JP2003169465A - Gate drive circuit and power conversion device - Google Patents

Gate drive circuit and power conversion device

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JP2003169465A
JP2003169465A JP2001367468A JP2001367468A JP2003169465A JP 2003169465 A JP2003169465 A JP 2003169465A JP 2001367468 A JP2001367468 A JP 2001367468A JP 2001367468 A JP2001367468 A JP 2001367468A JP 2003169465 A JP2003169465 A JP 2003169465A
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JP
Japan
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semiconductor switching
drive circuit
gate drive
gate
offset
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JP2001367468A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiyuki Mitsuyanagi
俊之 三柳
Hiromichi Tai
裕通 田井
Ichiro Omura
一郎 大村
Tomokazu Domon
知一 土門
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gate drive circuit wherein, when a plurality of semiconductor switching elements are connected, an imbalance between a voltage share and a current share due to a variation in a threshold voltage from one switching element to another is improved. <P>SOLUTION: A gate drive circuit 103 which outputs gate control output signals to a semiconductor switching element 101 is provided with an offset circuit 3 which offsets the potentials of gate control output signals. Gate control output signals are offset through the offset circuit 3 by an amount equivalent to the potential corresponding to a difference in the threshold voltage between a plurality of semiconductor switching elements to equalize the timing of switching. Thereby, the imbalance between the voltage share and current share is improved. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、ゲート駆動回路、
および電力変換装置に関し、特に電圧駆動型半導体スイ
ッチング素子を駆動するゲート駆動回路、およびこのゲ
ート駆動回路を用いた電力変換装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gate drive circuit,
The present invention also relates to a power converter, and more particularly to a gate drive circuit that drives a voltage-driven semiconductor switching element, and a power converter using the gate drive circuit.

【0002】[0002]

【従来技術】半導体スイッチング素子は、インバータや
チョッパ回路などによる電力変換装置に幅広く使用され
ており、電力分野においては必要不可欠である。
2. Description of the Related Art Semiconductor switching elements are widely used in power conversion devices such as inverters and chopper circuits, and are indispensable in the power field.

【0003】近年、このような電力変換装置用の半導体
スイッチング素子は、これまで高電圧、大電流に優れて
いることから多く用いられていたゲートターンオフサイ
リスタ(GTO)に代わり、高電圧、大電流に加えて、
高速スイッチング動作に優れた絶縁ゲートバイポーラト
ランジスタ(IGBT)に代表される電圧駆動型の半導
体スイッチング素子が使用される傾向にある。
In recent years, such a semiconductor switching element for a power conversion device has been replaced by a gate turn-off thyristor (GTO) which has been widely used because it is excellent in high voltage and large current, and thus has high voltage and large current. In addition to,
A voltage-driven semiconductor switching element represented by an insulated gate bipolar transistor (IGBT) excellent in high-speed switching tends to be used.

【0004】また、電力変換装置は、大容量化、高電圧
化、および大電流化に対応するために、複数個の半導体
スイッチング素子が使用されるようになってきている。
Further, in the power converter, a plurality of semiconductor switching elements have been used in order to cope with an increase in capacity, an increase in voltage, and an increase in current.

【0005】複数個の半導体スイッチング素子を用いる
電力変換装置は、複数個の半導体スイッチング素子を直
列に接続にしたものと、並列に接続にしたものがある
が、いずれの場合も、図8に示すように、一つの半導体
スイッチング素子101には、これを駆動するためのゲ
ート駆動回路103がゲート抵抗105を介して接続さ
れている。ゲート駆動回路103は、ゲート制御出力信
号を出力して電圧駆動型半導体スイッチング素子101
を駆動している。
Power converters using a plurality of semiconductor switching elements include those having a plurality of semiconductor switching elements connected in series and those having a plurality of semiconductor switching elements connected in parallel. In either case, FIG. As described above, the gate drive circuit 103 for driving the semiconductor switching element 101 is connected to the semiconductor switching element 101 through the gate resistor 105. The gate drive circuit 103 outputs a gate control output signal to output the voltage drive type semiconductor switching element 101.
Are driving.

