JP2001190061A - Switching element driving circuit for inverter - Google Patents

Switching element driving circuit for inverter

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JP2001190061A
JP2001190061A JP37517999A JP37517999A JP2001190061A JP 2001190061 A JP2001190061 A JP 2001190061A JP 37517999 A JP37517999 A JP 37517999A JP 37517999 A JP37517999 A JP 37517999A JP 2001190061 A JP2001190061 A JP 2001190061A
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Japan
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voltage
pulse
coil
turned
switching element
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JP37517999A
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Takanobu Fujiwara
隆信 藤原
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Japan Storage Battery Co Ltd
Original Assignee
Japan Storage Battery Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching element driving circuit for inverter which can abruptly turn off the main switching elements of an inverter. SOLUTION: When IGBT1-IGBT4 installed to the inverter as main switching elements are turned off, the driving circuit 11 forcibly discharges electric charges to holding capacitors C11-C14 and related to the turning-on bias voltages for the gates of the IGBT1-IGBT4, by impressing forced discharge voltages which are reserved in direction to the turning-on bias voltage upon the capacitors C11-C14. Consequently, the main switching elements IGBT1-IGBT4 can be turned off abruptly.

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、電圧駆動型の半導
体スイッチング素子で構成されたインバータの主スイッ
チイング素子群を駆動するためのドライブ回路に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a drive circuit for driving a main switching element group of an inverter constituted by voltage-driven semiconductor switching elements.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、高電圧出力のインバータでは、
主スイッチ群を駆動するためのドライブ回路にパルスト
ランスを備え、その一次側に制御中枢を配して保護する
と共に、主スイッチ群を構成する例えばIGBTのゲー
ト・エミッタ間に、ゲート電圧保持用のコンデンサを備
え、このコンデンサをドライブ回路にて充放電して、主
スイッチ群を駆動する構成となっている。そして、従来
のドライブ回路では、主スイッチ群をオンするには、制
御用電源に連なるスイッチ回路をオンオフ動作させて、
主スイッチへのオンバイアス電圧をコンデンサにてホー
ルドし、主スイッチ群をオフするには、コンデンサに連
なる短絡回路を駆動して、主スイッチへのオンバイアス
電圧を除去していた。
2. Description of the Related Art In general, in an inverter of a high voltage output,
A drive circuit for driving the main switch group is provided with a pulse transformer, and a control center is disposed on the primary side to protect the main switch group. In addition, for example, between the gate and the emitter of the IGBT constituting the main switch group, a gate voltage is held between the gate and the emitter. A capacitor is provided, and the capacitor is charged and discharged by a drive circuit to drive the main switch group. Then, in the conventional drive circuit, to turn on the main switch group, the switch circuit connected to the control power supply is turned on and off,
In order to hold the on-bias voltage to the main switch with a capacitor and turn off the main switch group, a short circuit connected to the capacitor was driven to remove the on-bias voltage to the main switch.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の高電
圧仕様のインバータのドライブ回路では、上記したよう
に、主スイッチ群をオフ駆動するときに、ゲート電圧保
持用のコンデンサの両端子間を、単に短絡するだけの構
成を採っていたので、上記コンデンサに充電された電荷
によって生じた電位差のみにて放電が行われ、放電完了
までに時間を要し、主スイッチ群を、急峻にオフさせる
ことができなかった。
However, in the conventional drive circuit for an inverter of a high-voltage specification, as described above, when the main switch group is turned off, a voltage between both terminals of the capacitor for holding the gate voltage is reduced. Since the short-circuit configuration was adopted, the discharge is performed only by the potential difference caused by the electric charge charged in the capacitor, it takes time until the discharge is completed, and the main switch group is rapidly turned off. Could not.

【0004】このため、従来のドライブ回路では、2組
の主スイッチ群を交互に高周期でオンとオフとに切り替
えることができず、インバータから交番して矩形電圧波
を出力したとき、矩形波の向きが変わる間に出力0Vと
なる休止時間を短くすることが困難であり、放電灯など
を安定して点灯させることはできなかった。
For this reason, in the conventional drive circuit, the two main switch groups cannot be alternately switched on and off at a high cycle. When a rectangular voltage wave is alternately output from the inverter, a rectangular wave is output. It is difficult to shorten the pause time during which the output becomes 0 V while the direction changes, and it was not possible to stably light a discharge lamp or the like.

