JP2007288856A - ゲートドライバおよびそのゲートドライバを含むモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直列接続されたパワートランジスタの導通・遮断の電流を抑制し、同時導通防止を施したゲートドライバおよびこれを含むモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】パワートランジスタ１と２を導通させる電流源１１・２１と遮断させる電流源１２・２２とを少なくとも備え、電流源１２はパワートランジスタ１を導通から遮断に切替える際、第３電流値を出力し、遮断状態に切替った後はその状態を保持する第４電流値を出力し、第３電流値は第４電流値に比べて大きな値の電流値であり、パワートランジスタ２を遮断から導通に切替える際、電流源１２に第３電流値を出力させる。これにより、パワートランジスタ１のゲート電極の電位上昇を防止し、パワートランジスタ１を遮断から導通に切替える際に、パワートランジスタ２のゲート電極電位を接地電位レベルに保ち、そのゲート電極の電位上昇を防止するように構成したゲートドライバ及びこれを含むモータ駆動装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、酸化膜絶縁されたゲート電極を有するＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどのパワートランジスタのゲート電極を駆動するのに好適なゲートドライバに関する。

また、本発明は、紙送りモータやスキャナーモータなどを駆動系に搭載したプリンタや複写機、あるいはスピンドルモータやヘッドアクチュエータなどを駆動系に搭載した光メディア機器やハードディスク機器などの情報機器、また送風ファンモータや圧縮機モータを搭載した空調機器や冷蔵庫、空気清浄機、燃焼用ファンモータを搭載した給湯機、洗濯槽駆動モータを搭載した洗濯機、ブロワモータを搭載した掃除機などの家電機器、あるいは部品実装機や産業用ロボット、汎用インバータなどのＦＡ機器並びに産業機器に使用されるブラシレスＤＣモータをはじめ、誘導モータやリラクタンスモータ、ステッピングモータなどを駆動するのに好適なモータ駆動装置に提供する。

近年、プリンタや複写機あるいは光メディア機器やハードディスク機器などの情報機器に使用されるモータは、機器の高速化および小型化、ポータブル化の進展に伴い、これに搭載されるモータには、より高出力で小型であると同時に省電力であることが強く望まれるようになってきている。

また空調機器や給湯機、冷蔵庫や洗濯機などの家電機器などに使用されるモータは、ＡＣインダクションモータからより高効率で省電力化が可能なブラシレスＤＣモータに移行しつつある。

産業用途の分野では、従来は単なる動力源であったモータが、可変速、高効率を求められ、インバータ駆動化、ブラシレスモータ化が進みつつある。

ＦＡの分野では、ロボット、実装機の駆動などにサーボモータが使われており、高精度の可変速・位置決め駆動が行なわれている。

これらのモータを省電力、あるいは可変速駆動するために、一般的にはＰＷＭ（パルス幅変調）方式が用いられる。ＰＷＭ方式は、モータの駆動巻線に接続されるパワートランジスタをオンまたはオフし、そのオンとオフの比率を可変することで駆動巻線への電力供給量を制御する方式であり、省電力な駆動方式としてよく知られている方式である。このＰＷＭ方式は、以前から家電機器あるいはＦＡ機器や産業機器に用いられる種々のモータ駆動に採用されていたが、近年、情報機器においても上述した傾向から同方式がモータ駆動に採用されるようになってきている。

モータをＰＷＭ方式で駆動する際に使用されるパワートランジスタは、オンオフ動作に適したＭＯＳＦＥＴあるいはＩＧＢＴなどが一般に使用される。これらのパワートランジスタは、ゲート電極が酸化膜により絶縁された構造になっているのが特徴である。

このような酸化膜絶縁されたゲート電極を有するパワートランジスタをオンオフつまり導通あるいは遮断するために、そのゲート電極を駆動するゲートドライバとしては、従来から特開平４−２３０１１７号公報に記載のものがある。これはパワートランジスタを導通あるいは遮断する際のスイッチングスピードが速い（ｄＶ／ｄｔが高い）場合、これによるゲートドライバの誤動作を防止する目的でパルスフィルタを設けたものである。

この従来技術のゲートドライバによりパワートランジスタを駆動する構成を図４に示す。

図４において、酸化膜絶縁されたゲート電極を有するパワートランジスタ１はＭＯＳＦＥＴであり、トランジスタ１はそのゲート電極がゲートドライバ７０により駆動され、導通あるいは遮断される構成となっている。

ゲートドライバ７０は、トランジスタ７１とトランジスタ７２とを含み、トランジスタ７１および７２が交互にオンオフすることでトランジスタ１のゲート電極をプラス電圧あるいはゼロ電圧とする。