【0006】ところで、ゲート駆動回路は、複数の半導
体スイッチング素子に対して個別に設けられているであ
るがどれも同じ電位のゲート制御出力信号を出力してい
る。このため、半導体スイッチング素子を直列接続や並
列接続した場合、多数接続した半導体スイッチング素子
のそれぞれが、各々のしきい値電圧に則ってスイッチン
グ動作するため、各々のしきい値電圧にばらつきがある
とスイッチング動作もばらついてしまうことになり、複
数の半導体スイッチング素子のうち、しきい値電圧の高
い半導体スイッチング素子が、直列接続の場合には高い
電圧を負担することになり、並列接続の場合には大きい
電流を負担することになる。
Although the gate drive circuit is individually provided for the plurality of semiconductor switching elements, all of them output the gate control output signal of the same potential. Therefore, when the semiconductor switching elements are connected in series or in parallel, each of the multiple connected semiconductor switching elements performs a switching operation according to each threshold voltage, so that there is variation in each threshold voltage. The switching operation also varies, and among the plurality of semiconductor switching elements, the semiconductor switching element with a high threshold voltage bears a high voltage in the case of series connection, and in the case of parallel connection. It will bear a large current.

【0007】その結果、かねてよりしきい値電圧のばら
つきに起因して一部の半導体スイッチング素子に能力以
上の電圧や電流がかかって、電力変換動作の能力低下や
装置の信頼性低下を招くと言う問題があった。
As a result, voltage or current exceeding the capacity is applied to some semiconductor switching elements due to variations in threshold voltage for some time, resulting in deterioration of capacity of power conversion operation and reliability of apparatus. There was a problem to say.

【0008】このため従来の電力変換装置ではこのよう
な複数の半導体スイッチング素子における電圧や電流の
偏りを防止するために、たとえば特開平10−2374
4号公報には、並列接続された複数個の電圧駆動型の半
導体スイッチング素子に流れる電流のアンバランスを最
小に抑えるために、各半導体スイッチング素子に入力さ
れるゲート入力電圧を検出し、ターンオン信号時は最も
遅くターンオンするゲート入力端のゲート信号に合わせ
るように、またターンオフ信号時は最も早くターンオフ
するゲート信号に合わせるように、半導体スイッチング
素子のスイッチングを制御することが開示されている。
Therefore, in the conventional power converter, in order to prevent the bias of the voltage and the current in the plurality of semiconductor switching elements, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-2374 is used.
No. 4, in order to minimize the imbalance of currents flowing in a plurality of voltage-driven semiconductor switching elements connected in parallel, a gate input voltage input to each semiconductor switching element is detected, and a turn-on signal is detected. It is disclosed that the switching of the semiconductor switching element is controlled so as to match the gate signal of the gate input terminal that turns on latest at the time and the gate signal that turns off earliest at the time of turn-off signal.

【0009】また、特開2001−119926号公報
には、電圧のアンバランスが発生した場合に、過電圧が
印加された半導体スイッチング素子の高速な保護を図る
ために、2つの半導体スイッチング素子が直列接続から
なる回路において場合、それらのターンオン動作のタイ
ミングを検出して、過電圧になったことが検出された
ら、通常の順バイアス電圧よりも高い電圧でターンオン
させることが開示されている。
Further, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-119926, two semiconductor switching elements are connected in series in order to protect a semiconductor switching element to which an overvoltage is applied at high speed when an imbalance of voltage occurs. In the case of the circuit consisting of (3), it is disclosed that when the timing of those turn-on operations is detected and an overvoltage is detected, the circuit is turned on at a voltage higher than the normal forward bias voltage.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記各
公報に開示された方法は、いずれも半導体スイッチング
素子に与えられるターンオン信号やターンオフ信号を検
出して、その動作タイミングに合わせて半導体スイッチ
ング素子のスイッチングを制御しているため、ターンオ
ン信号やターンオフ信号を検出するための回路、そして
その検出結果に応じて高速で信号制御を行うための回路
が必要であり、素子にかかる電圧や電流の偏りを防止す
ることはできても、これらの回路のためのコスト増加が
大きいと言った問題があった。
However, each of the methods disclosed in the above publications detects a turn-on signal or a turn-off signal applied to the semiconductor switching element and switches the semiconductor switching element in accordance with its operation timing. Control circuit, it is necessary to have a circuit for detecting turn-on and turn-off signals, and a circuit for high-speed signal control according to the detection result, preventing bias in voltage and current applied to the elements. However, there is a problem that the cost increase for these circuits is great.

