JP2005006467A

JP2005006467A - 半導体装置のゲート駆動回路

Info

Publication number: JP2005006467A
Application number: JP2003169772A
Authority: JP
Inventors: Shigetada Goto; 茂忠後藤; Takakimi Asai; 孝公浅井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】半導体装置のゲート駆動電圧を安定化することが可能なゲート駆動回路を得る。
【解決手段】ゲート駆動ＩＣ４の電源端子４ａとバッテリ１との間に、昇圧電源回路１１を接続配置する。バッテリ１の電圧が低下した場合に、昇圧電源回路１１にて設定値まで昇圧させ、その出力電圧をゲート駆動ＩＣ４側に供給することで、ゲート駆動電圧を安定して確保する。そして、昇圧電源回路とゲート駆動ＩＣ側に設けられた電源端子の間に配置接続された第一のダイオード、ゲート駆動ＩＣとバッテリの間に配置接続された第二のダイオードを備え、電源端子に、第一のダイオードまたは第二のダイオードを介して電圧を供給できるように構成した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置のゲートを駆動させるためのゲート駆動回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来では、半導体装置のゲート駆動回路に供給されるゲート駆動電圧は、バッテリの電圧に依存するように構成されていた。（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】
半導体メーカｉｎｆｉｎｅｏｎ発行のデータシート（商品カタログ）、番号Ｑ６７００７−Ａ９４０６。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体装置のゲート駆動電圧は、バッテリの電圧に依存するため、バッテリの電圧が低下すると、ゲート駆動電圧もバッテリの電圧に比例して低下する。従って、半導体装置のスイッチング時間が長くなり、損失が増大する、また、耐ノイズ性も低下し、誤動作が発生し易くなるという問題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、安定した電圧をゲート駆動ＩＣ側に供給し、ゲート駆動電圧を安定して確保することが可能な半導体装置のゲート駆動回路を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる半導体装置のゲート駆動回路は、電源電圧を供給するバッテリ、半導体装置のゲートを駆動させるゲート駆動ＩＣ、上記ゲート駆動ＩＣ側に設けられた電源端子、上記電源端子と上記バッテリとの間に接続配置され、上記電源電圧を入力し、上記ゲート駆動ＩＣ側に設定値以上の出力電圧を供給する昇圧電源回路を備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について、図１を用いて説明する。図１は、半導体装置のゲート駆動回路を示すブロック図である。図１に示すように、このゲート駆動回路を構成するバッテリ１とゲート駆動ＩＣ４との間には、昇圧電源回路１１が接続配置されており、この昇圧電源回路１１は、入力電圧となるバッテリ１の電源電圧が設定値よりも低い場合には設定値まで昇圧させて、設定値よりも高い場合にはそのままの電圧を出力電圧としてゲート駆動ＩＣ４側に供給しており、常に設定値以上の電圧を供給している。
この回路においてバッテリ１は電源電圧を供給するものであり、ゲート駆動ＩＣ４に対してゲート信号を出力するマイクロコンピュータ２には、レギュレータ３によってバッテリ１の出力電圧（電源電圧。）を５Ｖに変換した電圧が供給される。
【０００８】
ゲート駆動ＩＣ４では、マイクロコンピュータ２からのゲート信号を受け、バッテリ１から昇圧電源回路１１を経て入力される電圧が、半導体装置のゲート駆動に必要な電圧に増幅して出力される。ゲート駆動ＩＣ４は、チャージポンプ回路５ａ、ハイサイド側半導体装置８を駆動させるためのハイサイド駆動回路６ａ、ローサイド側半導体装置９を駆動させるためのローサイド駆動回路７ａによって主に構成されている。