すなわち、トランジスタ７１をオン、７２をオフしてトランジスタ１のゲート電極をプラス電圧とし、これを導通させる。またトランジスタ７１をオフ、７２をオンしてトランジスタ１のゲート電極をゼロ電圧とし、これを遮断させるものである。

しかし、この構成および動作によるゲートドライバ７０は、パワートランジスタ１を急峻に導通あるいは遮断する。これはトランジスタ１のゲート電極への電圧印加がトランジスタ７１および７２のオンオフにより急速に行われるためである。

パワートランジスタ１が急峻に導通あるいは遮断されると、これによるスイッチングノイズが増加し、周辺機器や周辺回路の誤動作を引き起こす恐れがある。あるいはトランジスタ１自体が破壊する恐れが生じてしまう。またゲートドライバ７０自体の誤動作にもつながる。

なお、先の従来技術を記した公報は、このゲートドライバ自体の誤動作を防止するための技術の一例を開示しているのみで、上記スイッチングノイズによる周辺機器や周辺回路の誤動作への恐れや、トランジスタ１自体の破壊の恐れに対して解決する技術を開示しているわけではない。

これらを全て解決するためには、一般的には図５に示すように、抵抗１０１、１０２、ダイオード１０３、コンデンサ１０７などの素子を、ゲートドライバ７０とパワートランジスタ１との間に挿入して、パワートランジスタ１の導通あるいは遮断するスピードの調整が行われる。

なお、このように抵抗１０１、１０２、ダイオード１０３などの素子を挿入することで、これらの挿入素子とトランジスタ１のゲート電極が有する入力容量（図示せず）との作用により、トランジスタ１のゲート電極への電圧印加速度が緩やかとなり、その導通あるいは遮断するスピードが調整可能であることは周知である。
特開平４−２３０１１７号公報

しかしながら上記従来技術によるゲートドライバにおいては、パワートランジスタの導通あるいは遮断するスピードを調整して、そのスイッチングノイズを低減させ、またパワートランジスタ自体を破壊から守るための適正化を行うのに、上記したように抵抗やダイオードなどの多くの素子をゲートドライバとパワートランジスタとの間に挿入する必要がある。

またこのようなゲートドライバを用いてモータの駆動装置を構成する場合、図６に示すように、モータの駆動巻線１００、２００、３００を駆動するために、複数のパワートラ
ンジスタ１、２、３、４、５、６が必要であり、このパワートランジスタの数に比例して上記した抵抗やダイオードなどの挿入素子が必要になる。具体的には抵抗１１１、１１２、１１４、１１５、１３１、１３２、１３４、１３５、１５１、１５２、１５４、１５５、ダイオード１１３、１１６、１３３、１３６、１５３、１５６、コンデンサ１１７、１１８、１３７、１３８、１５７、１５８などが必要となる。

このように従来技術によるゲートドライバとこれを用いたモータ駆動装置は、パワートランジスタの導通あるいは遮断のスピードを適正化するための挿入素子が多数必要となり、これら挿入素子の費用や組み立て工程の増加、プリント基板のレイアウト設計の複雑化と基板面積の増大といった課題が発生する。
これはすなわちモータ駆動装置やこれを搭載する機器の低価格化や小形化などを阻害する一因にもなる。
これを改善するために、図４におけるゲートドライバ７０を構成するトランジスタ７１および７２を単に定電流源に置き換えることが考えられる。
定電流源に置き換えることで、その定電流値とパワートランジスタのゲート電極に有する入力容量との作用により、上記した抵抗やダイオードなどの挿入素子なしでもトランジスタのゲート電極への電圧印加速度が緩やかになる。その結果、パワートランジスタの導通あるいは遮断が緩やかに行われるようになる。
ところで、定電流源は一般的には図７に示すようなカレントミラー回路で構成される。
図７において、パワートランジスタ１を遮断状態から導通状態に切替えるときは、トランジスタ２０１，２０２によるカレントミラー回路の出力電流Ｉ２０２がパワートランジスタ１へのゲート電流になり、パワートランジスタ１のゲート電圧を上昇させ、これを導通状態とする。
なお、電流Ｉ２０２を発生させるためには、カレントミラー回路に源となる電流源２００が必要であることは言うまでもないが、その出力電流Ｉ２００はパワートランジスタ１が導通後も流れてしまい、これがゲートドライバの回路損失になる。
パワートランジスタ１を導通状態から遮断状態に切替える場合も同様に電流源１２の内部にあるカレントミラー回路の源なる電流源による損失が発生する。
したがって、単に電流源に置き換えたのみでは、ゲートドライバの電力損失に関する課題が発生する。