【0011】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的としては、複数の半導体スイッチング素子を接
続する場合に、簡単な構成で半導体スイッチング素子の
電圧分担や電流分担の偏りを改善し、半導体スイッチン
グ素子の能力を最大限に発揮させることのできるゲート
駆動回路を提供することである。
The present invention has been made in view of the above,
The purpose is to improve the bias of the voltage sharing and the current sharing of the semiconductor switching device with a simple configuration when connecting multiple semiconductor switching devices, and to maximize the performance of the semiconductor switching device. A drive circuit is provided.

【0012】また、本発明の他の目的は、複数の半導体
スイッチング素子を用いた場合に、これら複数の半導体
スイッチング素子のしきい値電圧のばらつきに起因した
能力低下や信頼性低下を防止することのできる電力変換
装置を提供することである。
Another object of the present invention is to prevent deterioration of performance and reliability due to variations in threshold voltage of a plurality of semiconductor switching elements when a plurality of semiconductor switching elements are used. An object of the present invention is to provide a power conversion device that can do the above.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
上記課題を解決するため、半導体スイッチング素子を駆
動するゲート制御出力信号の電位を変位させるオフセッ
ト手段を有することを要旨とするゲート駆動回路であ
る。
The invention according to claim 1 is
In order to solve the above problems, the present invention is a gate drive circuit having an offset means for displacing a potential of a gate control output signal for driving a semiconductor switching element.

【0014】この発明は、半導体スイッチング素子を駆
動するゲート制御出力信号の電位を変位させることで、
複数の半導体スイッチング素子を駆動する場合に、各々
の半導体スイッチング素子におけるしきい値電圧の違い
による影響を抑え、半導体スイッチング素子の電圧分担
や電流分担の偏りを改善しようとするものである。
According to the present invention, the potential of the gate control output signal for driving the semiconductor switching element is changed,
When a plurality of semiconductor switching elements are driven, the influence of the difference in threshold voltage between the semiconductor switching elements is suppressed to improve the bias of the voltage sharing and the current sharing of the semiconductor switching elements.

【0015】請求項2記載の発明は、請求項1記載のゲ
ート駆動回路において、前記オフセット手段は、外部か
らのオフセット設定信号により前記ゲート制御出力信号
の電位を変化させることを要旨とする。
According to a second aspect of the present invention, in the gate drive circuit according to the first aspect, the offset means changes the potential of the gate control output signal according to an offset setting signal from the outside.

【0016】この発明は、ゲート制御出力信号の電位を
外部からの信号により変えることができるようにするこ
とで、半導体素子のしきい値電圧が外部要因により変わ
るような場合にそれに合わせてゲート制御出力信号の電
位も変えることができるようにしようとするものであ
る。
According to the present invention, the potential of the gate control output signal can be changed by a signal from the outside, so that when the threshold voltage of the semiconductor element is changed by an external factor, the gate control is performed accordingly. It is intended to change the potential of the output signal.

【0017】請求項3記載の発明は、上記課題を解決す
るため、請求項1または2記載のゲート駆動回路により
駆動される半導体スイッチング素子を複数個直列に接続
したことを要旨とする電力変換装置である。
In order to solve the above-mentioned problems, a third aspect of the present invention is a power conversion device characterized in that a plurality of semiconductor switching elements driven by the gate drive circuit according to the first or second aspect are connected in series. Is.

【0018】この発明は、請求項1または2記載のゲー
ト駆動回路により複数個直列に接続された各々の半導体
スイッチング素子のゲート制御出力信号の電位を変える
ことで、しきい値電圧のばらつきに起因した電圧分担の
偏りを改善しようとするものである。
According to the present invention, by varying the potential of the gate control output signal of each semiconductor switching element connected in series by the gate drive circuit according to claim 1 or 2, the variation in threshold voltage is caused. It is intended to improve the bias of the voltage sharing.

【0019】請求項4記載の発明は、上記課題を解決す
るため、請求項1または2記載のゲート駆動回路により
駆動される半導体スイッチング素子を複数個並列に接続
したことを要旨とする電力変換装置である。
In order to solve the above-mentioned problems, a fourth aspect of the invention is a power conversion device characterized in that a plurality of semiconductor switching elements driven by the gate drive circuit according to the first or second aspect are connected in parallel. Is.

【0020】この発明は、請求項1または2記載のゲー
ト駆動回路により複数個並列に接続された各々の半導体
スイッチング素子のゲート制御出力信号の電位を変える
ことで、しきい値電圧のばらつきに起因した電流分担の
偏りを改善しようとするものである。
According to the present invention, by varying the potential of the gate control output signal of each semiconductor switching element connected in parallel by the gate drive circuit according to claim 1 or 2, the variation in threshold voltage is caused. It is intended to improve the bias of the current sharing.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0022】(第1の実施の形態)図1は、本発明を適
用したゲート駆動回路を説明するための回路図である。
(First Embodiment) FIG. 1 is a circuit diagram for explaining a gate drive circuit to which the present invention is applied.