【0005】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、インバータに備えた主スイッチング素子を急峻にオ
フすることが可能なインバータのスイッチング素子ドラ
イブ回路の提供を目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a switching element drive circuit of an inverter capable of rapidly turning off a main switching element provided in the inverter.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記目的
を達成するため、請求項1の発明に係るインバータのス
イッチイング素子ドライブ回路は、電圧駆動型の半導体
スイッチング素子で構成されたインバータの主スイッチ
ング素子群を駆動するためのドライブ回路であって、一
次側コイルに交互に逆向きの制御パルスが印加され、二
次側コイルの二次電圧を、主スイッチング素子のゲート
電圧を保持する保持用コンデンサに与えるものにおい
て、二次側コイルは、各主スイッチング素子ごとに設け
た一対の二次コイルよりなりかつそれら二次コイルが保
持用コンデンサに並列接続され、一方の二次コイルと保
持用コンデンサとの間に、チャージ用スイッチを設ける
と共に、他方の二次コイルと保持用コンデンサとの間
に、放電用スイッチを設け、チャージ用スイッチは、常
にはオフしており、一次側コイルへの一方向の制御パル
スに伴う二次側のパルス電圧にてオンして、そのパルス
電圧に基づき、保持用コンデンサの両端子間に、各主ス
イッチング素子へのオンバイアス電圧が生じた後にオフ
し、放電用スイッチは、常にはオフしており、一次側コ
イルへの逆方向の制御パルスに伴う二次側のパルス電圧
にてオンし、そのパルス電圧に基づき、オンバイアス電
圧とは逆向きの強制放電電圧を保持用コンデンサに印加
して、オンバイアス電圧を除去するところに特徴を有す
る。
In order to achieve the above object, a switching element drive circuit for an inverter according to the first aspect of the present invention comprises a main part of an inverter composed of a voltage-driven semiconductor switching element. A drive circuit for driving a switching element group, in which a control pulse in an opposite direction is alternately applied to a primary coil to hold a secondary voltage of a secondary coil and a gate voltage of a main switching element. In the capacitor, the secondary coil is composed of a pair of secondary coils provided for each main switching element, and these secondary coils are connected in parallel to the holding capacitor, and one of the secondary coils and the holding capacitor are connected. And a discharging switch is provided between the other secondary coil and the holding capacitor. The charging switch is always off, and is turned on by the secondary-side pulse voltage accompanying the one-way control pulse to the primary coil. Based on the pulse voltage, both terminals of the holding capacitor are turned off. In the meantime, it turns off after the on-bias voltage to each main switching element is generated, and the discharge switch is always off, and the secondary side pulse voltage accompanying the reverse control pulse to the primary coil is turned on. Then, based on the pulse voltage, a forced discharge voltage in a direction opposite to the on-bias voltage is applied to the holding capacitor to remove the on-bias voltage.

【0007】本発明によれば、チャージ用スイッチは、
一次側コイルに一方向の制御パルスが印加されるとオン
し、その二次側のパルス電圧にて保持用コンデンサの両
端子間に、主スイッチング素子へのオンバイアス電圧が
生じたところでオフする。これにより、主スイッチング
素子はオン状態に保持される。
According to the present invention, the charging switch comprises:
It turns on when a unidirectional control pulse is applied to the primary coil, and turns off when an on-bias voltage to the main switching element is generated between the two terminals of the holding capacitor by the secondary pulse voltage. As a result, the main switching element is kept in the ON state.

【0008】また、一次側コイルに制御パルスが印加さ
れない間は、チャージ用及び放電用の両スイッチは、共
にオフし、保持用コンデンサが両二次コイルから切り離
されて、主スイッチング素子はオン状態に保持される。
While no control pulse is applied to the primary coil, both the charging and discharging switches are turned off, the holding capacitor is disconnected from both the secondary coils, and the main switching element is turned on. Is held.

【0009】さらに、放電用スイッチは、一次側コイル
に逆方向の制御パルスが印加されるとオンし、二次側の
パルス電圧にて、オンバイアス電圧と逆向きの強制放電
電圧が、保持用コンデンサに印加される。これにより、
コンデンサの両端子間には、オンバイアス電圧と強制放
電電圧とを加えた大きな電圧が生じて、急峻に保持用コ
ンデンサに充電されていたオンバイアス電圧に係る電荷
が放電され、オンバイアス電圧が除去される。
Furthermore, the discharge switch is turned on when a control pulse in the reverse direction is applied to the primary coil, and the forced discharge voltage in the direction opposite to the on-bias voltage is applied to the holding voltage by the pulse voltage on the secondary side. Applied to the capacitor. This allows
A large voltage, which is the sum of the on-bias voltage and the forcible discharge voltage, is generated between both terminals of the capacitor, and the charge related to the on-bias voltage that has been steeply charged in the holding capacitor is discharged, and the on-bias voltage is removed. Is done.

【0010】このように、本発明によれば、主スイッチ
ング素子をオフ駆動するときに、保持用コンデンサに、
主スイッチング素子へのオンバイアス電圧とは逆向きの
強制放電電圧を印加することで、保持用コンデンサに充
電されていたオンバイアス電圧に係る電荷を強制的に放
電し、インバータに備えた主スイッチング素子を急峻に
オフすることが可能となる。
As described above, according to the present invention, when the main switching element is turned off, the holding capacitor includes:
By applying a forced discharge voltage in the opposite direction to the on-bias voltage to the main switching element, the charge related to the on-bias voltage charged in the holding capacitor is forcibly discharged, and the main switching element provided in the inverter is provided. Can be turned off steeply.

【0011】また、具体的に本発明に係るスイッチイン
グ素子ドライブ回路は、チャージ用スイッチは、一次側
コイルへの一方向の制御パルスに伴う二次側のパルス電
圧にて共にオンする第1ダイオード及び第1FETで構
成して、第1FETを、パルス電圧がないときにオフさ
せる第1逆バイアス用電源を備え、放電用スイッチは、
一次側コイルへの逆方向の制御パルスに伴う二次側のパ
ルス電圧にて共にオンする第2ダイオード及び第2FE
Tで構成して、第2FETを、パルス電圧がないときに
させる第2逆バイアス用電源を備えた構成とすることが
できる(請求項2の発明)。
Further, specifically, in the switching element drive circuit according to the present invention, the charging switch is configured such that the first diode is turned on by a secondary-side pulse voltage accompanying a one-way control pulse to the primary-side coil. And a first reverse bias power supply for turning off the first FET when there is no pulse voltage.
A second diode and a second FE which are both turned on by a secondary pulse voltage accompanying a reverse control pulse to the primary coil;
T, the second FET can be provided with a second reverse bias power supply for causing no pulse voltage.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】<第1実施形態>以下、本発明の
第1実施形態を図1〜図5に基づいて説明する。図1に
は、本実施形態のインバータ回路の全体構成が示されて
おり、Hブリッジ回路に配された4つの各主スイッチン
グ素子は、電圧駆動型の半導体スイッチング素子として
の例えばIGBT1〜4で構成され、これらIGBT群
が、本発明を適用したスイッチイング素子ドライブ回路
11(以下、単に「ドライブ回路11」という)にて、
駆動される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First Embodiment A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 shows the entire configuration of the inverter circuit according to the present embodiment. Each of the four main switching elements arranged in the H-bridge circuit includes, for example, IGBTs 1 to 4 as voltage-driven semiconductor switching elements. These IGBT groups are combined in a switching element drive circuit 11 (hereinafter simply referred to as “drive circuit 11”) to which the present invention is applied.
Driven.