上記課題を解決するために本発明のゲートドライバは、電源端子間に直列接続される酸化膜絶縁されたゲート電極を有する第１パワートランジスタおよび第２パワートランジスタとを制御するゲートドライバであって、前記第１パワートランジスタを導通させるときに、そのゲート電極に電流を流し込み、ゲート電位を上昇させる第１電流源と、前記第１パワートランジスタを遮断させるときに、そのゲート電極から電流を引き抜き、ゲート電位を下降させる第２電流源と、前記第２パワートランジスタを導通させるときに、そのゲート電極に電流を流し込み、ゲート電位を上昇させる第３電流源と、前記第２パワートランジスタを遮断させるときに、そのゲート電極から電流を引き抜き、ゲート電位を下降させる第４電流源とを少なくとも備えるものであって、前記第１電流源は前記第１パワートランジスタを遮断状態から導通状態に切替える際、第１電流値を出力し、導通状態に切替った後はその状態を保持する第２電流値を出力するものであって、前記第２電流源は前記第１パワートランジスタを導通状態から遮断状態に切替える際、第３電流値を出力し、遮断状態に切替った後はその状態を保持する第４電流値を出力するものであって、前記第２，第４電流値は前記第１，第３電流値に比べて小さな値の電流値であり、前記第３電流源は前記第２パワートランジスタを遮断状態から導通状態に切替える際、第５電流値を出力し、導通状態に切替った後はその状態を保持する第６電流値を出力するものであって、前記第６電流値は前記第５電流値に比べて小さな値の電流値であり、前記第４電流源は前記第２パワートランジスタを導通状態から遮断状態に切替える際、第７電流値を出力し、遮
断状態に切替った後はその出力を低インピーダンスとするものであって、前記第２パワートランジスタを前記第３電流源により遮断状態から導通状態に切替える際、前記第２電流源に前記第３電流値を出力させることで、前記第１パワートランジスタのゲート電極の電位上昇を防止するようにし、前記第１パワートランジスタを前記第１電流源により遮断状態から導通状態に切替える際、前記第４電流源の出力を低インピーダンスとすることで、前記第２パワートランジスタのゲート電極の電位上昇を防止するように構成したものである。

本発明のゲートドライバによれば、電源端子間に直列接続される第１パワートランジスタおよび第２パワートランジスタに対し、前記第１および第２パワートランジスタの導通・遮断を制御するゲートドライバを定電流源にし、その電流源に関して、パワートランジスタを導通・遮断させるときに、そのゲート電極へ適切な電流値（第１，第３，第５，第７電流値）を出力させるように構成している。
これにより、電流源に出力する電流値を適切に設定すれば、パワートランジスタの導通または遮断のスイッチングスピードを調整することができ、
パワートランジスタが導通から遮断状態に変化する時間、または遮断から導通状態に変化する時間を数少ない素子により調整でき、ゲートドライバの小型化と低コスト化が可能になる。

また、パワートランジスタが導通または遮断状態に切替った後は、その状態を保持するための必要最低限の電流（第２，第４，第６電流値）のみを電流源からゲート電極に出力することで、ゲートドライバの消費電力を抑制することができる。

さらに、前記第２パワートランジスタを遮断状態から導通状態に切替える際、前記第１パワートランジスタのゲート電極から第２電流源による第３電流値で電流を引き抜くことで、前記第１パワートランジスタが帰還容量の影響などで、そのゲート電極の電位を上昇させて導通し、前記第２パワートランジスタと同時に導通して電源端子間が短絡してしまうことを防止することができる。

加えて、前記第１パワートランジスタを遮断状態から導通状態に切替える際、第４電流源の出力を低インピーダンスとすることで、前記第２パワートランジスタが帰還容量の影響などで、そのゲート電極の電位を上昇させて導通し、前記第１パワートランジスタと同時に導通して電源端子間が短絡してしまうことを防止することができる。