【0023】図示するように、本第1の実施の形態で
は、ゲート駆動回路として、従来のゲート駆動回路10
3の入力側にオフセット回路3を設けたものである。こ
のオフセット回路3を設けたゲート駆動回路を、オフセ
ット回路付ゲート駆動回路1と称する。なお、ゲート駆
動回路103からの出力は従来と同様に、ゲート抵抗1
05を介して半導体スイッチング素子101のゲートに
入力されている。
As shown in the figure, in the first embodiment, the conventional gate drive circuit 10 is used as the gate drive circuit.
The offset circuit 3 is provided on the input side of 3. The gate drive circuit provided with the offset circuit 3 is referred to as a gate drive circuit with an offset circuit 1. The output from the gate drive circuit 103 is the same as that of the conventional one.
It is input to the gate of the semiconductor switching element 101 via 05.

【0024】オフセット回路3は、入力されたゲート制
御入力信号5の電位に対して、ゲート駆動回路103か
ら出力されるゲート制御出力信号7の電位を変位(オフ
セット)する回路である。
The offset circuit 3 is a circuit that displaces (offsets) the potential of the gate control output signal 7 output from the gate drive circuit 103 with respect to the potential of the input gate control input signal 5.

【0025】本第1の実施の形態におけるオフセット回
路付ゲート駆動回路の作用を説明する。
The operation of the gate drive circuit with the offset circuit according to the first embodiment will be described.

【0026】図2は、ゲート駆動回路から出力されるゲ
ート制御出力信号を示す図面である。
FIG. 2 is a diagram showing a gate control output signal output from the gate driving circuit.

【0027】ここでたとえば、2個の半導体スイッチン
グ素子101のしきい値電圧にばらつきがある場合、図
2Aに示すように、2個の半導体スイッチング素子10
1の双方に従来のゲート駆動回路103のみを接続した
ものでは、2個の半導体スイッチング素子101のしき
い値のばらつきにより、ゲート駆動回路103から出力
されるそれぞれのゲート制御出力信号のオフするタイミ
ングに差が生じる。
Here, for example, when there are variations in the threshold voltages of the two semiconductor switching elements 101, as shown in FIG. 2A, the two semiconductor switching elements 10 are connected.
In the case where only the conventional gate drive circuit 103 is connected to both of the two, the timing at which each gate control output signal output from the gate drive circuit 103 is turned off due to variation in the threshold values of the two semiconductor switching elements 101. Difference occurs.

【0028】一方、図2Bに示すように、2個の半導体
スイッチング素子101の双方にオフセット回路3を設
けたオフセット回路付ゲート駆動回路1を接続したもの
では、しきい値電圧の高い方の半導体スイッチング素子
に接続されたオフセット回路付ゲート駆動回路1により
正のオフセットを設定して、ゲート制御出力信号の電位
を変えることで、オフセットを設定されていない方の半
導体スイッチング素子に比べ、オフセット設定された半
導体スイッチング素子におけるゲート制御出力信号の最
大電位を高くすることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 2B, in the case where the gate drive circuit 1 with the offset circuit in which the offset circuit 3 is provided is connected to both of the two semiconductor switching elements 101, the semiconductor having the higher threshold voltage is used. By setting a positive offset by the gate drive circuit 1 with an offset circuit connected to the switching element and changing the potential of the gate control output signal, the offset is set as compared with the semiconductor switching element in which the offset is not set. Also, the maximum potential of the gate control output signal in the semiconductor switching element can be increased.

【0029】そもそも、各々の半導体スイッチング素子
101のしきい値電圧のばらつきは、すなわち、各々の
半導体スイッチング素子101に対するゲート制御出力
信号の最大出力電位からしきい値電圧までの電位差のば
らつきであり、このためゲート制御出力信号のオフする
タイミングに差が発生するのである。したがって、この
ようなゲート制御出力信号のオフするタイミングを合わ
せることで、しきい値電圧のばらつきによる電圧や電流
分担の偏りを減らすことができる。
In the first place, the variation of the threshold voltage of each semiconductor switching element 101 is the variation of the potential difference from the maximum output potential of the gate control output signal to each semiconductor switching element 101 to the threshold voltage. Therefore, a difference occurs in the timing of turning off the gate control output signal. Therefore, by adjusting the timing of turning off such a gate control output signal, it is possible to reduce the bias of the voltage and current distribution due to the variation in the threshold voltage.

