JP2004159467A - Inverter and its method of operation - Google Patents
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- JP2004159467A JP2004159467A JP2002324607A JP2002324607A JP2004159467A JP 2004159467 A JP2004159467 A JP 2004159467A JP 2002324607 A JP2002324607 A JP 2002324607A JP 2002324607 A JP2002324607 A JP 2002324607A JP 2004159467 A JP2004159467 A JP 2004159467A
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は,インバータに関する。本発明は,インバータが出力する電流及び電圧の高周波ノイズを低減するための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
モータその他の交流で動作する電気機器を駆動する電源としてインバータが広く使用される。インバータは,直流電源に接続された出力用スイッチング素子をスイッチングすることによって交流電力を生成する。出力用スイッチング素子としては,一般に,MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor),及びIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が使用される。
【0003】
インバータに含まれる出力用スイッチング素子は高速にスイッチングされるため,インバータの出力には,高周波ノイズが含まれる。高周波ノイズは,特に,出力用スイッチング素子がターンオフするとき大きくなる。高周波ノイズは,ラジオ及びテレビの受信障害に例示される電磁障害の原因となる。従って,高周波ノイズは,可能な限り抑制されることが望まれる。
【0004】
高周波ノイズを減少するために,インバータの出力の配線にフェライトコアで例示されるノイズフィルターを設ける技術が知られている。しかし,ノイズフィルターの使用は,配線の設置に必要なスペースを大きくし,更にコストを増大させるため好ましくない。
【0005】
更に,高周波ノイズを減少するために,出力用スイッチング素子のスイッチング速度(即ち,出力用スイッチング素子がオン状態とオフ状態とを遷移するのにかかる時間)を遅くする技術が知られている。スイッチング速度を遅くすることは,出力用スイッチング素子として使用されるMOSFET又はIGBTのゲート抵抗を大きくすることによって行われる。しかし,スイッチング速度を遅くすることは,インバータの出力用スイッチング素子の遅延時間を増大させ,更に,インバータの効率を低下させるために好ましくない。
【0006】
高周波ノイズを減少する更に他の技術が,非特許文献1に開示されている。非特許文献1に開示された技術は,インバータの出力電圧の時間変化dv/dtを抑制することにより,高周波ノイズを減少する。公知のその技術では,出力用のIGBTのゲート電流が,ゲート電流制御回路によって大,小,大とアクティブに制御される。ゲート電流が小になる期間が,コレクタ電圧が上昇する期間に一致され,これにより,dv/dtが低減されている。
【0007】
出力用スイッチング素子の遅延時間の増大を可能な限り抑制しながら,出力用スイッチング素子のターンオフのときにインバータの出力に発生する高周波ノイズを低減することが望まれる。
【0008】
【非特許文献1】
長洲 正浩他,「高速短絡保護機能付きソフトゲートドライバ」,鉄道サイパネシンポジウム論文集,2000年,vol.37th,p.158−161。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は,出力用スイッチング素子の遅延時間の増大を可能な限り抑制しながら,出力用スイッチング素子のターンオフのときに出力に発生する高周波ノイズを低減することが可能なインバータを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
以下に,[発明の実施の形態]で使用される番号・符号を用いて,課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は,[特許請求の範囲]の記載と[発明の実施の形態]の記載との対応関係を明らかにするために付加されている。但し,付加された番号・符号は,[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【0011】
本発明によるインバータ(1)は,負荷(2)に接続される出力MISFET(5)と,出力MISFET(5)のゲート端子にゲート電圧を印加するゲートドライバ(6)とを備えている。ゲートドライバ(6)は,出力MISFET(5)のゲート電圧を電源電圧VCCから0にするとき,
(a)第1ドライブ能力でゲート電流を出力MISFET(5)のゲート端子から引き出すステップと,
(b)前記(a)ステップの後,第1ドライブ能力よりも小さい第2ドライブ能力でゲート電流をゲート端子から引き出すステップ
とを実行する。ゲートドライバ(6)が(b)ステップの実行を開始する時刻は,出力MISFET(5)のゲート電圧が,出力MISFET(5)の閾値電圧になる時刻と実質的に同時である。これにより,出力MISFET(5)のゲート電圧が速やかにプルダウンされるとともに,出力MISFET(5)のドレイン/ソース間電圧の変化率が抑制される。従って,出力用スイッチング素子の遅延時間の増大を可能な限り抑制しながら,出力用スイッチング素子のターンオフのときに出力に発生する高周波ノイズを低減することができる。
【0012】
本発明によるインバータ(1)は,負荷(2)に接続される出力MISFETと,出力MISFET(5)のゲート端子にゲート電圧を印加するゲートドライバ(6)とを備えている。ゲートドライバ(6)は,出力MISFET(5)のゲート電圧を電源電圧VCCから0にするとき,
(a)第1ドライブ能力でゲート電流を出力MISFET(5)のゲート端子から引き出すステップと,
(b)前記(a)ステップの後,第1ドライブ能力よりも小さい第2ドライブ能力でゲート電流をゲート端子から引き出すステップ
とを実行する。ゲートドライバ(6)が(b)ステップの実行を開始する時刻は,前記出力MISFET(5)のドレイン/ソース間電圧の変化率が,第1変化率から第1変化率より大きい第2変化率に切り替わる時刻と実質的に同一であるように定められる。これにより,出力MISFET(5)のゲート電圧が速やかにプルダウンされるとともに,出力MISFET(5)のドレイン/ソース間電圧の変化率が抑制される。従って,出力用スイッチング素子の遅延時間の増大を可能な限り抑制しながら,出力用スイッチング素子のターンオフのときに出力に発生する高周波ノイズを低減することができる。