本発明のゲートドライバは、電源端子間に直列接続される酸化膜絶縁されたゲート電極を有する第１パワートランジスタおよび第２パワートランジスタとを制御するゲートドライバであって、前記第１パワートランジスタを導通させるときに、そのゲート電極に電流を流し込み、ゲート電位を上昇させる第１電流源と、前記第１パワートランジスタを遮断させるときに、そのゲート電極から電流を引き抜き、ゲート電位を下降させる第２電流源と、前記第２パワートランジスタを導通させるときに、そのゲート電極に電流を流し込み、ゲート電位を上昇させる第３電流源と、前記第２パワートランジスタを遮断させるときに、そのゲート電極から電流を引き抜き、ゲート電位を下降させる第４電流源とを少なくとも備えるものであって、前記第１電流源は前記第１パワートランジスタを遮断状態から導通状態に切替える際、第１電流値を出力し、導通状態に切替った後はその状態を保持する第２電流値を出力するものであって、前記第２電流源は前記第１パワートランジスタを導通状態から遮断状態に切替える際、第３電流値を出力し、遮断状態に切替った後はその状態を保持する第４電流値を出力するものであって、前記第２，第４電流値は前記第１，第３電流値に比べて小さな値の電流値であり、前記第３電流源は前記第２パワートランジ
スタを遮断状態から導通状態に切替える際、第５電流値を出力し、導通状態に切替った後はその状態を保持する第６電流値を出力するものであって、前記第６電流値は前記第５電流値に比べて小さな値の電流値であり、前記第４電流源は前記第２パワートランジスタを導通状態から遮断状態に切替える際、第７電流値を出力し、遮断状態に切替った後はその出力を低インピーダンスとするものであって、前記第２パワートランジスタを前記第３電流源により遮断状態から導通状態に切替える際、前記第２電流源に前記第３電流値を出力させることで、前記第１パワートランジスタのゲート電極の電位上昇を防止するようにし、前記第１パワートランジスタを前記第１電流源により遮断状態から導通状態に切替える際、前記第４電流源の出力を低インピーダンスとすることで、前記第２パワートランジスタのゲート電極の電位上昇を防止するように構成したものである。

これにより、電流源に出力する電流値（第１，第３，第５，第７電流値）を適切に設定すれば、パワートランジスタの導通または遮断のスイッチングスピードを調整することができ、パワートランジスタが導通から遮断状態に変化する時間、または遮断から導通状態に変化する時間を数少ない素子により調整でき、ゲートドライバの小型化と低コスト化が可能になる。

また、パワートランジスタが導通または遮断状態に切替った後は、その状態を保持するための必要最低限の電流（第２，第４，第６電流値）のみを電流源からゲート電極に出力することで、ゲートドライバの消費電力を抑制することができる。

さらに、前記第２パワートランジスタを第３電流源により遮断状態から導通状態に切替える際、前記第１パワートランジスタのゲート電極から第２電流源による第３電流値で電流を引き抜くことで、前記第１パワートランジスタが帰還容量の影響などで、そのゲート電極の電位を上昇させて導通し、前記第２パワートランジスタと同時に導通して電源端子間が短絡してしまうことを防止することができる。

加えて、前記第１パワートランジスタを遮断状態から導通状態に切替える際、第４電流源の出力を低インピーダンスとすることで、前記第２パワートランジスタが帰還容量の影響などで、そのゲート電極の電位を上昇させて導通し、前記第１パワートランジスタと同時に導通して電源端子間が短絡してしまうことを防止することができる。

また、本発明のモータ駆動装置は、前記ゲートドライバと、単相または複数相のモータ駆動巻線と、電源端子間に直列接続され、その直列接続点に前記駆動巻線の一端が接続される第１および第２パワートランジスタとを備え、前記第１および第２パワートランジスタは、前記駆動巻線の相数に応じて複数設けられ、全て酸化膜絶縁されたゲート電極を有するものであって、前記ゲートドライバは、複数の前記第１および第２パワートランジスタの各々に対応して複数設けたものである。
これにより、ＰＷＭ駆動する際のパワートランジスタのスイッチングに伴うノイズ低減を数少ない素子により実現でき、モータ駆動装置の小型化と低コスト化が可能となる。

また、ＰＷＭ駆動する際のパワートランジスタが導通または遮断状態に切替った後は、その状態を保持するための必要最低限の電流のみを出力することで、モータ駆動装置の消費電力を抑制することができる。
さらに、ＰＷＭ駆動する際の前記第２パワートランジスタを遮断状態から導通状態に切替える間、前記第１パワートランジスタのゲート電極から電流を引き抜くことで、そのゲート電極の電位上昇を抑え、前記第２パワートランジスタと同時に導通して電源端子間が短絡してしまうことを防止することができる。
加えて、ＰＷＭ駆動する際の前記第１パワートランジスタを遮断状態から導通状態に切替える間、前記第２パワートランジスタのゲート電極を低インピーダンスとして、そのゲー
ト電極の電位上昇を抑え、前記第１パワートランジスタと同時に導通して電源端子間が短絡してしまうことを防止することができる。