【0013】ドライブ回路11は、全体が図2に示され
ており、同じタイミングでオンオフされる一方のペアの
IGBT1,4と、他方のペアのIGBT2,3とに対
応して、一対のパルストランスPT1,PT2を備え、
各パルストランスPT1,PT2の一次側には、一次コ
イルL11,L12を駆動するための駆動回路DR1,
DR2が設けられている。
The drive circuit 11 is shown in FIG. 2 in its entirety. One pair of IGBTs 1 and 4, which are turned on and off at the same timing, and a pair of pulse transformers corresponding to the other pair of IGBTs 2 and 3, respectively. PT1, PT2,
On the primary side of each of the pulse transformers PT1 and PT2, a driving circuit DR1 for driving the primary coils L11 and L12 is provided.
DR2 is provided.

【0014】図2において上側に示した駆動回路DR1
は、4組のダイオードD1〜D4及びスイッチS1〜S
4でHブリッジ回路を構成してなり、これらスイッチS
1〜S4が、パルス論理回路PLC1から制御信号を受
けてオンオフし、制御用直流電源E1の電圧を、一方の
パルストランスPT1の一次コイルL11に交互に逆向
きの制御パルスとして印加する。また、同図の下側に示
した駆動回路DR2も、上側の回路DR1と同じ構造を
なし、上側の駆動回路DR1とは異なるタイミングで、
各ダイオードD5〜D8及びスイッチS5〜S8を動作
させて、制御用直流電源E1の電圧を、他方のパルスト
ランスPT2の一次コイルL11に交互に逆向きの制御
パルスとして印加する(図3参照)。
The drive circuit DR1 shown on the upper side in FIG.
Are four sets of diodes D1 to D4 and switches S1 to S
4 constitute an H-bridge circuit, and these switches S
1 to S4 turn on / off in response to a control signal from the pulse logic circuit PLC1, and alternately apply the voltage of the control DC power supply E1 to the primary coil L11 of one of the pulse transformers PT1 as a reverse control pulse. The drive circuit DR2 shown on the lower side of the figure also has the same structure as the upper circuit DR1, and has a different timing from the upper drive circuit DR1.
By operating the diodes D5 to D8 and the switches S5 to S8, the voltage of the control DC power supply E1 is alternately applied to the primary coil L11 of the other pulse transformer PT2 as a reverse control pulse (see FIG. 3).

【0015】さて、各パルストランスPT1,PT2の
二次側には、各IGBTごとに一対の二次コイルL2
1,L22が設けられ、これら二次コイルL21,L2
2が、各IGBTのゲート電圧を保持する各保持用コン
デンサC11〜C14に並列接続されている。ここで、
保持用コンデンサC11〜C14は、IGBTのゲート
・エミッタ間に寄生のコンデンサを利用してもよいし、
IGBTのゲート端子とエミッタ端子との間に接続した
外付けのコンデンサで構成してもよい。また、両二次コ
イルL21,L22は、例えば、同じ巻数に巻回され
て、同じ二次電圧を得るようになっている。さらに、両
二次コイルL21,L22の共通接続点と、電圧保持用
コンデンサC11〜C14との間には、限流抵抗R11
〜R14が設けられている。
On the secondary side of each of the pulse transformers PT1 and PT2, a pair of secondary coils L2 for each IGBT is provided.
1, L22, and these secondary coils L21, L2
2 is connected in parallel to each of the holding capacitors C11 to C14 that hold the gate voltage of each IGBT. here,
The holding capacitors C11 to C14 may use parasitic capacitors between the gate and the emitter of the IGBT,
The IGBT may be constituted by an external capacitor connected between the gate terminal and the emitter terminal. The two secondary coils L21 and L22 are wound, for example, in the same number of turns to obtain the same secondary voltage. Further, a current limiting resistor R11 is provided between a common connection point of the two secondary coils L21 and L22 and the voltage holding capacitors C11 to C14.
To R14.

