of the AND gate 10 (FIG. 4 (d)) to turn off the dv / dt detection circuit 6.
Outputs an "H" level signal as described above (FIG. 4 (e)).

【0020】図5乃至図8には、本発明の第2の実施の
形態を示す。本実施の形態では、ターンオフ時dv/d
t検出回路6の次段に立上がりディレイ回路7が接続さ
れている。立上がりディレイ回路7は、ターンオフ時d
v/dt検出回路6の出力を一定時間遅延させてターン
オフ時ゲート駆動力切換回路1に入力させる。なお、立
上がりディレイ回路7の内部構成例及びその動作は後述
する。
FIGS. 5 to 8 show a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, at the time of turn-off dv / d
The rising delay circuit 7 is connected to the next stage of the t detection circuit 6. The rising delay circuit 7 is turned off d
The output of the v / dt detection circuit 6 is delayed for a predetermined time and input to the gate driving force switching circuit 1 at the time of turn-off. The internal configuration example of the rising delay circuit 7 and its operation will be described later.

【0021】次に、図6を用いて、上述のように構成さ
れたパワーMOS駆動回路の特にターンオフ時の動作を
説明する。オフ駆動信号2(図6(a))により、まず
主ドライブ回路3が動作し、パワーMOS5はターンオ
フ動作を開始する。このターンオフ動作開始により、パ
ワーMOS5のゲートに蓄積されていた電荷が抵抗R1
を介して引き抜かれ、パワーMOS5のゲート電圧Vg
の電位が次第に低下する。この後、ゲート電圧Vg はパ
ワーMOS5のミラー容量による電荷を引き抜くため、
電位が変化しない期間tに入る(図6(b))。この変
化しない期間tがターンオフ時dv/dt検出回路6に
よって検出され、ターンオフ時dv/dt検出回路6
は、その検出信号として「H」レベル信号を出力する
(図6(c))。この「H」レベル検出信号は立上がり
ディレイ回路7に入力され、立上がりディレイ回路7か
らは、その「H」レベル検出信号の立上がりから一定時
間遅延した信号が出力される(図6(d))。ここで上
記第1の実施の形態では、ミラー容量による電荷をター
ンオフ時副ドライブ回路4のみで引き抜いていた。しか
し、本実施の形態では、立上がりディレイ回路7を用い
ることにより、ミラー容量による電荷の一部を主ドライ
ブ回路3で引き抜き、立上がりディレイ回路7のタイマ
ーによりターンオフ時副ドライブ回路4に切換わるタイ
ミングを制御している。ミラー容量による電荷を主ドラ
イブ回路3で引き抜くことにより、ターンオフ時間の増
加をより少なくすることができる。立上がりディレイ回
路7は、ターンオフ時dv/dt検出回路6の出力によ
り動き出すタイマーと、パワーMOS5のミラー容量に
よる電荷に応じて、パワーMOS5がオフする所定時間
前に切れるように調整したタイマー時間とから構成され
ている。このような立上がりディレイ回路7の出力によ
りターンオフ時ゲート駆動力切換回路1が動作し、オフ
駆動信号2がb端子からa端子に切換わる。この切換動
作により主ドライブ回路3の動作が停止し、ターンオフ
時副ドライブ回路4が動作する(図6(e),
(f))。このとき、パワーMOS5のゲートに残った
電荷は、抵抗R2 を介して引き抜かれる。抵抗R2 は、
抵抗R1 よりも抵抗値が大きいため、パワーMOS5の
ゲート電圧Vg の電位は緩やかに下り、パワーMOS5
は緩やかにオフする。これによりターンオフ時のサージ
電圧の発生が抑えられる。
Next, the operation of the power MOS drive circuit configured as described above, particularly at the time of turn-off, will be described with reference to FIG. First, the main drive circuit 3 operates according to the off drive signal 2 (FIG. 6A), and the power MOS 5 starts a turn-off operation. Due to the start of the turn-off operation, the electric charge stored in the gate of the power MOS 5 becomes the resistance R 1
And the gate voltage Vg of the power MOS 5
Gradually decreases. Thereafter, the gate voltage Vg is used to extract the charge due to the mirror capacitance of the power MOS 5,
The period t in which the potential does not change is entered (FIG. 6B). The non-changing period t is detected by the turn-off dv / dt detection circuit 6, and the turn-off dv / dt detection circuit 6
Outputs an "H" level signal as the detection signal (FIG. 6 (c)). The "H" level detection signal is input to the rise delay circuit 7, and a signal delayed for a predetermined time from the rise of the "H" level detection signal is output from the rise delay circuit 7 (FIG. 6 (d)). Here, in the first embodiment, the electric charge due to the mirror capacitance is extracted only by the sub-drive circuit 4 at the time of turning off. However, in the present embodiment, by using the rising delay circuit 7, a part of the charge due to the mirror capacitance is extracted by the main drive circuit 3, and the timing of switching to the sub-drive circuit 4 at turn-off by the timer of the rising delay circuit 7. Controlling. By extracting the electric charge due to the mirror capacitance by the main drive circuit 3, an increase in the turn-off time can be further reduced. The rise delay circuit 7 is based on a timer that starts operating by the output of the dv / dt detection circuit 6 at the time of turn-off, and a timer time adjusted so as to be turned off a predetermined time before the power MOS 5 is turned off in accordance with the charge due to the mirror capacitance of the power MOS 5. It is configured. The gate drive force switching circuit 1 at the time of turn-off is operated by the output of the rising delay circuit 7, and the off-drive signal 2 is switched from the terminal b to the terminal a. By this switching operation, the operation of the main drive circuit 3 is stopped, and the sub-drive circuit 4 operates at the time of turn-off (FIG. 6 (e),
(F)). In this case, the charge remaining in the gate of the power MOS5 is withdrawn via a resistor R 2. The resistance R 2 is
Since the resistance value than the resistance R 1 is larger, the potential of the gate voltage Vg of power MOS5 moderately downlink, power MOS5
Turns off slowly. Thereby, generation of a surge voltage at the time of turn-off can be suppressed.