【０００９】
また、ゲート駆動ＩＣ４は、バッテリ１からの出力電圧（電源電圧。）を、ゲート駆動ＩＣ側電源端子（以下、単に電源端子とする。）４ａから入力する。また、ゲート駆動ＩＣ４には、チャージポンプ用コンデンサ５、ハイサイド側半導体装置８のゲート駆動電圧の供給源となるハイサイド側ブートストラップコンデンサ６、ローサイド側半導体装置９のゲート駆動電圧の供給源となるローサイド側ブートストラップコンデンサ７が接続配置されている。さらに、ローサイド側半導体装置９のＧＮＤ電位を安定化させるために抵抗１０が接続配置されている。
【００１０】
昇圧電源回路１１は、入力電圧が変動した場合においても、出力電圧は設定した値（設定値、または出力電圧設定値。）の電圧を供給するように動作するものであり、バッテリ１の電圧が変動した場合においても、ゲート駆動ＩＣ４に安定した電圧を供給できる。ここで言う入力電圧の変動とは、入力電圧が必要となる電圧よりも低下することであり、昇圧電源回路１１では出力電圧を設定値まで昇圧して出力するように動作する。入力電圧が設定値よりも高い場合には、昇圧電源回路１１としての動作はせず、その電圧をバイパスさせて出力する。なお、昇圧電源回路１１は一般的な回路であるため、詳細な内部構成の説明は省略する。
【００１１】
次に、この半導体装置のゲート駆動回路の動作について説明する。
ハイサイド側半導体装置８、ローサイド側半導体装置９のゲート駆動電圧は、バッテリ１から昇圧電源回路１１を介して、ゲート駆動ＩＣに供給され、チャージポンプ回路５ａを介して、一旦チャージポンプ用コンデンサ５に蓄えられる。ハイサイド側ブートストラップコンデンサ６は、ローサイド側半導体装置９がＯＮした時に、チャージポンプ用コンデンサ５に蓄えられた電圧が充電され、その電圧がハイサイド側半導体装置８のゲート駆動用電源（ゲート駆動電圧。）となる。
【００１２】
ローサイド側ブートストラップコンデンサ７は、抵抗１０を介してＧＮＤと接続されているため、常に充電できる状態になっており、チャージポンプ用コンデンサ５に蓄えられた電圧が充電され、その電圧がローサイド側半導体装置９のゲート駆動用電源（ゲート駆動電圧。）となる。
【００１３】
昇圧電源回路１１が安定した出力電圧を供給することについては既に述べた通りであり、例えば、出力電圧を１０Ｖと設定した場合、入力電圧が６〜８Ｖと低下しても、出力電圧は１０Ｖを供給するように動作する。
図２に、昇圧電源回路１１の入出力特性の一例を示す。図２に示すように、出力電圧設定値を１４Ｖとした場合、入力電圧が６〜１３Ｖと変動しても、出力電圧は約１４Ｖと常に安定した出力となる。
【００１４】
このように、バッテリ１とゲート駆動ＩＣ４の電源端子４ａの間に、昇圧電源回路１１を挿入していることにより、ゲート駆動ＩＣ４の電源端子４ａには、昇圧電源回路１１を介して出力される安定した電圧が供給され、これに伴ってゲート駆動電圧を安定供給することができる。
【００１５】
半導体装置は、ゲート駆動電圧が高いほど確実にＯＮし、ゲート駆動電圧が低いとノイズの影響を受け易くなる傾向があるが、上述したように、昇圧電源回路１１を挿入することで、必要となるゲート駆動電圧を確保できるため、ＯＮしている半導体装置がＯＦＦへ誤動作することのない、耐ノイズ性に強いゲート駆動回路を得ることができる。また、ゲート駆動電圧を安定して確保できるため、半導体装置のスイッチングに時間を要することがなく、スイッチング損失の増大を防ぐことが可能である。
【００１６】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２による半導体装置のゲート駆動回路を示すブロック図である。上述の実施の形態１で示した構成に加え、この実施の形態２では、昇圧電源回路１１とゲート駆動ＩＣ４の電源端子４ａの間にダイオード１２（第一のダイオード。）を接続配置し、ゲート駆動ＩＣ４とバッテリ１の間にダイオード１３（第二のダイオード。）を接続配置した構成となっており、電源端子４ａに、ダイオード１２またはダイオード１３を介して、バッテリ１の出力電圧（電源電圧。）と、昇圧電源回路１１の出力電圧のいずれかを選択的に供給できるように構成している。