図１は本発明のゲートドライバの概略図である。

図１において、パワートランジスタ１および２は酸化膜絶縁されたゲート電極を有するトランジスタである。この種のトランジスタとしては、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどが良く知られているが、本実施例においてはＭＯＳＦＥＴを具体例として説明している。

パワートランジスタ１および２は電源端子間に直列接続し、各々のゲート電極はゲートドライバ７に接続される。

ゲートドライバ７は、電流源１１，１２および２１，２２と、ゲートスイッチング制御器８と、ゲート電流制御器９を備える。

電流源１１および１２は直列接続され、その接続点はパワートランジスタ１のゲート電極に接続される。

同様に、電流源２１および２２も直列接続され、その接続点はパワートランジスタ２のゲート電極に接続される。

ゲートスイッチング制御器８はパワートランジスタ１および２を導通・遮断させるための信号Ｇ１およびＧ２をゲート電流制御器９に出力する。

ゲート電流制御器９は、電流源１１に信号Ｃ１１を出力し、同様に、電流源１２には信号Ｃ１２を出力し、電流源２１には信号Ｃ２１を出力し、電流源２２には信号Ｃ２２を出力する。それぞれの電流源１１，１２，２１，２２はそれぞれの信号Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２に基づき、その出力電流が定められ、パワートランジスタ１，２を制御する。

なおここで、１１は第１電流源、１２は第２電流源、２１は第３電流源、２２は第４電流源である。

具体的にゲートドライバ７の制御方法を説明する。

例えば、パワートランジスタ１を遮断状態から導通状態に切替えるとき、図２のように、ゲートスイッチング制御器８は信号Ｇ１を‘Ｌ’レベルから‘Ｈ’レベルとする。これにより、ゲート電流制御器９は信号Ｃ１１を第１電流源１１に出力する。その結果、第１電流源１１は第１電流値Ｉ１１ａを出力し、パワートランジスタ１のゲート電極へ電流を流し込み、ゲート電極の電位を上昇させてパワートランジスタ１を導通させる。（図２の記号（Ａ）の期間）
パワートランジスタ１が導通状態に切替った後、信号Ｃ１１は第１電流源１１がパワートランジスタ１の導通状態を保持するために必要最低限の第２電流値Ｉ１１ｂとなるように制御される。これは、第１電流源１１の電力損失を抑えるためである。（図２の記号（Ｂ）の期間）
次にパワートランジスタ１を導通状態から遮断状態に切替えるとき、ゲートスイッチング制御器８は信号Ｇ１を‘Ｈ’レベルから‘Ｌ’レベルとする。これにより、ゲート電流制御器９は信号Ｃ１２を第２電流源１２に出力する。その結果、第２電流源１２は第３電流値Ｉ１２ａを出力し、パワートランジスタ１のゲート電極から電流を引き抜き、ゲート
電極の電位を下降させてパワートランジスタ１を遮断させる。（図２の記号（Ｃ）の期間）
パワートランジスタ１が遮断状態に切替った後、信号Ｃ１２は、第２電流源１２がパワートランジスタ１の遮断状態を保持するために必要最低限の第４電流値Ｉ１２ｂとなるように制御される。これは、第２電流源１２の電力損失を抑えるためである。（図２の記号（Ｄ）の期間）
一方、パワートランジスタ２を遮断状態から導通状態に切替えるとき、ゲートスイッチング制御器８は信号Ｇ２を‘Ｌ’レベルから‘Ｈ’レベルとする。これにより、ゲート電流制御器９は信号Ｃ２１を第３電流源２１に出力する。その結果、第３電流源２１は第５電流値Ｉ２１ａを出力し、パワートランジスタ２のゲート電極へ電流を流し込み、ゲート電極の電位を上昇させてパワートランジスタ２を導通させる。（図２の記号（Ｅ）の期間）
パワートランジスタ２が導通状態に切替った後、信号Ｃ２１は第３電流源２１がパワートランジスタ２の導通状態を保持するために必要最低限の第６電流値Ｉ２１ｂとなるように制御される。これは、第３電流源２１の電力損失を抑えるためである。（図２の記号（Ｆ）の期間）
次にパワートランジスタ２を導通状態から遮断状態に切替えるとき、ゲートスイッチング制御器８は信号Ｇ２を‘Ｈ’レベルから‘Ｌ’レベルとする。これにより、ゲート電流制御器９は信号Ｃ２２を第４電流源２２に出力する。その結果、第４電流源２２は第７電流値Ｉ２２ａを出力し、パワートランジスタ２のゲート電極から電流を引き抜き、ゲート電極の電位を下降させてパワートランジスタ２を遮断させる。（図２の記号（Ｇ）の期間）
パワートランジスタ２が遮断状態に切替った後、信号Ｃ２２は、第４電流源２２の出力を低インピーダンス、つまり電流源２２の出力を構成するトランジスタ（図示せず）をフル導通させるなどして、パワートランジスタ２のゲート電極電位を接地（ＧＮＤ）電位レベルに保つように制御される。（図２の記号（Ｈ）の期間）
これにより、外部からのノイズ等にも強くなり、ゲート電極電位は、パワートランジスタ２が遮断状態を維持するのに安定した電位を保つことができるようになる。したがって、パワートランジスタ１が導通状態において、パワートランジスタ２のゲート電極電位が上昇して導通し、電源端子間が短絡してしまうことを防止できる。