【0013】
ゲートドライバ(6)は,更に,
(c)(b)ステップの後,第2ドライブ能力よりも大きい第3ドライブ能力でゲート電流を出力MISFET(5)のゲート端子から引き出すステップ
を実行することが好適である。
【0014】
この場合,ゲートドライバ(6)が(c)ステップの実行を開始する時刻は,出力MISFET(5)のゲート電圧が,閾値電圧から0に遷移し始める時刻と実質的に同時であることが好適である。
【0015】
更に,ゲートドライバ(6)が,(c)ステップの実行を開始する時刻は,出力MISFET(5)のドレイン/ソース間電圧の変化率が,第2変化率から第2変化率より小さい第3変化率に切り替わる時刻と実質的に同時であることが好適である。
【0016】
第1ドライブ能力と第3ドライブ能力とは,異なる場合があり,更に,同一である場合があることに留意されるべきである。
【0017】
本発明によるインバータは,負荷(2)に接続される出力MISFET(5)と,接地端子(11b)と,接地端子(11b)を基準として電源電圧VCCを有する電源端子(11a)と,出力MISFET(5)のゲート端子と電源端子(11a)との間に介設された電源側スイッチング素子(12)と,出力MISFET(5)のゲート端子と接地端子(11b)との間に介設された第1接地側スイッチング素子(14)と,出力MISFET(5)のゲート端子と接地端子(11b)との間に介設された第2接地側スイッチング素子(16)と,電源側スイッチング素子(12),第1接地側スイッチング素子(14),及び第2接地側スイッチング素子(16)を制御する制御回路(19)とを備えている。制御回路(19)は,前記出力MISFET(5)をターンオフするとき,
(d)電源側スイッチング素子(12)をターンオフするステップと,
(e)(d)ステップの後,第1接地側スイッチング素子(14)と第2接地側スイッチング素子(16)とをターンオンするステップと,
(f)(e)ステップの後,第2接地側スイッチング素子(16)をターンオフするステップ
とを実行する。制御回路(19)が第2接地側スイッチング素子(16)をターンオフする時刻は,出力MISFET(5)のゲート電圧が,出力MISFET(5)の閾値電圧になる時刻と実質的に同時である。これにより,出力MISFET(5)のゲート電圧が速やかにプルダウンされるとともに,出力MISFET(5)のドレイン/ソース間電圧の変化率が抑制される。従って,出力用スイッチング素子の遅延時間の増大を可能な限り抑制しながら,出力用スイッチング素子のターンオフのときに出力に発生する高周波ノイズを低減することができる。
【0018】
本発明によるインバータは,負荷(2)に接続される出力MISFET(5)と,接地端子(11b)と,接地端子(11b)を基準として電源電圧VCCを有する電源端子(11a)と,出力MISFET(5)のゲート端子と電源端子(11a)との間に介設された電源側スイッチング素子(12)と,出力MISFET(5)のゲート端子と接地端子(11b)との間に介設された第1接地側スイッチング素子(14)と,出力MISFET(5)のゲート端子と接地端子(11b)との間に介設された第2接地側スイッチング素子(16)と,電源側スイッチング素子(12),第1接地側スイッチング素子(14),及び第2接地側スイッチング素子(16)を制御する制御回路(19)とを備えている。制御回路(19)は,前記出力MISFET(5)をターンオフするとき,
(d)電源側スイッチング素子(12)をターンオフするステップと,
(e)(d)ステップの後,第1接地側スイッチング素子(14)と第2接地側スイッチング素子(16)とをターンオンするステップと,
(f)(e)ステップの後,第2接地側スイッチング素子(16)をターンオフするステップ
とを実行する。制御回路(19)が第2接地側スイッチング素子(16)をターンオフする時刻は,出力MISFET(5)のドレイン/ソース間電圧の変化率が,第1変化率から第1変化率より大きい第2変化率に切り替わる時刻に実質的に同時である。これにより,出力MISFET(5)のゲート電圧が速やかにプルダウンされるとともに,出力MISFET(5)のドレイン/ソース間電圧の変化率が抑制される。従って,出力用スイッチング素子の遅延時間の増大を可能な限り抑制しながら,出力用スイッチング素子のターンオフのときに出力に発生する高周波ノイズを低減することができる。
【0019】
制御回路(19)は,更に,
(g)(f)ステップの後,第2接地側スイッチング素子(16)をターンオンするステップ
を実行することが好適である。
【0020】
この場合,制御回路(19)が(g)ステップにおいて第2接地側スイッチング素子(16)をターンオンする時刻は,出力MISFET(5)のゲート電圧が,閾値電圧から0に移行し始める時刻に実質的に同時であることが好適である。
【0021】
制御回路(19)が前記(g)ステップにおいて第2接地側スイッチング素子(16)をターンオンする時刻は,出力MISFET(5)のドレイン/ソース間電圧の変化率が,第2変化率から第2変化率より小さい第3変化率に切り替わる時刻と実質的に同時であることが好適である。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明によるインバータの実施の一形態では,図1に示されているように,インバータ1が3相モータ2とともに設けられている。インバータ1は,電力線3a〜3cを介して,3相モータ2の電機子巻線に3相電力を供給する。
【0023】
インバータ1は,直流電源4と,パワーMOSトランジスタ5a〜5fと,ゲートドライバ6a〜6fと,コントローラ7とを含む。直流電源4は,電源線4aと接地線4bとの間に直流電圧を生成する。直流電源4により,電源線4aは接地線4bに対して電源電圧VCCに維持される。
【0024】
パワーMOSトランジスタ5a〜5fは,インバータ1の出力に接続された電力線3a〜3cをプルアップし,又はプルダウンする出力用スイッチング素子であり,パワーMOSトランジスタ5a〜5fとしては,ドライブ能力が大きい(即ち,W/Lが大きい)NチャネルMOSトランジスタが使用される。パワーMOSトランジスタ5a,5b,5cのドレイン端子は,電源電圧VCCを有する電源線4aに接続され,パワーMOSトランジスタ5a,5b,5cのソース端子は,電力線3a,3b,3cに接続されている。パワーMOSトランジスタ5a,5b,5cは,電力線3a,3b,3cをそれぞれ電源電圧VCC(High電圧)にプルアップするために使用される。パワーMOSトランジスタ5d,5e,5fのドレイン端子は,それぞれ電力線3a,3b,3cに接続され,パワーMOSトランジスタ5d,5e,5fのソース端子は,接地線4bに接続されている。パワーMOSトランジスタ5d,5e,5fは,電力線3a,3b,3cをそれぞれに接地電位(接地線4bの電位)にプルダウンするために使用される。
【0025】