【0016】図2において上側に示したIGBT1と一
対の二次コイルL21,L22とを接続する回路は、図
3に抜き出して示されている。図3において上側の二次
コイルL21(以下、適宜、「第1コイルL21」とい
う)と保持用コンデンサC11との間には、ダイオード
D11が、そのカソードを保持用コンデンサC11側に
配して接続され、第1コイルL21の一端側(・印側)
を正とした電圧E11が発生したときに、オンするよう
にしてある。また、ダイオードD11と第1コイルL2
1との間には、PチャンネルのMOS型FET11(以
下、「Q11」という)が、ドレインをダイオードD1
1側、ソースを第1コイルL21の一端側(・印側)、
ゲートを第1コイルL21の他端側に配して接続されて
いる。さらに、Q11と、第1コイルL21との間に
は、Q11をオフするための逆バイアス電圧を、Q11
のゲート・ソース間に印加する逆バイアス電源E51が
設けられている。
A circuit for connecting the IGBT 1 shown in the upper part of FIG. 2 to the pair of secondary coils L21 and L22 is shown in FIG. In FIG. 3, a diode D11 is connected between the upper secondary coil L21 (hereinafter, appropriately referred to as a "first coil L21") and the holding capacitor C11 with its cathode disposed on the holding capacitor C11 side. And one end of the first coil L21 (marked side)
Is turned on when a voltage E11 having a positive value is generated. The diode D11 and the first coil L2
1, a P-channel MOS type FET 11 (hereinafter referred to as “Q11”) has a drain connected to the diode D1.
1 side, the source is one end side of the first coil L21 (marked side),
The gate is arranged and connected to the other end of the first coil L21. Further, a reverse bias voltage for turning off Q11 is connected between Q11 and the first coil L21.
, A reverse bias power supply E51 applied between the gate and the source is provided.

【0017】一方、同図において下側に示した二次コイ
ルL22(以下、適宜、「第2コイルL22」という)
と保持用コンデンサC11との間には、ダイオードD1
2が、そのアノードを保持用コンデンサC11側に配し
て接続され、第2コイルL22の他端側(・印と反対
側)を正とした電圧E13が発生したときに、オンする
ようにしてある。また、ダイオードD12と第2コイル
L22との間には、NチャンネルのMOSM型FET1
2(以下、「Q12」という)が、ドレインをダイオー
ドD12側、ソースを第2コイルL22の一端側(・印
側)、ゲート端子を第2コイルL22の他端側に配して
接続されている。さらに、Q12と、第2コイルL22
との間には、Q12をオフするための逆バイアス電圧
を、Q12のゲート・ソース間に印加する逆バイアス電
源E52が設けられている。
On the other hand, a secondary coil L22 shown on the lower side in FIG. 1 (hereinafter referred to as "second coil L22" as appropriate)
And a holding capacitor C11, a diode D1
2 is connected so that the anode is disposed on the holding capacitor C11 side, and is turned on when a voltage E13 in which the other end of the second coil L22 (the side opposite to the mark) is positive is generated. is there. An N-channel MOS MFET 1 is provided between the diode D12 and the second coil L22.
2 (hereinafter referred to as “Q12”), the drain is connected to the diode D12, the source is connected to one end (marked side) of the second coil L22, and the gate terminal is connected to the other end of the second coil L22. I have. Further, Q12 and the second coil L22
A reverse bias power supply E52 for applying a reverse bias voltage for turning off Q12 between the gate and source of Q12 is provided between the power supply E52 and the power supply E52.

【0018】図2において、上から2番目に示したIG
BT4と各一対の二次コイルL21,L22とを接続す
る回路は、上記したIGBT1と二次コイルL21,L
22とを接続する回路と同じ構造をなし、同じ符号を付
したダイオード(D11,D12)、FET(Q11,
Q12)が、同じタイミングでオンオフ動作する。
In FIG. 2, the IG shown second from the top
The circuit that connects the BT4 and each pair of the secondary coils L21 and L22 includes the above-described IGBT1 and the secondary coils L21 and L22.
22, a diode (D11, D12) and an FET (Q11,
Q12) is turned on and off at the same timing.

【0019】また、図2において、下側のパルストラン
スPT2に対応したIGBT3,IGBT2と各一対の
二次コイルL21,L22とを接続する回路も、上側の
パルストランスPT1に対応した上記IGBT1,IG
BT4と各一対の二次コイルL21,L22とを接続す
る回路と同じ構成をなし、一対のダイオードD15,1
6と、一対のFET(Q15,Q16)と、一対の逆バ
イアス電源E71,E72とを備える。そして、下側の
パルストランスPT2が、上側のトランスPT1と異な
るタイミングで動作して、これにより発生した二次電圧
に基づき、各回路の各ダイオードD15,D16と、各
FET(Q15,Q16)がオンオフ動作する。
In FIG. 2, the circuit for connecting the IGBT3 and IGBT2 corresponding to the lower pulse transformer PT2 and each of the pair of secondary coils L21 and L22 is also the same as the IGBT1 and IG corresponding to the upper pulse transformer PT1.
It has the same configuration as the circuit that connects the BT4 and each pair of secondary coils L21, L22, and has a pair of diodes D15, 1
6, a pair of FETs (Q15, Q16), and a pair of reverse bias power supplies E71, E72. Then, the lower pulse transformer PT2 operates at a timing different from that of the upper transformer PT1, and based on the secondary voltage generated thereby, the diodes D15 and D16 of each circuit and the FETs (Q15 and Q16) are connected. Operate on / off.

【0020】なお、上記逆バイアス電源E51,E5
2,E71,E72の電圧は、各二次コイルL21.L
22に誘導された二次電圧より、小さく設定されてい
る。また、逆バイアス電源E51,E52は、例えば、
図4(A)に示すように、直列接続した複数のダイオー
ドD90とコンデンサC91とを並列接続して構成する
か、又は、図4(B)に示すように、ゼナーダイオード
ZD92とコンデンサC93とを並列接続して構成する
ことができる。
The reverse bias power supplies E51 and E5
2, E71 and E72 are connected to the secondary coils L21. L
It is set smaller than the secondary voltage induced at 22. The reverse bias power supplies E51 and E52 are, for example,
4A, a plurality of diodes D90 connected in series and a capacitor C91 are connected in parallel, or as shown in FIG. 4B, a zener diode ZD92 and a capacitor C93 are connected. Can be connected in parallel.