さらに、これはパワートランジスタ２が帰還容量の影響などで、そのゲート電極の電位を上昇させて導通してしまうことも防止できる。

この詳細は以下の通りである。

つまり、パワートランジスタ１が遮断状態から導通状態に切替るとき、パワートランジスタ２のソースとドレイン間に存在する寄生ダイオード（ボディーダイオードとも言う）にモータ巻線の電流が流れて、そのドレイン電極の電位が接地電位に近い低電位の状態にあったとする。この状態からパワートランジスタ１が導通状態に切替ることによって、パワートランジスタ２のドレイン電極の電位が電源電位に近い高電位に遷移する。このときパワートランジスタ２のゲート・ドレイン間に存在する帰還容量の影響でそのゲート電極の電位も上昇し、ソース電極の電位に対して高電位となり、パワートランジスタ２も導通して電源端子間が短絡してしまう課題がある。それを防ぐために、第４電流源２２の出力を低インピーダンスとして、パワートランジスタ２のゲート電極電位を接地電位レベルに保つようにすることで、そのゲート電極の電位が上昇することを防止している。

また、パワートランジスタ２を遮断状態から導通状態に切替えるときにおいて（図２の記号（Ｅ）の期間）、パワートランジスタ１も導通し、電源端子間が短絡してしまうという課題の原因についても上記の理由と同様である。

つまり、パワートランジスタ２が導通状態に切替る前、パワートランジスタ１のソースとドレイン間に存在する寄生ダイオードにモータ巻線の電流が流れて、そのソース電極の電位が電源電位に近い高電位の状態にあったとする。この状態からパワートランジスタ２が導通状態に切替ることによって、パワートランジスタ１のソース電極の電位が接地電位に近い低電位に遷移する。同時に、パワートランジスタ１のゲート電極の電位もソース電極の電位の変化に伴って、高電位から低電位に遷移する。しかし、このときパワートランジスタ１のゲート・ドレイン間に存在する帰還容量の影響でそのゲート電極の電位がソース電極の電位に対して上昇し、パワートランジスタ１も導通して電源端子間が短絡してしまう。

この課題を解決するには、パワートランジスタ２を遮断状態から導通状態に切替えるとき、パワートランジスタ１のゲート電極から電流を引き抜き、そのゲート電極の電位の上昇を抑えてパワートランジスタ１を導通しないように制御すれば良い。

つまり、パワートランジスタ２を遮断状態から導通状態に切替えるとき、前述したように、ゲートスイッチング制御器８は信号Ｇ２を‘Ｌ’レベルから‘Ｈ’レベルとする。これにより、ゲート電流制御器９は信号Ｃ２１を第３電流源２１に出力するが、このとき同時にＣ１２を第２電流源１２に出力する。その結果、パワートランジスタ２が遮断状態から導通状態へ切替る一方で、第２電流源１２は第３電流値Ｉ１２ａを出力し、パワートランジスタ１のゲート電極から電流を引き抜く。これにより、パワートランジスタ１のゲート電極の電位が上記帰還容量の影響で上昇するのを防止することができ、パワートランジスタ１を導通させないようにし、電源端子間の短絡を防止できる。（図２の記号（Ｉ）の期間）
なお、上記電源端子間の短絡防止対策を施したゲートドライバ７において、その制御の簡素化のために、次のようにしても本発明の主旨を逸脱するものではない。