パワーMOSトランジスタ5a〜5fのゲート端子は,それぞれゲートドライバ6a〜6fに接続され,パワーMOSトランジスタ5a〜5fは,それぞれゲートドライバ6a〜6fによってオンオフされる。ゲートドライバ6a〜6fは,コントローラ7に接続される。コントローラ7は,ゲートドライバ6a〜6に,それぞれパワーMOSトランジスタ5a〜5fのオンオフをそれぞれ指示するPWM信号8a〜8fを出力する。PWM信号8a〜8fの電圧が,電源電圧Vddであるとき,パワーMOSトランジスタ5a〜5fは,それぞれオンになり,PWM信号8a〜8fの電圧が0であるとき,パワーMOSトランジスタ5a〜5fは,それぞれオフになる。
【0026】
パワーMOSトランジスタ5a〜5fは同一の構造を有しており,特に区別しない場合には,これらはパワーMOSトランジスタ5と記載される。更に,ゲートドライバ6a〜6fは同一の構成を有しており,特に区別しない場合には,これらはゲートドライバ6と記載される。更に,PWM信号8a〜8fは,特に区別しない場合には,PWM信号8と記載される。
【0027】
図2は,ゲートドライバ6の構成を示している。ゲートドライバ6は,直流電源11と,PチャネルMOSトランジスタ12と,調整抵抗13と,NチャネルMOSトランジスタ14と,調整抵抗15と,NチャネルMOSトランジスタ16と,調整抵抗17と,ゲート抵抗18と,制御回路19とを含む。図2では,3相モータ2の電機子巻線が,インピーダンスZLとして表現されていることに留意されたい。また、電源は等価的に電源30として示されていることに留意されたい。調整抵抗13、15、17は、ゲート抵抗18と同じ役割を果し、調整抵抗13、15、17の抵抗値を調整することにより、ゲート電流量を適切に調整することが可能となる。
【0028】
直流電源11は,電源線11aと接地線11bの間に直流電圧Vddを発生する。直流電源11は,電源線11aを,接地線11bを基準として電源電圧Vddに維持する。
【0029】
PチャネルMOSトランジスタ12と調整抵抗13とが,電源線11aとノード20との間に直列に接続されている。PチャネルMOSトランジスタ12は,パワーMOSトランジスタ5のゲート端子をプルアップする役割を有する。調整抵抗13は,PチャネルMOSトランジスタ12の保護のために設けられている。
【0030】
直列に接続されたNチャネルMOSトランジスタ14及び調整抵抗15と,直列に接続されたNチャネルMOSトランジスタ16及び調整抵抗17とが,ノード20と接地線11bとの間に,並列に接続されている。NチャネルMOSトランジスタ14,16とは,パワーMOSトランジスタ5のゲート端子をプルダウンする役割を有する。調整抵抗15,17は,それぞれ,NチャネルMOSトランジスタ14,16の保護のために設けられている。
【0031】
ノード20とパワーMOSトランジスタ5のゲート端子との間には,ゲート抵抗18が介設されている。ゲート抵抗18は,ゲート電流を適切に調節する役割を有する。
【0032】
PチャネルMOSトランジスタ12,NチャネルMOSトランジスタ14,及びNチャネルMOSトランジスタ16のゲート端子は,制御回路19に接続されている。制御回路19は,PチャネルMOSトランジスタ12,NチャネルMOSトランジスタ14,及びNチャネルMOSトランジスタ16のオンオフを制御する。
【0033】
図3は,パワーMOSトランジスタ5をオンからオフにするときのゲートドライバ6の動作を示すタイミングチャートである。初期状態(時刻t0)において,時刻t0では,PWM信号8はHigh電圧であり,PチャネルMOSトランジスタ12,NチャネルMOSトランジスタ14,NチャネルMOSトランジスタゲート16のそれぞれのゲート電圧(11bから見た電圧)VgQ1,VgQ2,VgQ3は,いずれもLow電圧である。この状態(t0)でのPチャンネルMOSトランジスタ12のゲート/ソース間電圧は負である。この状態では,PチャネルMOSトランジスタ12はオン,NチャネルMOSトランジスタ14,16はオフである。パワーMOSトランジスタ5のゲート電圧Vgは,電源電圧Vddであり,パワーMOSトランジスタ5はオンである。
【0034】
パワーMOSトランジスタ5をオンからオフにする動作は,PチャネルMOSトランジスタ12をオフにする動作で開始される(時刻t1)。制御回路19は,PWM信号8が0電圧になると,PチャネルMOSトランジスタ12のゲート電圧(11bから見た電圧)を電源電圧VddにプルアップしてPチャネルMOSトランジスタ12をオフにする。PチャネルMOSトランジスタ12がオフになることにより,パワーMOSトランジスタ5のゲート端子への電源電圧Vddの供給が停止される。但し,ゲート端子から電荷が流出する経路が実質的に存在しないため,パワーMOSトランジスタ5のゲート電圧Vgは,実質的に電源電圧Vddに維持される。
【0035】
続いて,制御回路19は,NチャネルMOSトランジスタ14,及びNチャネルMOSトランジスタ16の両方をオンにする(時刻t2)。NチャネルMOSトランジスタ14,16がオンされることにより,パワーMOSトランジスタ5のゲート端子からゲート電流Igが引き出される。ゲート電流Igが引き出されることは,図3では,負のゲート電流Igが流れることによって図示されている。ゲート電流Igが引き出されることにより,パワーMOSトランジスタ5のゲート電圧Vgは低下し始める。NチャネルMOSトランジスタ14及びNチャネルMOSトランジスタ16の両方のドライブ能力でゲート電圧Vgが引き下げられるため,ゲート電流Ig(の絶対値)は大きくなり,ゲート電圧Vgは速やかに減少される。これにより,パワーMOSトランジスタ5の遅延時間が短縮される。
【0036】
ゲート電圧Vgが減少されている間,パワーMOSトランジスタ5のドレイン/ソース間電圧VDSは,微少な変化率でしか上昇しない。従って,ゲート電圧Vgを速やかに減少させてもインバータ1の出力にはノイズは発生しにくい。ゲート電圧Vgが低下している間のドレイン/ソース間電圧VDSの変化は,時間tに対して実質的に線形であると近似できる。
【0037】
ゲート電圧VgがパワーMOSトランジスタ5の閾値電圧Vthに到達すると,ドレイン/ソース間電圧VDSは,急激に上昇し始める。ドレイン/ソース間電圧VDSの変化は,時間tに対して実質的に線形であると近似できる。一方,パワーMOSトランジスタ5のゲート容量が減少するため,ゲート電流Igが流れても,ゲート電圧Vgは閾値電圧Vthに維持される。ゲート電圧Vgは,パワーMOSトランジスタ5のドレイン/ソース間電圧VDSが電源電圧Vddに近づくまで閾値電圧Vthに維持される。
【0038】
このときのドレイン/ソース間電圧VDSの変化率は,ゲート電流Igに依存する。ゲート電圧Vgが閾値電圧Vthに維持される間のゲート電流Igが大きいと,ドレイン/ソース間電圧VDSの変化率が大きくなり,インバータ1の出力に高周波ノイズが発生しやすくなる。
【0039】