【0022】次いで、図7、図8を用いて、立上がりデ
ィレイ回路7の内部構成例とその動作を説明する。図7
において、立上がりディレイ回路7は、ANDゲート1
3、バッファ14及び積分回路15で構成されている。
図8(b)はノード4、即ち積分回路15の出力を示し
ている。この積分回路15の出力とターンオフ時dv/
dt検出回路6の出力とのANDをとることにより、立
上がりディレイ回路7からは、ターンオフ時dv/dt
検出回路6の「H」レベル検出信号の立上がりから一定
時間遅延した信号が出力される(図8(c))。
Next, an example of the internal configuration of the rising delay circuit 7 and its operation will be described with reference to FIGS. FIG.
, The rising delay circuit 7 includes an AND gate 1
3, a buffer 14 and an integrating circuit 15.
FIG. 8B shows the output of the node 4, that is, the output of the integration circuit 15. The output of the integrating circuit 15 and the dv /
By taking an AND with the output of the dt detection circuit 6, the rising delay circuit 7 outputs dv / dt at turn-off.
A signal delayed for a predetermined time from the rise of the "H" level detection signal of detection circuit 6 is output (FIG. 8C).

【0023】上述したように、本実施の形態によれば、
ゲート電圧Vg の電位が変化しない期間を検出する方式
のため、ゲート駆動力の切換えタイミングはパワーMO
S5の閾値電圧のばらつきに依存しない。またターンオ
フ時dv/dt検出回路6によるトリガタイミングの検
出からターンオフ時ゲート駆動力切換回路1の切換え動
作によりドライブ回路を切換えるまでのフィードバック
制御に使える時間を、サージ発生のタイミングに対し余
裕をもって確保することができる。この時間が短いとフ
ィードバック制御動作が間にあわず、サージ発生までに
フィードバック制御ができないおそれが生じる。これを
数値例により、さらに説明すると、トリガタイミングの
検出時からサージピーク発生タイミングまでの時間差
は、前記第1の従来技術では200nsec程度であっ
たに対し、本実施の形態では800nsec程度あるの
で、十分に時間的余裕をもってサージ発生を抑えること
ができる。そして、さらに立上がりディレイ回路7でデ
ィレイ時間を設けることにより、この余裕のある時間の
中でゲート駆動力を弱める期間の増加を極力防ぐことが
できる。これにより、ターンオフ時間が最適化された時
間で短くなり、スイッチング時間が短くなる。
As described above, according to the present embodiment,
Since the period during which the potential of the gate voltage Vg does not change is detected, the timing of switching the gate driving force is determined by the power MO.
It does not depend on the variation of the threshold voltage of S5. Further, a time that can be used for feedback control from the detection of the trigger timing by the dv / dt detection circuit 6 at the time of turn-off to the switching of the drive circuit by the switching operation of the gate driving force switching circuit 1 at the time of turn-off is secured with a margin with respect to the timing of occurrence of surge. be able to. If this time is short, the feedback control operation cannot be performed in time, and there is a possibility that the feedback control cannot be performed before the occurrence of the surge. This will be further explained by a numerical example. The time difference from the detection of the trigger timing to the surge peak occurrence timing is about 200 nsec in the first related art, but is about 800 nsec in the present embodiment. The generation of surge can be suppressed with sufficient time margin. Further, by providing a delay time in the rising delay circuit 7, it is possible to minimize an increase in the period during which the gate driving force is weakened during this extra time. This shortens the turn-off time with the optimized time and the switching time.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態であるパワーMOS
駆動回路のブロック図である。
FIG. 1 is a power MOS according to a first embodiment of the present invention.
It is a block diagram of a drive circuit.