【0030】本第1の実施の形態によるオフセット回路
付ゲート駆動回路1は、ゲート制御出カ信号の最大出力
電位を操作することで、ゲート制御出力信号の最大出力
電位からしきい値電圧までの電位差を操作することにな
り、これは見かけ上しきい値電圧を操作したことと等価
となる。つまり、本第1の実施の形態におけるオフセッ
ト回路3は、半導体スイッチング素子101のしきい値
電圧を間接的に操作することを可能にしたものである。
The gate drive circuit 1 with an offset circuit according to the first embodiment operates the maximum output potential of the gate control output signal to change the maximum output potential of the gate control output signal to the threshold voltage. The potential difference is manipulated, which is apparently equivalent to the manipulation of the threshold voltage. That is, the offset circuit 3 in the first embodiment is capable of indirectly operating the threshold voltage of the semiconductor switching element 101.

【0031】したがって、複数の半導体スイッチング素
子101がある場合、いずれか一方の半導体スイッチン
グ素子101のしきい値電圧と、他方の半導体スイッチ
ング素子101のしきい値電圧との差分をオフセット回
路3により変位させるオフセット量として設定してゲー
ト制御出力信号の電位を変位することで、このオフセッ
ト設定した方のゲート駆動回路から出力されるゲート制
御出力信号のオフするタイミングと、オフセット設定し
ていないゲート駆動回路から出力されるゲート制御出力
信号のオフするタイミングを一致させることができるよ
うになり、その結果、複数の半導体スイッチング素子1
01におけるしきい値のばらつきに起因した電圧や電流
の分担の偏りをなくすことができる。
Therefore, when there are a plurality of semiconductor switching elements 101, the offset circuit 3 displaces the difference between the threshold voltage of one of the semiconductor switching elements 101 and the threshold voltage of the other semiconductor switching element 101. The offset is set as an offset amount and the potential of the gate control output signal is changed to turn off the gate control output signal output from the gate drive circuit with this offset setting, and the gate drive circuit with no offset setting. It becomes possible to match the turn-off timings of the gate control output signals output from the plurality of semiconductor switching elements 1 as a result.
It is possible to eliminate the uneven distribution of the voltage and the current due to the variation in the threshold value of 01.

【0032】(第2の実施の形態)図3は、本発明を適
用した他のゲート駆動回路を説明するための回路図であ
る。
(Second Embodiment) FIG. 3 is a circuit diagram for explaining another gate drive circuit to which the present invention is applied.

【0033】本第2の実施の形態は、オフセット回路付
ゲート駆動回路1内のオフセット回路3のオフセット設
定を外部からのオフセット設定信号11により制御する
ことができるようにしたものである。
In the second embodiment, the offset setting of the offset circuit 3 in the gate drive circuit with offset circuit 1 can be controlled by an offset setting signal 11 from the outside.

【0034】これによりダイナミックにオフセット設定
を行うことが可能になる。つまり、半導体スイッチング
素子101の見かけ上のしきい値電圧をダイナミックに
操作することを可能にするもので、たとえば、周囲温度
の変化などによってしきい値電圧が変化してしまうよう
な場合でも、これに合わせてゲート制御出力信号の電位
の変位量を変えることで、ゲート制御出力信号のオフす
るタイミングの差の変化に逐次応答することができるよ
うになる。
This makes it possible to set the offset dynamically. That is, it is possible to dynamically operate the apparent threshold voltage of the semiconductor switching element 101, and even if the threshold voltage changes due to a change in ambient temperature, for example, By changing the amount of displacement of the potential of the gate control output signal in accordance with the above, it becomes possible to respond sequentially to changes in the difference in the timing of turning off the gate control output signal.

【0035】(第3の実施の形態)図4は、本発明を適
用した電力変換装置の構成を示す回路図である。
(Third Embodiment) FIG. 4 is a circuit diagram showing the structure of a power conversion device to which the present invention is applied.