このため,制御回路19は,ゲート電圧VgがパワーMOSトランジスタ5の閾値電圧Vthに到達すると実質的に同時に,NチャネルMOSトランジスタ16をオフにする。(時刻t3)。NチャネルMOSトランジスタ14は,オンに保たる。NチャネルMOSトランジスタ14単独のドライブ能力でゲート電流IgがパワーMOSトランジスタ5のゲート端子から引き出される。これにより,ドレイン/ソース間電圧VDSが急速な変化率で上昇している間(即ち,ゲート電圧Vgが閾値電圧Vthに維持されている間)の,ゲート電流Igは小さく抑制され,ドレイン/ソース間電圧VDSの変化率は小さく抑えられる。ドレイン/ソース間電圧VDSの変化率が抑えられることにより,インバータ1の出力にノイズが発生しにくくなる。
【0040】
ドレイン/ソース間電圧VDSが,電源電圧Vddに近づくと,ゲート電圧Vgが閾値電圧VthからLow電圧に移行し始める(時刻t4)。ゲート電圧Vgが閾値電圧Vthから0に移行し始めるのと実質的に同時に,制御回路19は,NチャネルMOSトランジスタ16を再びオンにする。NチャネルMOSトランジスタ14及びNチャネルMOSトランジスタ16の両方のドライブ能力でゲート電圧Vgが引き下げられ,ゲート電圧Vgが速やかに0にプルダウンされる。この間では,パワーMOSトランジスタ5のドレイン/ソース間電圧VDSの変化率は小さいから,インバータ1の出力にはノイズは発生しにくい。この間のドレイン/ソース間電圧VDSの変化は,時間tに対して実質的に線形であると近似できる。
【0041】
以上の動作によってパワーMOSトランジスタ5をオフすることにより,パワーMOSトランジスタ5の遅延時間の増大を可能な限り抑制しながら,ターンオフのときにインバータ1の出力に発生する高周波ノイズを低減することが可能である。
【0042】
本実施の形態において,閾値電圧Vthから0に移行し始めてもNチャネルMOSトランジスタ16がオフのままに維持されることが可能である。このような動作は,制御回路19の動作が単純化される点で好適である。一方,パワーMOSトランジスタ5の遅延時間をより小さくする観点からは,閾値電圧Vthから0に移行し始める時にNチャネルMOSトランジスタ16はオンされることが好適である。
【0043】
更に,本実施の形態において,パワーMOSトランジスタ5のゲート端子の駆動は,PチャネルMOSトランジスタ12,及びNチャネルMOSトランジスタ14,16の代わりに,バイポーラトランジスタで実行されることが可能である。
尚、IGBTの駆動部はMOSFETと同様のゲート構造を有する。従って、本発明はIGBTにも適用可能である。また、上記MOSFETをIGBTと読み替えてもよい。
【0044】
【発明の効果】
本発明により,出力用スイッチング素子の遅延時間の増大を可能な限り抑制しながら,出力用スイッチング素子のターンオフのときに出力に発生する高周波ノイズを低減することが可能なインバータが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は,本発明によるインバータの実施の一形態を示す。
【図2】図2は,ゲートドライバ6の構成を示す。
【図3】図3は,ゲートドライバ6の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
1:インバータ
2:3相モータ
3a〜3c:電力線
4:直流電源
4a:電源線
4b:接地線
5(5a〜5f):パワーMOSトランジスタ
6(6a〜6f):ゲートドライバ
7:コントローラ
8(8a〜8f):PWM信号
11:直流電源
11a:電源線
11b:接地線
12:PチャネルMOSトランジスタ
13:調整抵抗
14:NチャネルMOSトランジスタ
15:調整抵抗
16:NチャネルMOSトランジスタ
17:調整抵抗
18:ゲート抵抗
19:制御回路
20:ノード[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an inverter. The present invention relates to a technique for reducing high-frequency noise of current and voltage output from an inverter.
[0002]
[Prior art]
Inverters are widely used as power sources for driving motors and other AC-operated electric devices. The inverter generates AC power by switching an output switching element connected to a DC power supply. Generally, MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) and IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) are used as output switching elements.
[0003]
Since the output switching element included in the inverter is switched at a high speed, the output of the inverter includes high-frequency noise. The high frequency noise is particularly large when the output switching element is turned off. High-frequency noise causes electromagnetic interference as exemplified by radio and television reception interference. Therefore, it is desirable that high-frequency noise be suppressed as much as possible.
[0004]
2. Description of the Related Art In order to reduce high-frequency noise, a technique is known in which a noise filter exemplified by a ferrite core is provided in an output wiring of an inverter. However, the use of a noise filter is not preferable because it increases the space required for installing the wiring and further increases the cost.