【００１７】
ダイオード１２は、逆流防止用ダイオードで、バッテリ１の出力電圧が昇圧電源回路１１の出力電圧（出力電圧設定値と同じ値。）よりも高い場合、昇圧電源回路１１への電流を防止するためのものである。また、ダイオード１３も、逆流防止用ダイオードで、昇圧電源回路１１の出力電圧がバッテリ１の出力電圧より高い場合、バッテリ１への電流を防止するためのものである。
バッテリ１の出力電圧が昇圧電源回路１１の設定値より高い場合は、昇圧電源回路１１を介さずに、ダイオード１３にてバイパスさせることにより、バッテリ１の出力電圧がゲート駆動ＩＣ４の電源端子４ａに供給される。
【００１８】
上記のようなゲート駆動回路を用いることで、バッテリ１の出力電圧が正常（必要となる電圧値以上の値。）である場合には、バッテリ１からダイオード１３を介して、ゲート駆動ＩＣ４側の電源端子４ａに電圧を供給し、また、バッテリ１の出力電圧が昇圧電源回路１１の出力電圧より低くなった場合には、昇圧電源回路１１の出力電圧をダイオード１２を介して、ゲート駆動ＩＣ４の電源端子４ａに供給することができる。
【００１９】
バッテリ１の電圧は通常１２Ｖであるので、その場合においては、昇圧電源回路１１の出力電圧設定値は約１０Ｖに設定して用いる。
なお、ダイオード１２とダイオード１３は、同じものを用いることができ、具体的には、サンケン電気のＭＩ１Ａ３（ショットキバリアダイオード、３０Ｖ、１Ａ。）を用いることができる。
【００２０】
このように、ゲート駆動ＩＣ４側へ、通常時にはバッテリ１から電源を供給し、何らかの原因によりバッテリ１の電圧が昇圧電源回路１１の出力電圧より低くなった場合のみ、昇圧電源回路１１を動作させるように構成することで、半導体装置のゲート駆動回路全体としての消費電力を低減でき、経済的である。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、この発明の半導体装置のゲート駆動回路によれば、電源電圧を供給するバッテリ、半導体装置のゲートを駆動させるゲート駆動ＩＣ、上記ゲート駆動ＩＣ側に設けられた電源端子、上記電源端子と上記バッテリとの間に接続配置され、上記電源電圧を入力し、上記ゲート駆動ＩＣ側に設定値以上の出力電圧を供給する昇圧電源回路を備えたため、ゲート駆動ＩＣの電源として、常に一定以上の電圧を供給することができ、スイッチング損失の増加を防ぎ、耐ノイズ性に強いゲート駆動回路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による半導体装置のゲート駆動回路を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１による、昇圧電源回路の入出力特性を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２による半導体装置のゲート駆動回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
１バッテリ２マイクロコンピュータ
３レギュレータ４ゲート駆動ＩＣ
４ａゲート駆動ＩＣ側電源端子
５チャージポンプ用コンデンサ５ａチャージポンプ回路
６ハイサイド側ブートストラップコンデンサ
６ａハイサイド駆動回路
７ローサイド側ブートストラップコンデンサ
７ａローサイド駆動回路
８ハイサイド側半導体装置９ローサイド側半導体装置
１０抵抗１１昇圧電源回路
１２、１３ダイオード。

Claims

電源電圧を供給するバッテリ、半導体装置のゲートを駆動させるゲート駆動ＩＣ、上記ゲート駆動ＩＣ側に設けられた電源端子、上記電源端子と上記バッテリとの間に接続配置され、上記電源電圧を入力し、上記ゲート駆動ＩＣ側に設定値以上の出力電圧を供給する昇圧電源回路を備えた半導体装置のゲート駆動回路。
上記昇圧電源回路と上記ゲート駆動ＩＣ側に設けられた上記電源端子の間に配置接続された第一のダイオード、上記ゲート駆動ＩＣと上記バッテリの間に配置接続された第二のダイオードを備え、上記電源端子に、上記第一のダイオードまたは第二のダイオードを介して電圧を供給できるように構成したことを特徴とする請求項１記載の半導体装置のゲート駆動回路。