【0036】この電力変換装置は、2つの半導体スイッ
チング素子101aおよび101bを直列に接続したも
ので、各半導体スイッチング素子101aおよび101
bはそれぞれ前述した第1の実施の形態と同様に、オフ
セット回路付ゲート駆動回路1aおよび1bにより、ゲ
ート抵抗105aおよび105bを介して駆動される。
This power conversion device has two semiconductor switching elements 101a and 101b connected in series, and each semiconductor switching element 101a and 101b.
Similarly to the above-described first embodiment, b is driven by the gate drive circuits 1a and 1b with an offset circuit via the gate resistors 105a and 105b.

【0037】本第3の実施の形態における電力変換装置
の作用を説明する。
The operation of the power conversion device according to the third embodiment will be described.

【0038】図5は、しきい値電圧の異なる半導体スイ
ッチング素子を直列に接続した電力変換装置における各
半導体スイッチング素子のゲート電圧とコレクタ電圧を
示す図面で、図5Aはゲート制御出力信号にオフセット
を設定しない場合、図5Bはゲート制御出力信号にオフ
セットを設定した場合である。
FIG. 5 is a drawing showing the gate voltage and collector voltage of each semiconductor switching element in a power converter in which semiconductor switching elements having different threshold voltages are connected in series. FIG. 5A shows an offset in the gate control output signal. When not set, FIG. 5B shows the case where an offset is set in the gate control output signal.

【0039】ゲート制御出力信号にオフセットを設定し
ない場合は、図5Aに示すように、しきい値電圧の高い
方の半導体スイッチング素子におけるゲート電圧が高く
なり、その分コレクタ電圧も高くなる。
When no offset is set in the gate control output signal, as shown in FIG. 5A, the gate voltage in the semiconductor switching element having the higher threshold voltage becomes higher, and the collector voltage becomes higher accordingly.

【0040】これに対し、図5Bに示すように、しきい
値電圧の高い方の半導体スイッチング素子の出力電位に
正のオフセットを設定すると、ゲート制御出力信号の最
大電位としきい値電圧の電位差が大きくなるため、正の
オフセットを設定された半導体スイッチング素子のしき
い値電圧が見かけ上低くなる。この結果、半導体スイッ
チング素子のコレクタ電圧の差が無くなる。
On the other hand, as shown in FIG. 5B, when a positive offset is set for the output potential of the semiconductor switching element having the higher threshold voltage, the potential difference between the maximum potential of the gate control output signal and the threshold voltage becomes. Since it becomes large, the threshold voltage of the semiconductor switching element in which the positive offset is set apparently becomes low. As a result, there is no difference in the collector voltage of the semiconductor switching element.

【0041】したがって、2つの半導体スイッチング素
子101aおよび101bを直列に接続した電力変換装
置において、しきい値電圧の高い方の半導体スイッチン
グ素子に供給される出力電位に正のオフセットをかける
ことで、しきい値電圧のばらつきに起因する直列接続時
の電圧分担の偏りを改善することができる。
Therefore, in the power converter in which the two semiconductor switching elements 101a and 101b are connected in series, by applying a positive offset to the output potential supplied to the semiconductor switching element having the higher threshold voltage, It is possible to improve the bias of the voltage sharing in series connection due to the variation in the threshold voltage.

【0042】(第4の実施の形態)図6は、本発明を適
用した他の電力変換装置の構成を示す回路図である。
(Fourth Embodiment) FIG. 6 is a circuit diagram showing the configuration of another power converter to which the present invention is applied.

【0043】この電力変換装置は、2つの半導体スイッ
チング素子101aおよび101bを並列に接続したも
ので、各半導体スイッチング素子101aおよび101
bはそれぞれ前述した第1の実施の形態と同様に、オフ
セット回路付ゲート駆動回路1aおよび1bにより、ゲ
ート抵抗105aおよび105bを介して駆動される。
In this power conversion device, two semiconductor switching elements 101a and 101b are connected in parallel, and each semiconductor switching element 101a and 101b is connected.
Similarly to the above-described first embodiment, b is driven by the gate drive circuits 1a and 1b with an offset circuit via the gate resistors 105a and 105b.

【0044】本第4の実施の形態における電力変換装置
の作用を説明する。
The operation of the power conversion device according to the fourth embodiment will be described.

【0045】図7は、しきい値電圧の異なる半導体スイ
ッチング素子を並列に接続した電力変換装置における各
半導体スイッチング素子のゲート電圧とコレクタ電流を
示す図面で、図7Aはゲート制御出力信号にオフセット
を設定しない場合、図7Bはゲート制御出力信号にオフ
セットを設定した場合である。
FIG. 7 is a drawing showing the gate voltage and collector current of each semiconductor switching element in a power converter in which semiconductor switching elements having different threshold voltages are connected in parallel. FIG. 7A shows an offset in the gate control output signal. When not set, FIG. 7B shows the case where an offset is set in the gate control output signal.