[0005]
Further, there is known a technique for reducing the switching speed of the output switching element (that is, the time required for the output switching element to transition between the ON state and the OFF state) in order to reduce high-frequency noise. Reducing the switching speed is performed by increasing the gate resistance of a MOSFET or IGBT used as an output switching element. However, reducing the switching speed is not preferable because the delay time of the output switching element of the inverter is increased and the efficiency of the inverter is reduced.
[0006]
Still another technique for reducing high-frequency noise is disclosed in Non-Patent Document 1. The technique disclosed in Non-Patent Document 1 reduces high-frequency noise by suppressing the time change dv / dt of the output voltage of the inverter. In the known technique, the gate current of the output IGBT is actively controlled by a gate current control circuit to be large, small, large. The period during which the gate current is small coincides with the period during which the collector voltage rises, thereby reducing dv / dt.
[0007]
It is desired to reduce high-frequency noise generated at the output of the inverter when the output switching element is turned off, while suppressing an increase in the delay time of the output switching element as much as possible.
[0008]
[Non-patent document 1]
Masahiro Nagasu et al., "Soft Gate Driver with High-Speed Short-Circuit Protection Function", Proceedings of Railway Sipane Symposium, 2000, vol. 37th, p. 158-161.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an inverter capable of reducing high-frequency noise generated at the output when the output switching element is turned off, while suppressing an increase in the delay time of the output switching element as much as possible. It is in.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Hereinafter, means for solving the problem will be described using numbers and symbols used in [Embodiments of the invention]. These numbers and symbols are added to clarify the correspondence between the description in [Claims] and the description in [Embodiment of the Invention]. However, the added numbers and symbols shall not be used for interpreting the technical scope of the invention described in [Claims].
[0011]
The inverter (1) according to the present invention includes an output MISFET (5) connected to a load (2), and a gate driver (6) for applying a gate voltage to a gate terminal of the output MISFET (5). When the gate driver (6) changes the gate voltage of the output MISFET (5) from the power supply voltage VCC to 0,
(A) extracting a gate current from the gate terminal of the output MISFET (5) with the first drive capability;
(B) after the step (a), the step of extracting a gate current from the gate terminal with the second drive capability smaller than the first drive capability. The time when the gate driver (6) starts executing the step (b) is substantially the same as the time when the gate voltage of the output MISFET (5) becomes the threshold voltage of the output MISFET (5). Thus, the gate voltage of the output MISFET (5) is quickly pulled down, and the rate of change of the drain-source voltage of the output MISFET (5) is suppressed. Accordingly, it is possible to reduce high-frequency noise generated at the output when the output switching element is turned off, while suppressing an increase in the delay time of the output switching element as much as possible.
[0012]
An inverter (1) according to the present invention includes an output MISFET connected to a load (2), and a gate driver (6) for applying a gate voltage to a gate terminal of the output MISFET (5). When the gate driver (6) changes the gate voltage of the output MISFET (5) from the power supply voltage VCC to 0,
(A) extracting a gate current from the gate terminal of the output MISFET (5) with the first drive capability;
(B) after the step (a), the step of extracting a gate current from the gate terminal with the second drive capability smaller than the first drive capability. At the time when the gate driver (6) starts executing the step (b), the rate of change of the drain-source voltage of the output MISFET (5) is higher than the first rate of change by the second rate of change. Is set to be substantially the same as the switching time. Thus, the gate voltage of the output MISFET (5) is quickly pulled down, and the rate of change of the drain-source voltage of the output MISFET (5) is suppressed. Accordingly, it is possible to reduce high-frequency noise generated at the output when the output switching element is turned off, while suppressing an increase in the delay time of the output switching element as much as possible.
[0013]
The gate driver (6) further includes
After the steps (c) and (b), it is preferable to execute a step of extracting the gate current from the gate terminal of the output MISFET (5) with the third drive capability larger than the second drive capability.
[0014]
In this case, the time when the gate driver (6) starts executing the step (c) is preferably substantially the same as the time when the gate voltage of the output MISFET (5) starts to transition from the threshold voltage to 0. It is.
[0015]
Further, at the time when the gate driver (6) starts executing the step (c), the change rate of the drain-source voltage of the output MISFET (5) is smaller than the second change rate by the third change rate. It is preferable that the time is substantially the same as the time of switching to the change rate.
[0016]
It should be noted that the first drive capability and the third drive capability may be different and may even be the same.
[0017]
An inverter according to the present invention comprises an output MISFET (5) connected to a load (2), a ground terminal (11b), a power terminal (11a) having a power supply voltage VCC with respect to the ground terminal (11b), and an output terminal. A power supply side switching element (12) interposed between the gate terminal of the MISFET (5) and the power supply terminal (11a), and an interposition between the gate terminal of the output MISFET (5) and the ground terminal (11b). A first ground-side switching element (14), a second ground-side switching element (16) interposed between the gate terminal of the output MISFET (5) and the ground terminal (11b), and a power-source-side switching element. (12), a control circuit (19) for controlling the first ground-side switching element (14) and the second ground-side switching element (16). When the control circuit (19) turns off the output MISFET (5),
(D) turning off the power supply side switching element (12);
(E) after the step (d), turning on the first ground-side switching element (14) and the second ground-side switching element (16);
(F) after step (e), turning off the second ground-side switching element (16). The time when the control circuit (19) turns off the second ground-side switching element (16) is substantially the same as the time when the gate voltage of the output MISFET (5) becomes the threshold voltage of the output MISFET (5). Thus, the gate voltage of the output MISFET (5) is quickly pulled down, and the rate of change of the drain-source voltage of the output MISFET (5) is suppressed. Accordingly, it is possible to reduce high-frequency noise generated at the output when the output switching element is turned off, while suppressing an increase in the delay time of the output switching element as much as possible.