つまり、パワートランジスタ１を導通状態から遮断状態に切替えるとき、前述したようにゲートスイッチング制御器８は信号Ｇ１を‘Ｈ’レベルから‘Ｌ’レベルとするが、このとき信号Ｃ２２を第４電流源２２に出力し、第４電流源２２から第７電流値Ｉ２２ａを出力しても差し支えない。（図２の記号（Ｊ）の期間）
また逆に、パワートランジスタ２を導通状態から遮断状態に切替えるとき、前述したようにゲートスイッチング制御器８は信号Ｇ２を‘Ｈ’レベルから‘Ｌ’レベルとするが、このとき信号Ｃ１２を第２電流源１２に出力し、第２電流源１２から第３電流値Ｉ１２ａを出力しても差し支えない。（図２の記号（K）の期間）
以上より、本実施例１に示したゲートドライバは、
電流源に出力する電流値（記号（Ａ）期間における第１電流値Ｉ１１ａ、記号（Ｃ）期間における第３電流値Ｉ１２ａ、記号（Ｅ）期間における第５電流値Ｉ２１ａ、記号（Ｇ）期間における第７電流値Ｉ２２ａ）を適切に設定すれば、パワートランジスタの導通または遮断のスイッチングスピードを調整することができ、
パワートランジスタが導通から遮断状態に変化する時間、または遮断から導通状態に変化する時間を数少ない素子により調整でき、ゲートドライバの小型化と低コスト化が可能になる。

また、パワートランジスタが導通または遮断状態に切替った後は、その状態を保持するための必要最低限の電流値（記号（Ｂ）期間における第２電流値Ｉ１１ｂ、記号（Ｄ）期間における第４電流値Ｉ１２ｂ、記号（Ｆ）期間における第６電流値Ｉ２１ｂ）を電流源からゲート電極に出力することで、ゲートドライバの消費電力を抑制することができる。

さらに、パワートランジスタ２を第３電流源２１からの第５電流値Ｉ２１ａにより遮断状態から導通状態に切替える際、パワートランジスタ１のゲート電極から第２電流源１２による第３電流値Ｉ１２ａを引き抜き、そのゲート電極の電位の上昇を抑えることができる。これにより、パワートランジスタ１がそのゲート・ドレイン間に有している帰還容量の影響などで導通し、パワートランジスタ２の導通に伴って電源端子間を短絡させてしまうことを防止することができる。

加えて、パワートランジスタ１を遮断状態から導通状態に切替える際、第４電流源２２の出力を低インピーダンスとして、パワートランジスタ２のゲート電極電位を接地電位レベルに保つことで、そのゲート電極電位の上昇を抑えることができる。これにより、パワートランジスタ２がそのゲート・ドレイン間に有している帰還容量の影響などで導通し、パワートランジスタ１と同時に導通して電源端子間を短絡させてしまうことを防止することができる。

図３は本発明のモータ駆動装置の概略図である。
図３において、パワートランジスタ１,２およびパワートランジスタ３,４およびパワートランジスタ５,６はそれぞれ電源端子間に直列接続され、その接続点はモータ駆動巻線１００，２００，３００にそれぞれ接続される。全てのパワートランジスタは酸化膜絶縁されたゲート電極を有するものであり、実施例１と同様に本実施例においてもＭＯＳＦＥＴを具体例として説明している。
各パワートランジスタ１，２，３，４，５，６のゲート電極はゲートドライバ７に接続される。

ゲートドライバ７は、電流源１１，１２，２１，２２，３１，３２，４１，４２，５１，５２，６１，６２と、ゲートスイッチング制御器８と、ゲート電流制御器９を備える。

電流源１１および１２は直列接続され、その接続点はパワートランジスタ１のゲート電極に接続される。

また、電流源２１および２２も直列接続され、その接続点はパワートランジスタ２のゲート電極に接続される。

以下同様に、電流源３１および３２が直列接続され、その接続点はパワートランジスタ３のゲート電極に接続され、電流源４１および４２が直列接続され、その接続点はパワートランジスタ４のゲート電極に接続され、電流源５１および５２が直列接続され、その接続点はパワートランジスタ５のゲート電極に接続され、電流源６１および６２が直列接続され、その接続点はパワートランジスタ６のゲート電極に接続される。

ゲートドライバ７は実施例１のゲートドライバと同様のはたらきを有するものであり、図１の実施例１におけるゲートドライバはモータ１相分のみを駆動させるゲートドライバを示したが、複数相の場合においても同じである。

この構成により、本実施例２に示したモータ駆動装置は、
ＰＷＭ駆動する際のパワートランジスタのスイッチングに伴うノイズ低減を数少ない素子により実現でき、モータ駆動装置の小型化と低コスト化が可能となる。

また、ＰＷＭ駆動する際のパワートランジスタが導通または遮断状態に切替った後は、その状態を保持するための必要最低限の電流のみを出力することで、モータ駆動装置の消費電力を抑制することができる。