【0046】ゲート制御出力信号にオフセットを設定し
ない場合は、図7Aに示すように、しきい値電圧の高い
方の半導体スイッチング素子におけるゲート電圧が高く
なり、その分コレクタ電流が減少している。
When no offset is set in the gate control output signal, as shown in FIG. 7A, the gate voltage in the semiconductor switching element having the higher threshold voltage becomes higher, and the collector current decreases accordingly.

【0047】これに対し、図7Bに示すように、しきい
値電圧の高い方の半導体スイッチング素子の出力電位に
正のオフセットを設定すると、ゲート制御出力信号の最
大電位としきい値電圧の電位差が大きくなるため、正の
オフセットを設定された半導体スイッチング素子のしき
い値電圧が見かけ上低くなる。この結果、半導体スイッ
チング素子のコレクタ電流の差が無くなる。
On the other hand, as shown in FIG. 7B, when a positive offset is set to the output potential of the semiconductor switching element having the higher threshold voltage, the potential difference between the maximum potential of the gate control output signal and the threshold voltage becomes. Since it becomes large, the threshold voltage of the semiconductor switching element in which the positive offset is set apparently becomes low. As a result, there is no difference in the collector current of the semiconductor switching element.

【0048】したがって、2つの半導体スイッチング素
子101aおよび101bを並列に接続した電力変換装
置において、しきい値電圧の高い方の半導体スイッチン
グ素子に供給される出力電位に正のオフセットをかける
ことで、しきい値電圧のばらつきに起因する並列接続時
の電流分担の偏りを改善することができる。
Therefore, in the power converter in which the two semiconductor switching elements 101a and 101b are connected in parallel, by applying a positive offset to the output potential supplied to the semiconductor switching element having the higher threshold voltage, It is possible to improve the bias of current sharing in parallel connection due to the variation in the threshold voltage.

【0049】以上本発明を適用した実施の形態を説明し
たが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるもので
はない。
Although the embodiments to which the present invention is applied have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.

【0050】たとえば上述した実施の形態のおける電力
変換装置は、2つの半導体スイッチング素子を直列に接
続したものと並列に接続したものをそれぞれ説明した
が、半導体スイッチング素子の接続数については、さら
に多く直列や並列に接続したものであっても適用可能で
ある。
For example, the power converters in the above-described embodiments have been described by connecting two semiconductor switching elements in series and connecting them in parallel, respectively. It can be applied even if it is connected in series or in parallel.

【0051】また、上述した実施の形態のおける電力変
換装置は、2つの半導体スイッチング素子の両方にオフ
セット回路付ゲート駆動回路を設けているが、半導体素
子が2つの場合、オフセット回路付ゲート駆動回路は、
いずれか一方の半導体スイッチング素子にだけ設けるよ
うにして、他方の半導体スイッチング素子には、従来型
のオフセット回路のないゲート駆動回路を設けてもよ
い。これは、上述したように、オフセット回路では2つ
の半導体スイッチング素子のしきい値に相当する電位を
変位させているため、いずれか一方にオフセット回路を
設けるだけも、2つの半導体スイッチング素子のしきい
値電圧の差を見かけ上なくすことが可能になる。
Further, the power converters in the above-described embodiments are provided with the gate drive circuit with the offset circuit in both of the two semiconductor switching elements. However, when there are two semiconductor elements, the gate drive circuit with the offset circuit is provided. Is
A gate drive circuit without a conventional offset circuit may be provided in one of the semiconductor switching elements, and the other semiconductor switching element may be provided. This is because, as described above, in the offset circuit, the potentials corresponding to the threshold values of the two semiconductor switching elements are displaced, so that providing the offset circuit in only one of the thresholds causes the threshold of the two semiconductor switching elements to be changed. It is possible to eliminate the difference in value voltage apparently.

【0052】さらには、当業者において様々な改変が可
能であることは言うまでもない。
Needless to say, various modifications can be made by those skilled in the art.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
多数個の半導体スイッチング素子を接続した場合に、半
導体スイッチング素子のしきい値電圧のばらつきを原因
として各々の半導体スイッチング素子のスイッチングに
ばらつきが発生するのを簡単な構成により抑えることが
でき、半導体スイッチング素子の電圧分担や電流分担の
偏りを改善することができる。
As described above, according to the present invention,
When a large number of semiconductor switching elements are connected, it is possible to suppress variations in the switching of each semiconductor switching element due to variations in the threshold voltage of the semiconductor switching elements with a simple configuration. It is possible to improve the bias of the voltage sharing and the current sharing of the elements.