[0018]
An inverter according to the present invention comprises an output MISFET (5) connected to a load (2), a ground terminal (11b), a power terminal (11a) having a power supply voltage VCC with respect to the ground terminal (11b), and an output terminal. A power supply side switching element (12) interposed between the gate terminal of the MISFET (5) and the power supply terminal (11a), and an interposition between the gate terminal of the output MISFET (5) and the ground terminal (11b). A first ground-side switching element (14), a second ground-side switching element (16) interposed between the gate terminal of the output MISFET (5) and the ground terminal (11b), and a power-source-side switching element. (12), a control circuit (19) for controlling the first ground-side switching element (14) and the second ground-side switching element (16). When the control circuit (19) turns off the output MISFET (5),
(D) turning off the power supply side switching element (12);
(E) after the step (d), turning on the first ground-side switching element (14) and the second ground-side switching element (16);
(F) after step (e), turning off the second ground-side switching element (16). At the time when the control circuit (19) turns off the second ground-side switching element (16), the second rate of change of the drain-source voltage of the output MISFET (5) is larger than the first rate of change from the first rate of change. The time is substantially the same as the time when the change rate is changed. Thus, the gate voltage of the output MISFET (5) is quickly pulled down, and the rate of change of the drain-source voltage of the output MISFET (5) is suppressed. Accordingly, it is possible to reduce high-frequency noise generated at the output when the output switching element is turned off, while suppressing an increase in the delay time of the output switching element as much as possible.
[0019]
The control circuit (19) further comprises:
After the steps (g) and (f), it is preferable to execute a step of turning on the second ground-side switching element (16).
[0020]
In this case, the time when the control circuit (19) turns on the second ground-side switching element (16) in step (g) is substantially the time when the gate voltage of the output MISFET (5) starts to shift from the threshold voltage to 0. It is preferred that they be simultaneously simultaneous.
[0021]
When the control circuit (19) turns on the second ground-side switching element (16) in the step (g), the rate of change of the drain-source voltage of the output MISFET (5) is the second rate from the second rate of change. It is preferable that the time is substantially the same as the time of switching to the third change rate smaller than the change rate.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In one embodiment of the inverter according to the present invention, as shown in FIG. 1, an inverter 1 is provided together with a three-phase motor 2. Inverter 1 supplies three-phase power to armature windings of three-phase motor 2 via
[0023]
The inverter 1 includes a
[0024]
The
[0025]
The gate terminals of the
[0026]
The
[0027]
FIG. 2 shows the configuration of the
[0028]
The
[0029]
P-
[0030]
An N-
[0031]
A
[0032]
Gate terminals of the P-
[0033]
FIG. 3 is a timing chart showing the operation of the
[0034]
The operation of turning off the
[0035]
Subsequently, the
[0036]
While the gate voltage Vg is decreased, the drain / source voltage V DS of the
[0037]
When the gate voltage Vg reaches the threshold voltage Vth of the
[0038]
Rate of change of the drain / source voltage V DS at this time is dependent on the gate current Ig. When the gate current Ig between the gate voltage Vg is maintained at the threshold voltage Vth is large, the rate of change of the drain / source voltage V DS increases, the high frequency noise is likely to occur in the output of the inverter 1.
[0039]
Therefore, the
[0040]
Drain / source voltage V DS approaches the power supply voltage V dd, the gate voltage Vg begins to transition to a Low voltage from the threshold voltage Vth (time t 4). At substantially the same time that the gate voltage Vg starts to shift from the threshold voltage Vth to 0, the
[0041]
By turning off the
[0042]
In the present embodiment, even when the transition from the threshold voltage Vth to 0 starts, the N-
[0043]
Further, in the present embodiment, the driving of the gate terminal of the
The drive unit of the IGBT has the same gate structure as the MOSFET. Therefore, the present invention is also applicable to IGBTs. Further, the above MOSFET may be read as IGBT.
[0044]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is provided an inverter capable of reducing high-frequency noise generated at an output when the output switching element is turned off, while suppressing an increase in delay time of the output switching element as much as possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an embodiment of an inverter according to the present invention.
FIG. 2 shows a configuration of a
FIG. 3 is a timing chart showing the operation of the
[Explanation of symbols]
1: Inverter 2: Three-
Claims (15)
前記出力MISFETのゲート端子にゲート電圧を印加するゲートドライバとを備え,
前記ゲートドライバは,前記ゲート電圧を電源電圧VCCから0にするとき,
(a)第1ドライブ能力でゲート電流を前記ゲート端子から引き出すステップと,
(b)前記(a)ステップの後,前記第1ドライブ能力よりも小さい第2ドライブ能力で前記ゲート電流を前記ゲート端子から引き出すステップ
とを実行し,
前記ゲートドライバが前記(b)ステップの実行を開始する時刻は,前記出力MISFETの前記ゲート電圧が,前記出力MISFETの閾値電圧になる時刻と実質的に同時である
インバータ。An output MISFET connected to the load,
A gate driver for applying a gate voltage to a gate terminal of the output MISFET;
When the gate driver changes the gate voltage from the power supply voltage VCC to 0,
(A) extracting a gate current from the gate terminal with a first drive capability;
(B) after the step (a), extracting the gate current from the gate terminal with a second drive ability smaller than the first drive ability;
An inverter in which the time when the gate driver starts executing the step (b) is substantially the same as the time when the gate voltage of the output MISFET becomes the threshold voltage of the output MISFET.
前記出力MISFETのゲート端子にゲート電圧を印加するゲートドライバとを備え,
前記ゲートドライバは,前記ゲート電圧を電源電圧VCCから0にするとき,
(a)第1ドライブ能力でゲート電流を前記ゲート端子から引き出すステップと,
(b)前記(a)ステップの後,前記第1ドライブ能力よりも小さい第2ドライブ能力で前記ゲート電流を前記ゲート端子から引き出すステップ
とを実行し,
前記ゲートドライバが前記(b)ステップの実行を開始する時刻は,前記出力MISFETのドレイン/ソース間電圧の変化率が,第1変化率から前記第1変化率より大きい第2変化率に切り替わる時刻と実質的に同一である
インバータ。An output MISFET connected to the load,
A gate driver for applying a gate voltage to a gate terminal of the output MISFET;
When the gate driver changes the gate voltage from the power supply voltage VCC to 0,
(A) extracting a gate current from the gate terminal with a first drive capability;
(B) after the step (a), extracting the gate current from the gate terminal with a second drive ability smaller than the first drive ability;
The time when the gate driver starts executing the step (b) is the time when the change rate of the drain-source voltage of the output MISFET switches from the first change rate to the second change rate larger than the first change rate. And an inverter that is substantially the same.