【図2】上記第1の実施の形態の動作を説明するための
各信号等の波形図である。
FIG. 2 is a waveform chart of signals and the like for explaining the operation of the first embodiment.

【図3】図1における各回路の内部構成例を示す回路図
である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of an internal configuration of each circuit in FIG. 1;

【図4】図3の内部構成回路の動作を説明するための波
形図である。
FIG. 4 is a waveform chart for explaining the operation of the internal configuration circuit of FIG. 3;

【図5】本発明の第2の実施の形態のブロック図であ
る。
FIG. 5 is a block diagram of a second embodiment of the present invention.

【図6】上記第2の実施の形態の動作を説明するための
各信号等の波形図である。
FIG. 6 is a waveform chart of signals and the like for explaining the operation of the second embodiment.

【図7】図5における立上がりディレイ回路の内部構成
例を示す回路図である。
FIG. 7 is a circuit diagram showing an example of an internal configuration of a rising delay circuit in FIG. 5;

【図8】上記ディレイ回路の動作を説明するための波形
図である。
FIG. 8 is a waveform chart for explaining the operation of the delay circuit.

【図9】パワーMOS駆動回路の第1の従来技術を示す
回路図である。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a first related art of a power MOS drive circuit.

【図10】上記第1の従来技術の動作を説明するための
波形図である。
FIG. 10 is a waveform chart for explaining the operation of the first conventional technique.

【図11】第2の従来技術を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a second conventional technique.

【図12】上記第2の従来技術の動作を説明するための
波形図である。
FIG. 12 is a waveform chart for explaining the operation of the second conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ターンオフ時ゲート駆動力切換回路(切換手段) 3 主ドライブ回路 4 ターンオフ時副ドライブ回路 5 パワーMOS 6 ターンオフ時dv/dt検出回路(電圧変化率検出
手段) 7 立上がりディレイ回路(遅延回路)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gate drive force switching circuit at the time of turn-off (switching means) 3 Main drive circuit 4 Sub-drive circuit at the time of turn-off 5 Power MOS 6 dv / dt detection circuit at the time of turn-off (voltage change rate detection means) 7 Rise delay circuit (delay circuit)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 パワーMOSのゲートを駆動するドライ
ブ回路を備えたパワーMOS駆動回路であって、前記パ
ワーMOSのゲート電圧の変化率を検出する電圧変化率
検出手段と、この電圧変化率検出手段の検出結果に基づ
いて前記ドライブ回路による前記パワーMOSのゲート
駆動力を所定量低減させるように切換える切換手段とを
有することを特徴とするパワーMOS駆動回路。
1. A power MOS drive circuit comprising a drive circuit for driving a gate of a power MOS, comprising: a voltage change rate detection means for detecting a change rate of a gate voltage of the power MOS; and a voltage change rate detection means. Switching means for switching the drive circuit so as to reduce the gate drive force of the power MOS by a predetermined amount based on the detection result of the power MOS drive circuit.
【請求項2】 前記電圧変化率検出手段の検出結果後、
一定時間遅延させて前記切換手段の切換動作を行わせる
遅延回路を有することを特徴とする請求項1記載のパワ
ーMOS駆動回路。
2. After the detection result of the voltage change rate detecting means,
2. The power MOS drive circuit according to claim 1, further comprising a delay circuit for performing a switching operation of said switching means with a delay of a predetermined time.
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