さらに、電源端子間に直列接続されたパワートランジスタにおいて、ＰＷＭ駆動する際の負側給電線路に接続されたパワートランジスタを遮断状態から導通状態に切替える間、正側給電線路に接続されたパワートランジスタのゲート電極から電流源に電流を引き抜くことで、正側給電線路に接続されたパワートランジスタも導通して電源端子間が短絡してしまうことを防止することができる。

加えて、電源端子間に直列接続されたパワートランジスタにおいて、ＰＷＭ駆動する際の正側給電線路に接続されたパワートランジスタを遮断状態から導通状態に切替える間、負側給電線路に接続されたパワートランジスタのゲート電極を低インピーダンスとして、その電極電位を接地電位レベルに保つことで、ゲート電極の電位が上昇することを抑え、正側給電線路に接続されたパワートランジスタと同時に導通して電源端子間が短絡してしまうことを防止することができる。

本発明のゲートドライバは、ＰＷＭ駆動方式のモータの駆動装置に適応できる他、その他のモータ駆動方式やパワートランジスタをスイッチング素子として使用する用途にも広く応用できる。さらに、本発明のゲートドライバを含むモータ駆動装置は、様々な機器に組み込むことが可能であり、その機器の小型化、コスト化、低ノイズ化、省電力化を実現できる。

本発明の実施例１におけるゲートドライバの概略図 本発明の実施例１におけるゲートドライバの出力電流動作図 本発明の実施例２におけるモータ駆動装置の概略図 従来例におけるゲートドライバの概略図 従来例におけるゲートドライバの他の概略図 従来例におけるモータ駆動装置の概略図 定電流源で構成したゲートドライバの概略図

符号の説明

１，３，５ 第１パワートランジスタ
２，４，６ 第２パワートランジスタ
７ ゲートドライバ
８ ゲートスイッチング制御器
９ ゲート電流制御器
１１,３１,５１ 第１電流源
１２,３２,５２ 第２電流源
２１,４１,６１ 第３電流源
２２,４２,６２ 第４電流源
１００,２００,３００ モータ駆動巻線

Claims (2)

1. 電源端子間に直列接続される酸化膜絶縁されたゲート電極を有する第１パワートランジスタおよび第２パワートランジスタとを制御するゲートドライバであって、
   前記第１パワートランジスタを導通させるときに、そのゲート電極に電流を流し込み、ゲート電位を上昇させる第１電流源と、前記第１パワートランジスタを遮断させるときに、そのゲート電極から電流を引き抜き、ゲート電位を下降させる第２電流源と、前記第２パワートランジスタを導通させるときに、そのゲート電極に電流を流し込み、ゲート電位を上昇させる第３電流源と、前記第２パワートランジスタを遮断させるときに、そのゲート電極から電流を引き抜き、ゲート電位を下降させる第４電流源とを少なくとも備えるものであって、前記第１電流源は前記第１パワートランジスタを遮断状態から導通状態に切替える際、第１電流値を出力し、導通状態に切替った後はその状態を保持する第２電流値を出力するものであって、前記第２電流源は前記第１パワートランジスタを導通状態から遮断状態に切替える際、第３電流値を出力し、遮断状態に切替った後はその状態を保持する第４電流値を出力するものであって、前記第２，第４電流値は前記第１，第３電流値に比べて小さな値の電流値であり、前記第３電流源は前記第２パワートランジスタを遮断状態から導通状態に切替える際、第５電流値を出力し、導通状態に切替った後はその状態を保持する第６電流値を出力するものであって、前記第６電流値は前記第５電流値に比べて小さな値の電流値であり、前記第４電流源は前記第２パワートランジスタを導通状態から遮断状態に切替える際、第７電流値を出力し、遮断状態に切替った後はその出力を低インピーダンスとするものであって、前記第２パワートランジスタを前記第３電流源により遮断状態から導通状態に切替える際、前記第２電流源に前記第３電流値を出力させることで、前記第１パワートランジスタのゲート電極の電位上昇を防止するようにし、前記第１パワートランジスタを前記第１電流源により遮断状態から導通状態に切替える際、前記第４電流源の出力を低インピーダンスとすることで、前記第２パワートランジスタのゲート電極の電位上昇を防止するようにしたことを特徴とするゲートドライバ。
2. 請求項１記載のゲートドライバと、単相または複数相のモータ駆動巻線と、電源端子間に直列接続され、その直列接続点に前記駆動巻線の一端が接続される第１および第２パワートランジスタとを備え、前記第１および第２パワートランジスタは、前記駆動巻線の相数に応じて複数設けられ、全て酸化膜絶縁されたゲート電極を有するものであって、前記ゲートドライバは、複数の前記第１および第２パワートランジスタの各々に対応して複数設けたモータ駆動装置。