【0054】また、本発明によれば、多数個の半導体ス
イッチング素子を接続した場合に、半導体スイッチング
素子のしきい値電圧のばらつきを原因として各々の半導
体スイッチング素子のスイッチングのばらつきを抑える
ことのできるゲート駆動回路を用いることで、電力変換
装置の能力低下および信頼性低下を改善することができ
る。
Further, according to the present invention, when a large number of semiconductor switching elements are connected, it is possible to suppress variation in switching of each semiconductor switching element due to variation in threshold voltage of the semiconductor switching element. By using the gate drive circuit, it is possible to improve the performance deterioration and the reliability deterioration of the power conversion device.

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

【図1】本発明を適用した第1の実施の形態に係るゲー
ト駆動回路の回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of a gate drive circuit according to a first embodiment to which the present invention is applied.

【図2】ゲート制御出力信号を説明するための図面であ
る。
FIG. 2 is a diagram illustrating a gate control output signal.

【図3】本発明を適用した第2の実施の形態に係るゲー
ト駆動回路の回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram of a gate drive circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明を適用した第3の実施の形態に係る電力
変換装置の回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram of a power conversion device according to a third embodiment of the present invention.

【図5】しきい値電圧の異なる半導体スイッチング素子
を直列に接続した電力変換装置における各半導体スイッ
チング素子のゲート電圧とコレクタ電圧を示す図面であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing a gate voltage and a collector voltage of each semiconductor switching element in a power conversion device in which semiconductor switching elements having different threshold voltages are connected in series.

【図6】本発明を適用した第4の実施の形態に係る電力
変換装置の回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram of a power conversion device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】しきい値電圧の異なる半導体スイッチング素子
を並列に接続した電力変換装置における各半導体スイッ
チング素子のゲート電圧とコレクタ電流を示す図面であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing a gate voltage and a collector current of each semiconductor switching element in a power conversion device in which semiconductor switching elements having different threshold voltages are connected in parallel.

【図8】従来のゲート駆動回路を示す回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram showing a conventional gate drive circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、1a、1b オフセット回路付ゲート駆動回路 3 オフセット回路 101、101a、101b 半導体スイッチング素子 103 ゲート駆動回路 1, 1a, 1b Gate drive circuit with offset circuit 3 offset circuit 101, 101a, 101b Semiconductor switching element 103 gate drive circuit

フロントページの続き (72)発明者 大村 一郎 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 (72)発明者 土門 知一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Fターム(参考) 5H740 BA11 BB01 BB05 JA01 JB01 KK01 LL01 MM01 Continued front page    (72) Inventor Ichiro Omura             1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             Ceremony Company Toshiba Microelectronics Sen             Inside (72) Inventor Tomoichi Domon             1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             Inside the Toshiba Research and Development Center F-term (reference) 5H740 BA11 BB01 BB05 JA01 JB01                       KK01 LL01 MM01

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体スイッチング素子を駆動するゲー
ト制御出力信号の電位を変位させるオフセット手段を有
することを特徴とするゲート駆動回路。
1. A gate drive circuit comprising an offset means for displacing the potential of a gate control output signal for driving a semiconductor switching element.
【請求項2】 前記オフセット手段は、外部からのオフ
セット設定信号により前記ゲート制御出力信号の電位を
変化させることを特徴とする請求項1記載のゲート駆動
回路。
2. The gate drive circuit according to claim 1, wherein the offset means changes the potential of the gate control output signal according to an offset setting signal from the outside.
【請求項3】 請求項1または2記載のゲート駆動回路
により駆動される半導体スイッチング素子を複数個直列
に接続したことを特徴とする電力変換装置。
3. A power conversion device comprising a plurality of semiconductor switching elements connected in series, which are driven by the gate drive circuit according to claim 1.
【請求項4】 請求項1または2記載のゲート駆動回路
により駆動される半導体スイッチング素子を複数個並列
に接続したことを特徴とする電力変換装置。
4. A power conversion device comprising a plurality of semiconductor switching elements driven in parallel by the gate drive circuit according to claim 1 or 2.
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