【0021】次に、上記構成からなる本実施形態の動作
を説明する。本実施形態のドライブ回路11は、駆動回
路DR1,DR2にて、各パルストランスPT1,PT
2の一次側コイルL11,L12に、交互に逆向きの制
御パルスを印加することで、各IGBTをオンオフ駆動
する。これを、図3に示したIGBT1について、以
下、図5のタイムチャートを参照しつつ詳細に説明をす
る。
Next, the operation of this embodiment having the above configuration will be described. In the drive circuit 11 of the present embodiment, the drive circuits DR1 and DR2 use the pulse transformers PT1 and PT2.
The IGBTs are turned on and off by applying control pulses alternately in opposite directions to the two primary coils L11 and L12. This will be described in detail below with reference to the time chart of FIG. 5 for the IGBT 1 shown in FIG.

【0022】IGBT1に対応した一方のパルストラン
スPT1に備えた駆動回路DR1では、各スイッチS1
〜S4(以下、単に、「S1〜S4」という)は、パル
ス論理回路PLC1から制御信号を受け、S1とS3
は、常にはオンし、S2とS4は、常にはオフした状態
となっている。そして、短い時間TonだけS1をオフし
かつS2をオンする動作と、やはり短い時間TonだけS
3をオフしかつS4をオンする動作とが、間隔を開けて
交互に繰り返される、
In the drive circuit DR1 provided in one of the pulse transformers PT1 corresponding to the IGBT1, each switch S1
To S4 (hereinafter, simply referred to as “S1 to S4”) receive control signals from the pulse logic circuit PLC1, and S1 and S3
Is always on, and S2 and S4 are always off. Then, the operation of turning off S1 and turning on S2 for a short time Ton, and the operation of turning S1 on for a short time Ton
3 and the operation of turning on S4 are alternately repeated at intervals.

【0023】ここで、上記Ton時間(図5参照)は、以
下の式で求めて設定されている。 Ton時間=(4×Ae×N1×B)/V1 V1:制御用直流電源E1の電圧 Ae:パルストランスの鉄心の有効断面積 N1:パルストランスの一次側の巻数 B :パルストランスの鉄心が飽和しないために許容さ
れる磁束密度
Here, the above Ton time (see FIG. 5) is obtained and set by the following equation. Ton time = (4 × Ae × N1 × B) / V1 V1: Voltage of DC power supply E1 for control Ae: Effective area of core of pulse transformer N1: Number of turns on primary side of pulse transformer B: Core of pulse transformer is saturated Magnetic flux density allowed

【0024】S1及びS3がオンし、S2及びS4がオ
フした状態では、二次側の第1及び第2のコイルL2
1,L22には、誘導起電力は生じず、各コイルL2
1,L22と保持用コンデンサC11との間に設けたQ
11,Q12は、それぞれ逆バイアス電源E51,E5
2から逆バイアス電圧を受けてオフしている。
In a state where S1 and S3 are turned on and S2 and S4 are turned off, the first and second coils L2 on the secondary side are turned off.
1, L22, no induced electromotive force is generated, and each coil L2
1, Q provided between L22 and holding capacitor C11.
11 and Q12 are reverse bias power supplies E51 and E5, respectively.
2 is turned off by receiving a reverse bias voltage.

【0025】そして、S3がオフしかつS4がオンした
状態に切り替わり、その状態に保持されると、保持され
た時間Tonの間だけ、制御用電源E1の電圧がパルスト
ランスPT1の一次コイルL11に印加され、二次側の
第1及び第2のコイルL21,L22の一端側(・印
側)を正とした電圧E11,E12が発生する。
Then, the state is switched to a state where S3 is turned off and S4 is turned on, and when the state is maintained, the voltage of the control power supply E1 is applied to the primary coil L11 of the pulse transformer PT1 only during the maintained time Ton. Voltages E11 and E12 are generated when one end side (marked side) of the first and second coils L21 and L22 on the secondary side is positive.

【0026】すると、第1コイルL21に生じた電圧E
11により、Q11,ダイオードD11が順バイアスと
なってオンし、限流抵抗R11及び保持用コンデンサC
11の直列回路の間にE53が発生する。また、第2コ
イルL22に生じた電圧E12は、Q12をオフさせる
ためのバイアス電圧として働くから、Q12はオフ状態
のままとなる。
Then, the voltage E generated in the first coil L21
11, the Q11 and the diode D11 become forward biased and turn on, and the current limiting resistor R11 and the holding capacitor C
E53 occurs between the 11 series circuits. Further, the voltage E12 generated in the second coil L22 acts as a bias voltage for turning off Q12, so that Q12 remains off.

【0027】上記E53は、限流抵抗R11を通して保
持用コンデンサC11を充電する。そして、保持用コン
デンサC11に充電された電荷に係る電圧EG1は、I
GBT1のゲートに対してオンバイアス電圧となって、
IGBT1がオンする。
The E53 charges the holding capacitor C11 through the current limiting resistor R11. The voltage EG1 related to the charge charged in the holding capacitor C11 is I
An on-bias voltage is applied to the gate of GBT1,
The IGBT 1 turns on.