(c)前記(b)ステップの後,前記第2ドライブ能力よりも大きい第3ドライブ能力でゲート電流を前記ゲート端子から引き出すステップ
を実行する
請求項1又は請求項2に記載のインバータ。3. The gate driver according to claim 1, wherein the gate driver further executes a step of (c) extracting a gate current from the gate terminal with a third drive capability greater than the second drive capability after the step (b). 4. Inverter as described.
請求項3に記載のインバータ。4. The inverter according to claim 3, wherein the time when the gate driver starts executing the step (c) is substantially the same as the time when the gate voltage of the output MISFET starts to transition from the threshold voltage to 0. .
請求項3に記載のインバータ。At the time when the gate driver starts executing the step (c), the change rate of the drain-source voltage of the output MISFET is changed from the second change rate to a third change rate smaller than the second change rate. 4. The inverter according to claim 3, wherein the switching time is substantially the same as the switching time.
請求項3に記載のインバータ。The inverter according to claim 3, wherein the first drive capability and the third drive capability are the same.
接地端子と,
前記接地端子を基準として電源電圧VCCを有する電源端子と,
前記出力MISFETのゲート端子と,前記電源端子との間に介設された電源側スイッチング素子と,
前記ゲート端子と,前記接地端子との間に介設された第1接地側スイッチング素子と,
前記ゲート端子と,前記接地端子との間に介設された第2接地側スイッチング素子と,
前記電源側スイッチング素子,前記第1接地側スイッチング素子,及び前記第2接地側スイッチング素子を制御する制御回路
とを備え,
前記制御回路は,前記出力MISFETをターンオフするとき,
(d)前記電源側スイッチング素子をターンオフするステップと,
(e)前記(d)ステップの後,前記第1接地側スイッチング素子と前記第2接地側スイッチング素子とをターンオンするステップと,
(f)前記(e)ステップの後,前記第2接地側スイッチング素子をターンオフするステップ
とを実行し,
前記制御回路が前記第2接地側スイッチング素子をターンオフする時刻は,前記出力MISFETの前記ゲート電圧が,前記出力MISFETの閾値電圧になる時刻と実質的に同一である
インバータ。An output MISFET connected to the load,
A ground terminal,
A power terminal having a power voltage V CC with respect to the ground terminal;
A power supply side switching element interposed between the gate terminal of the output MISFET and the power supply terminal;
A first ground-side switching element interposed between the gate terminal and the ground terminal;
A second ground-side switching element interposed between the gate terminal and the ground terminal;
A control circuit for controlling the power supply side switching element, the first ground side switching element, and the second ground side switching element;
When the control circuit turns off the output MISFET,
(D) turning off the power supply side switching element;
(E) turning on the first ground-side switching element and the second ground-side switching element after the step (d);
(F) after the step (e), turning off the second ground-side switching element.
An inverter in which a time at which the control circuit turns off the second ground-side switching element is substantially the same as a time at which the gate voltage of the output MISFET becomes a threshold voltage of the output MISFET.
接地端子と,
前記接地端子を基準として電源電圧VCCを有する電源端子と,
前記出力MISFETのゲート端子と,前記電源端子との間に介設された電源側スイッチング素子と,
前記ゲート端子と,前記接地端子との間に介設された第1接地側スイッチング素子と,
前記ゲート端子と,前記接地端子との間に介設された第2接地側スイッチング素子と,
前記電源側スイッチング素子,前記第1接地側スイッチング素子,及び前記第2接地側スイッチング素子を制御する制御回路
とを備え,
前記制御回路は,前記出力MISFETをターンオフするとき,
(d)前記電源側スイッチング素子をターンオフするステップと,
(e)前記(d)ステップの後,前記第1接地側スイッチング素子と前記第2接地側スイッチング素子とをターンオンするステップと,
(f)前記(e)ステップの後,前記第2接地側スイッチング素子をターンオフするステップ
とを実行し,
前記制御回路が前記第2接地側スイッチング素子をターンオフする時刻は,前記出力MISFETのドレイン/ソース間電圧の変化率が,第1変化率から前記第1変化率より大きい第2変化率に切り替わる時刻に実質的に一致する
インバータ。An output MISFET connected to the load,
A ground terminal,
A power terminal having a power voltage V CC with respect to the ground terminal;
A power supply side switching element interposed between the gate terminal of the output MISFET and the power supply terminal;
A first ground-side switching element interposed between the gate terminal and the ground terminal;
A second ground-side switching element interposed between the gate terminal and the ground terminal;
A control circuit for controlling the power supply side switching element, the first ground side switching element, and the second ground side switching element;
When the control circuit turns off the output MISFET,
(D) turning off the power supply side switching element;
(E) turning on the first ground-side switching element and the second ground-side switching element after the step (d);
(F) after the step (e), turning off the second ground-side switching element.
The time when the control circuit turns off the second ground-side switching element is the time when the rate of change of the drain-source voltage of the output MISFET switches from the first rate of change to a second rate of change that is greater than the first rate of change. An inverter that substantially matches.
(g)前記(f)ステップの後,前記第2接地側スイッチング素子をターンオンするステップ
を実行する
請求項7又は請求項8に記載のインバータ。The control circuit further comprises:
9. The inverter according to claim 7, wherein after the step (f), the step of turning on the second switching element is performed.
請求項9に記載のインバータ。The time when the control circuit turns on the second ground-side switching element in the step (g) substantially coincides with the time when the gate voltage of the output MISFET starts to shift from the threshold voltage to zero. An inverter according to claim 9.