【0028】次いで、S4がオフしかつS3がオンの状
態に戻ると、パルストランスPT1の一次コイルL11
は、S1及びS3によって短絡モードに入り、2次側の
両コイルL21,L22の電圧E11,E12は全て0
Vとなる。これにより、Q11,Q12が、逆バイアス
電源E51,E52から逆バイアス電圧を受けて、共に
オフした状態に戻り、両二次コイルL21,L22が、
保持用コンデンサC11から切り離される。従って、保
持用コンデンサC11に充電された電荷は、そのまま保
持され続け、保持用コンデンサC11の両端子間の電圧
EG1をオンバイアス電圧として、IGBT1はオン状
態のまま保持される。
Next, when S4 turns off and S3 returns to the on state, the primary coil L11 of the pulse transformer PT1 is turned on.
Enters the short-circuit mode by S1 and S3, the voltages E11 and E12 of both the secondary side coils L21 and L22 are all 0.
V. As a result, Q11 and Q12 receive the reverse bias voltage from the reverse bias power supplies E51 and E52, and return to the off state, and the two secondary coils L21 and L22 are turned off.
It is separated from the holding capacitor C11. Therefore, the charge charged in the holding capacitor C11 is kept held as it is, and the voltage EG1 between both terminals of the holding capacitor C11 is set as the on-bias voltage, and the IGBT1 is held in the on state.

【0029】さて、上記状態からS1がオフしかつS2
がオンした状態に切り替わって、その状態に時間Tonだ
け保持されると、その間、制御用電源E1の電圧がパル
ストランスPT1の一次コイルL11に前記動作と逆向
きに印加される。これにより、二次側の両第1及び第2
の両コイルL21,L22の他端側(・印の反対側)を
正とした電圧E11,E12が発生する。
Now, from the above state, S1 turns off and S2
Is switched to the ON state, and when the state is maintained for the time Ton, during that time, the voltage of the control power supply E1 is applied to the primary coil L11 of the pulse transformer PT1 in a direction opposite to the above operation. As a result, both the first and second
Voltages E11 and E12 are generated with the other ends of the two coils L21 and L22 (opposite the marks) being positive.

【0030】すると、今度は、第1コイルL21に生じ
た電圧E11は、Q11をオフさせるバイアス電圧とな
るから、Q11はオフ状態のままとなる。一方、第2コ
イルL22に生じた電圧E12は、Q12をオンするバ
イアス電圧となってQ12がオンし、これに伴い、ダイ
オードD11が順バイアスとなってオンして、限流抵抗
R11及び保持用コンデンサC11の直列回路の間に上
記した場合と逆向きの電圧E53が発生する。
Then, since the voltage E11 generated in the first coil L21 becomes a bias voltage for turning off Q11, Q11 remains off. On the other hand, the voltage E12 generated in the second coil L22 becomes a bias voltage for turning on Q12, turning on Q12. As a result, the diode D11 becomes forward biased and turns on. A voltage E53 in the opposite direction to that described above is generated between the series circuit of the capacitors C11.

【0031】すると、この電圧E53に基づいて、保持
用コンデンサC11の両端子間に印加された電圧が、本
発明に係る強制放電電圧となり、この強制放電電圧とコ
ンデンサに充電された電荷によるオンバイアス電圧とを
加えた大きな電圧により、保持用コンデンサC11に充
電されていたオンバイアス電圧に係る電荷が放電され
る。これにより、オンバイアス電圧が急峻に除去され、
さらに、保持用コンデンサC11を負の電位に充電す
る。その結果としてEG1は、IGBT1のゲートに対
して逆バイアス状態となり、IGBT1がオフする。
Then, based on the voltage E53, the voltage applied between the two terminals of the holding capacitor C11 becomes the forced discharge voltage according to the present invention, and the on-bias by the forced discharge voltage and the charge charged in the capacitor. The charge related to the on-bias voltage charged in the holding capacitor C11 is discharged by the large voltage including the voltage. As a result, the on-bias voltage is sharply removed,
Further, the storage capacitor C11 is charged to a negative potential. As a result, EG1 is in a reverse bias state with respect to the gate of IGBT1, and IGBT1 is turned off.

【0032】次いで、S2がオフしかつS1がオンの元
の状態に戻ると、再び、パルストランスPT1の一次コ
イルL11は、S1及びS3によって短絡モードに入
り、前記した2次側の電圧E11,E12は全て0Vと
なる。これにより、Q11,Q12は、共に逆バイアス
電源E51,E52から逆バイアス電圧を受けて、オフ
した状態に戻り、両二次コイルL21,L22が、保持
用コンデンサC11から切り離される。従って、保持用
コンデンサC11は、IGBT1のゲートに対する逆バ
イアス電圧に充電されたまま保持され、IGBT1はオ
フ状態のまま保持される。
Next, when S2 is turned off and S1 returns to the original state of being turned on, the primary coil L11 of the pulse transformer PT1 again enters the short-circuit mode by S1 and S3, and the secondary side voltage E11, E12 all become 0V. As a result, both Q11 and Q12 receive the reverse bias voltage from the reverse bias power supplies E51 and E52, return to the off state, and the two secondary coils L21 and L22 are disconnected from the holding capacitor C11. Accordingly, the holding capacitor C11 is maintained while being charged with the reverse bias voltage for the gate of the IGBT1, and the IGBT1 is maintained in the off state.

【0033】以上、説明したIBGT1を駆動させるた
めの動作と同様にして、ドライブ回路11は、IGBT
4を上記のIGBT1と同じタイミングでオンオフ駆動
し、さらに、IGBT3とIGBT2とを前記IGBT
1に対して180度の位相差のタイミングでオンオフ駆
動する。
In the same manner as the operation for driving the IBGT 1 described above, the drive circuit 11
4 is turned on and off at the same timing as the above IGBT 1, and IGBT 3 and IGBT 2 are connected to the IGBT 1.
On / off driving is performed at a timing of a phase difference of 180 degrees with respect to 1.

【0034】このように、本実施形態のドライブ回路1
1によれば、主スイッチング素子であるIGBT1〜4
をオフ駆動するときに、保持用コンデンサC11〜C1
4に、IGBT1〜4のゲートに対するオンバイアス電
圧と逆向きの強制放電電圧を印加することで、保持用コ
ンデンサC11〜C14に充電されていたオンバイアス
電圧に係る電荷を、強制的に放電するから、IGBT1
〜4を急峻にオフすることができる。従って、このドラ
イブ回路11によれば、IGBT1,4と、IGBT
3,2とを交互に切り替える際に、一方側のIGBTが
完全にオフするまでの待ち時間を短く設定することがで
き、もって、インバータから出力した交番矩形電圧波の
休止時間Ts(図5参照)を短くすることが可能とな
り、高負荷の放電灯であっても安定して点灯させること
ができる。
As described above, the drive circuit 1 of the present embodiment
According to the IGBTs 1 to 4,
Are turned off, the holding capacitors C11 to C1
By applying a forced discharge voltage in the direction opposite to the on-bias voltage to the gates of the IGBTs 1 to 4, the charge related to the on-bias voltage charged in the holding capacitors C11 to C14 is forcibly discharged. , IGBT1
To 4 can be turned off steeply. Therefore, according to the drive circuit 11, the IGBTs 1 and 4 and the IGBT
When switching between 3 and 2 alternately, the waiting time until the IGBT on one side is completely turned off can be set short, so that the pause time Ts of the alternating rectangular voltage wave output from the inverter (see FIG. 5) ) Can be shortened, and even a high-load discharge lamp can be stably lit.

【0035】<第2実施形態>本実施形態のインバータ
は、図6に示されており、前記第1実施形態のドライブ
回路11と同じ構成のドライブ回路40を対にして備
え、各ドライブ回路40,40には、前記第1実施形態
と同様に、4つのIGBT1〜IGBT4が接続されて
いる。そして、各ドライブ回路40に対にして設けた各
パルストランス(図示せず)に対応した一対ずつのIG
BT1,4(又は、IGBT2,3)を直列接続して、
これら直列接続した両IGBTからなる主スイッチング
素子SW1〜SW4をHブリッジ状に接続し、インバー
タの主回路を構成してある。本実施形態によれば、ドラ
イブ回路40,40を同期運転して、より高電圧のイン
バータを駆動することができる。
<Second Embodiment> An inverter according to this embodiment is shown in FIG. 6 and includes a pair of drive circuits 40 having the same configuration as the drive circuit 11 of the first embodiment. , 40 are connected to four IGBTs 1 to 4 as in the first embodiment. A pair of IGs corresponding to the respective pulse transformers (not shown) provided in pairs in the respective drive circuits 40 are provided.
BT1, 4 (or IGBT2, 3) are connected in series,
The main switching elements SW1 to SW4 composed of the two IGBTs connected in series are connected in an H-bridge form to constitute a main circuit of the inverter. According to the present embodiment, the drive circuits 40, 40 can be operated in synchronization to drive a higher voltage inverter.

【0036】<他の実施形態>本発明は、前記実施形態
に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するよ
うな実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、
下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実
施することができる。
<Other Embodiments> The present invention is not limited to the above embodiments. For example, the following embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
In addition to the following, various changes can be made without departing from the scope of the invention.

【0037】(1)前記第1実施形態では、主スイッチ
ング素子がIGBTで構成されていたが、電圧制御型の
半導体スイッチング素子であれば、例えば、MOS型F
ET、接合型FET等であってもよい。
(1) In the first embodiment, the main switching element is composed of an IGBT, but if it is a voltage-controlled semiconductor switching element, for example, a MOS type F
It may be an ET, a junction FET, or the like.

【0038】(2)前記第1実施形態のドライブ回路1
1は、インバータから交番する矩形電圧波を出力するよ
うに、主スイッチング素子(IGBT)を駆動していた
が、インバータの出力をPWM制御してもよいし、可変
周波数制御してもよい。また、これらの場合も、各主ス
イッチング素子が急峻に駆動されるから、インバータの
出力を正確に制御することができる。
(2) Drive circuit 1 of the first embodiment
1 drives the main switching element (IGBT) so as to output an alternating rectangular voltage wave from the inverter, but the output of the inverter may be PWM controlled or variable frequency controlled. Also in these cases, since the main switching elements are driven sharply, the output of the inverter can be accurately controlled.

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

【図1】 第1実施形態のインバータ全体の構成を示す
回路図
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of an entire inverter according to a first embodiment;

【図2】 そのドライブ回路の回路図FIG. 2 is a circuit diagram of the drive circuit.

【図3】 そのドライブ回路の一部を抜粋した回路図FIG. 3 is a circuit diagram showing a part of the drive circuit.

【図4】 逆バイアス電源の構成を示す回路図FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a reverse bias power supply.

【図5】 ドライブ回路の動作を示すタイムチャートFIG. 5 is a time chart showing the operation of the drive circuit.