請求項9に記載のインバータ。When the control circuit turns on the second ground-side switching element in the step (g), the change rate of the drain-source voltage of the output MISFET is smaller than the second change rate from the second change rate. The inverter according to claim 9, wherein the time is substantially the same as the time when the switching to the third rate of change is performed.
前記(h)ステップは,
(h1)第1ドライブ能力でゲート電流を出力MISFETのゲート端子から引き出して前記出力MISFETのゲート電圧をステップと,
(h2)前記(h1)ステップの後,前記第1ドライブ能力よりも小さい第2ドライブ能力で前記ゲート電流を前記ゲート端子から引き出すステップ
とを含み,
前記(h2)ステップの実行が開始される時刻は,前記出力MISFETの前記ゲート電圧が,前記出力MISFETの閾値電圧になる時刻と実質的に同時である
インバータの動作方法。(H) changing the gate voltage of the output MISFET connected to the load from the power supply voltage VCC to 0,
The step (h) includes:
(H1) drawing a gate current from the gate terminal of the output MISFET with the first drive capability and stepping the gate voltage of the output MISFET;
(H2) after the step (h1), extracting the gate current from the gate terminal with a second drive capability smaller than the first drive capability.
The method of operating an inverter, wherein the time when the execution of the step (h2) is started is substantially the same as the time when the gate voltage of the output MISFET becomes the threshold voltage of the output MISFET.
前記(h)ステップは,
(h1)第1ドライブ能力でゲート電流を出力MISFETのゲート端子から引き出して前記出力MISFETのゲート電圧をステップと,
(h2)前記(h1)ステップの後,前記第1ドライブ能力よりも小さい第2ドライブ能力で前記ゲート電流を前記ゲート端子から引き出すステップ
とを含み,
前記(h2)ステップの実行が開始される時刻は,前記出力MISFETのドレイン/ソース間電圧の変化率が,第1変化率から前記第1変化率より大きい第2変化率に切り替わる時刻と実質的に同一である
インバータの動作方法。(H) changing the gate voltage of the output MISFET connected to the load from the power supply voltage VCC to 0,
The step (h) includes:
(H1) drawing a gate current from the gate terminal of the output MISFET with the first drive capability and stepping the gate voltage of the output MISFET;
(H2) after the step (h1), extracting the gate current from the gate terminal with a second drive capability smaller than the first drive capability.
The time when the execution of the step (h2) is started is substantially the same as the time when the change rate of the drain-source voltage of the output MISFET switches from the first change rate to the second change rate larger than the first change rate. Inverter operation method that is the same as
接地端子と,
前記接地端子を基準として電源電圧VCCを有する電源端子と,
前記出力MISFETのゲート端子と,前記電源端子との間に介設された電源側スイッチング素子と,
前記ゲート端子と,前記接地端子との間に介設された第1接地側スイッチング素子と,
前記ゲート端子と,前記接地端子との間に介設された第2接地側スイッチング素子と,
とを備えたインバータの動作方法であって,
(i)前記電源側スイッチング素子をターンオフするステップと,
(j)前記(i)ステップの後,前記第1接地側スイッチング素子と前記第2接地側スイッチング素子とをターンオンするステップと,
(k)前記(j)ステップの後,前記第2接地側スイッチング素子をターンオフするステップ
とを備え,
前記第2接地側スイッチング素子をターンオフされる時刻は,前記出力MISFETの前記ゲート電圧が,前記出力MISFETの閾値電圧になる時刻と実質的に同一である
インバータの動作方法。An output MISFET connected to the load,
A ground terminal,
A power terminal having a power voltage V CC with respect to the ground terminal;
A power supply side switching element interposed between the gate terminal of the output MISFET and the power supply terminal;
A first ground-side switching element interposed between the gate terminal and the ground terminal;
A second ground-side switching element interposed between the gate terminal and the ground terminal;
An operation method of an inverter having:
(I) turning off the power supply side switching element;
(J) turning on the first ground-side switching element and the second ground-side switching element after the step (i);
(K) after the step (j), turning off the second ground-side switching element;
The method of operating an inverter, wherein a time at which the second ground-side switching element is turned off is substantially the same as a time at which the gate voltage of the output MISFET becomes a threshold voltage of the output MISFET.
接地端子と,
前記接地端子を基準として電源電圧VCCを有する電源端子と,
前記出力MISFETのゲート端子と,前記電源端子との間に介設された電源側スイッチング素子と,
前記ゲート端子と,前記接地端子との間に介設された第1接地側スイッチング素子と,
前記ゲート端子と,前記接地端子との間に介設された第2接地側スイッチング素子と,
とを備えたインバータの動作方法であって,
(i)前記電源側スイッチング素子をターンオフするステップと,
(j)前記(i)ステップの後,前記第1接地側スイッチング素子と前記第2接地側スイッチング素子とをターンオンするステップと,
(k)前記(j)ステップの後,前記第2接地側スイッチング素子をターンオフするステップ
とを備え,
前記第2接地側スイッチング素子がターンオフされる時刻は,前記出力MISFETのドレイン/ソース間電圧の変化率が,第1変化率から前記第1変化率より大きい第2変化率に切り替わる時刻に実質的に一致する
インバータの動作方法。An output MISFET connected to the load,
A ground terminal,
A power terminal having a power voltage V CC with respect to the ground terminal;
A power supply side switching element interposed between the gate terminal of the output MISFET and the power supply terminal;
A first ground-side switching element interposed between the gate terminal and the ground terminal;
A second ground-side switching element interposed between the gate terminal and the ground terminal;
An operation method of an inverter having:
(I) turning off the power supply side switching element;
(J) turning on the first ground-side switching element and the second ground-side switching element after the step (i);
(K) after the step (j), turning off the second ground-side switching element;
The time at which the second ground-side switching element is turned off is substantially the time at which the rate of change of the drain-source voltage of the output MISFET switches from the first rate of change to a second rate of change greater than the first rate of change. Inverter operation method that matches.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060110 |