【図6】 第2実施形態のインバータ全体の構成を示す
回路図
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of an entire inverter according to a second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…スイッチイング素子ドライブ回路 13…コンデンサ 40…ドライブ回路 C11…保持用コンデンサ D11,D15…ダイオード(第1ダイオード) D12,D16…ダイオード(第2ダイオード) E1…制御用直流電源 E1…制御用電源電圧 E51,E71…逆バイアス電源(第1逆バイアス電
源) E52,E72…逆バイアス電源(第2逆バイアス電
源) Q11,Q15…FET(第1FET) Q12,Q16…FET(第2FET) IGBT1〜IGBT4(主スイッチング素子) L11,L12…一次側コイル L21…第1コイル(一方の二次コイル) L22…第2コイル(他方の二次コイル) PT1,PT2…パルストランス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Switching element drive circuit 13 ... Capacitor 40 ... Drive circuit C11 ... Holding capacitor D11, D15 ... Diode (first diode) D12, D16 ... Diode (second diode) E1 ... DC power supply for control E1 ... Power supply for control Voltage E51, E71: Reverse bias power supply (first reverse bias power supply) E52, E72: Reverse bias power supply (second reverse bias power supply) Q11, Q15: FET (first FET) Q12, Q16: FET (second FET) IGBT1 to IGBT4 (Main switching elements) L11, L12: Primary coil L21: First coil (one secondary coil) L22: Second coil (the other secondary coil) PT1, PT2: Pulse transformer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電圧駆動型の半導体スイッチング素子で
構成されたインバータの主スイッチング素子群を駆動す
るためのドライブ回路であって、一次側コイルに交互に
逆向きの制御パルスが印加され、二次側コイルの二次電
圧を、前記主スイッチング素子のゲート電圧を保持する
保持用コンデンサに与えるものにおいて、 前記二次側コイルは、前記各主スイッチング素子ごとに
設けた一対の二次コイルよりなりかつそれら二次コイル
が前記保持用コンデンサに並列接続され、 前記一方の二次コイルと前記保持用コンデンサとの間
に、チャージ用スイッチを設けると共に、前記他方の二
次コイルと前記保持用コンデンサとの間に、放電用スイ
ッチを設け、 前記チャージ用スイッチは、常にはオフしており、前記
一次側コイルへの一方向の制御パルスに伴う二次側のパ
ルス電圧にてオンして、そのパルス電圧に基づき、前記
保持用コンデンサの両端子間に、前記各主スイッチング
素子へのオンバイアス電圧が生じた後にオフし、 前記放電用スイッチは、常にはオフしており、前記一次
側コイルへの逆方向の制御パルスに伴う二次側のパルス
電圧にてオンし、そのパルス電圧に基づき、前記オンバ
イアス電圧とは逆向きの強制放電電圧を前記保持用コン
デンサに印加して、前記オンバイアス電圧を除去するこ
とを特徴とするインバータのスイッチイング素子ドライ
ブ回路。
1. A drive circuit for driving a main switching element group of an inverter constituted by a voltage-driven semiconductor switching element, wherein a control pulse in an opposite direction is alternately applied to a primary coil, and A secondary voltage of the side coil is provided to a holding capacitor that holds a gate voltage of the main switching element, wherein the secondary coil includes a pair of secondary coils provided for each of the main switching elements, and The secondary coils are connected in parallel to the holding capacitor, and a charge switch is provided between the one secondary coil and the holding capacitor, and the charging switch is connected between the other secondary coil and the holding capacitor. A discharge switch is provided in between, and the charge switch is always off, and a one-way control signal to the primary coil is provided. On at the secondary-side pulse voltage accompanying the pulse, and based on the pulse voltage, turn off after an on-bias voltage to each of the main switching elements is generated between both terminals of the holding capacitor, and Switch is always off, and is turned on by the secondary side pulse voltage accompanying the reverse control pulse to the primary side coil, and based on the pulse voltage, the reverse direction is opposite to the on-bias voltage. A switching element drive circuit for an inverter, wherein a forcible discharge voltage is applied to the holding capacitor to remove the on-bias voltage.
【請求項2】 前記チャージ用スイッチは、前記一次側
コイルへの一方向の制御パルスに伴う二次側のパルス電
圧にて共にオンする第1ダイオード及び第1FETで構
成して、前記第1FETを、前記パルス電圧がないとき
にオフさせる第1逆バイアス用電源を備え、 前記放電用スイッチは、前記一次側コイルへの逆方向の
制御パルスに伴う二次側のパルス電圧にて共にオンする
第2ダイオード及び第2FETで構成して、前記第2F
ETを、前記パルス電圧がないときにさせる第2逆バイ
アス用電源を備えたことを特徴とする請求項1記載のイ
ンバータのスイッチイング素子ドライブ回路。
2. The charge switch comprises a first diode and a first FET that are both turned on by a secondary-side pulse voltage accompanying a one-way control pulse to the primary coil. A first reverse bias power supply that is turned off when there is no pulse voltage, and the discharge switch is turned on by a secondary pulse voltage accompanying a reverse control pulse to the primary coil. 2F and a second FET.
2. The switching element drive circuit for an inverter according to claim 1, further comprising a second reverse bias power supply for causing ET to occur when the pulse voltage is absent.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009136044A (en) * 2007-11-29 2009-06-18 Tdk Corp Power mosfet driving circuit
JP2016039730A (en) * 2014-08-08 2016-03-22 株式会社デンソー Gate driving circuit

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