JP2008086068A - 電圧駆動型素子のゲート駆動回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ゲート信号(VG)を抵抗(R2)を介してベース端子に入力するNPNトランジスタ(Q2)を、IGBT(Q1)のゲート端子に抵抗(R1)を介して接続し、直列接続したコンデンサ(C1)とダイオード(D2)とをIGBT(Q1)のコレクタ端子とNPNトランジスタ(Q2)のベース端子との間に接続することにより、IGBT(Q1)のターンオン動作時に、IGBT(Q1)のコレクタ電圧の時間変化量(dVce/dt)に基づいて、ゲート電流(Ig1)を制御し、ゲート電荷の充電速度を調整可能とする。また、コンデンサ(C1)に蓄積した電荷をターンオフ時に放電するダイオード(D1)をコンデンサ(C1)、ゲート信号(VG)間に接続する。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明による電圧駆動型素子のゲート駆動回路の一構成例を示す回路図であり、電気自動車等の大電力の制御を行うスイッチング回路やインバータ回路などを構成するために、誘導性の負荷をコレクタに接続した電圧駆動型素子を駆動するゲート駆動回路として適用した場合の一例について示している。なお、図1には、電圧駆動型素子としてIGBTを用いた場合について示しているが、本発明の適用対象とする電圧駆動型素子としては、IGBTに限らず、パワーMOSFETなど他の電圧駆動型素子であっても構わない。
次に、図1に示した電圧駆動型素子のゲート駆動回路(100)の作用について図2、図3を用いて説明する。ここに、図2、図3は、いずれも、本発明の一実施例である図1の回路構成例において、IGBT(Q1)がターンオン動作した際の各部の信号波形を示すタイムチャートであり、ゲート信号(VG)をLoレベルからHiレベルに変化させることによって、コレクタ端子(C)に誘導性の負荷を接続したIGBT(Q1)がターンオン動作を開始した際の各部の信号波形を示している。なお、図2は、IGBT(Q1)のコレクタ電流(Ic)が小さい小電流領域におけるIGBT(Q1)のターンオン動作時の各部の信号波形を示し、図3は、IGBT(Q1)のコレクタ電流(Ic)が大きい大電流領域におけるIGBT(Q1)のターンオン動作時の各部の信号波形を示している。
Ig1=(VG−Vge−Vbe2−Vr)/R1 …(2)
ただし、VG…ゲート信号(VG)のHiレベル電圧(電源電圧Vcc)
Vge…IGBT(Q1)ゲート・エミッタ間電圧
Vbe2…NPNトランジスタ(Q2)ベース・エミッタ間電圧
Vbe3…NPNトランジスタ(Q3)ベース・エミッタ間電圧
Vr…抵抗(R2)の両端電圧
また、このとき、コンデンサ(C1)に流れる微分電流Idiffと式(2)における抵抗(R2)の両端電圧Vrとは、以下のように表される。
Vr=R2×(Ib+Idiff) …(4)
ただし、Ib…NPNトランジスタ(Q2)のベース電流
dVce/dt…IGBT(Q1)のコレクタ・エミッタ間電圧
(Vce)の時間変化量
すなわち、式(1)、式(2)に示すように、ゲート電流(Ig0)は抵抗(R3)によって決定され、ゲート電流(Ig1)は、抵抗(R1)および抵抗(R2)の両端電圧(Vr)によって決定される。ここで、図2には明示していないが、前述したように、抵抗(R1)の抵抗値を、抵抗(R3)に比して、小さな値に設定して、第二のゲート電荷充電回路を形成するNPNトランジスタ(Q2)からのゲート電流(Ig1)を、第一のゲート電荷充電回路を形成するNPNトランジスタ(Q3)からのゲート電流(Ig0)よりも大きくするようにしても良い。
Claims (11)
- コレクタに負荷を接続した電圧駆動型素子のゲートに電圧を印加することによって該電圧駆動型素子を駆動する電圧駆動型素子のゲート駆動回路において、前記電圧駆動型素子のターンオン動作時に、前記電圧駆動型素子のコレクタ電圧の時間変化量に基づいて、当該電圧駆動型素子のゲート電荷の充電速度を調整することを特徴とする電圧駆動型素子のゲート駆動回路。
- 請求項1に記載の電圧駆動型素子のゲート駆動回路において、前記電圧駆動型素子のコレクタ電圧の時間変化量に基づいて、当該電圧駆動型素子のゲート電荷の充電速度を調整する際に、当該電圧駆動型素子のコレクタ電圧の時間変化量が、あらかじめ定めた許容範囲内に収まるように、当該電圧駆動型素子のゲート電荷の充電速度を調整することを特徴とする電圧駆動型素子のゲート駆動回路。
- 請求項1または2に記載の電圧駆動型素子のゲート駆動回路は、当該電圧駆動型素子のコレクタ電圧の時間変化量が大きいほど、当該電圧駆動型素子のゲート電荷の充電速度をより遅くするように調整し、当該電圧駆動型素子のコレクタ電圧の時間変化量が小さいほど、当該電圧駆動型素子のゲート電荷の充電速度をより速くするように調整することを特徴とする電圧駆動型素子のゲート駆動回路。
- 請求項1ないし3のいずれかに記載の電圧駆動型素子のゲート駆動回路において、前記電圧駆動型素子のターンオン動作時に当該電圧駆動型素子のゲート電荷を充電する動作を行うゲート電荷充電用トランジスタとターンオン動作時の電荷を蓄積するコンデンサとを備え、前記ゲート電荷充電用トランジスタを前記電圧駆動型素子のゲート端子に抵抗を介して接続し、前記コンデンサを当該電圧駆動型素子のコレクタ端子と前記ゲート電荷充電用トランジスタのベース端子との間に接続することを特徴とする電圧駆動型素子のゲート駆動回路。
- 請求項4に記載の電圧駆動型素子のゲート駆動回路において、前記ゲート電荷充電用トランジスタが、前記電圧駆動型素子のターンオン動作を指示するゲートオン信号を抵抗を介してベース端子に入力するNPNトランジスタからなっていることを特徴とする電圧駆動型素子のゲート駆動回路。
- 請求項5に記載の電圧駆動型素子のゲート駆動回路において、前記電圧駆動型素子のコレクタ端子と前記ゲート電荷充電用トランジスタのベース端子との間に接続した前記コンデンサに整流用のダイオードを直列に接続し、当該電圧駆動型素子のターンオン動作時に前記ゲート電荷充電用トランジスタのベース端子から当該電圧駆動型素子のコレクタ端子の方向へ電流が流れて前記コンデンサに電荷を蓄積させることを特徴とする電圧駆動型素子のゲート駆動回路。
- 請求項5または6に記載の電圧駆動型素子のゲート駆動回路において、前記電圧駆動型素子のターンオン動作時に、当該電圧駆動型素子のコレクタ電圧の時間変化量が、当該電圧駆動型素子に流れるコレクタ電流の電流量の如何によらず、あらかじめ定めた許容範囲内に収まるように、当該電圧駆動型素子のターンオン動作時に前記コンデンサに流れる電流を調整することを特徴とする電圧駆動型素子のゲート駆動回路。
- 請求項6または7のいずれかに記載の電圧駆動型素子のゲート駆動回路において、前記電圧駆動型素子のターンオフ動作時に、当該電圧駆動型素子のターンオン動作で前記コンデンサに蓄積されていた電荷を放電する放電手段を備えていることを特徴とする電圧駆動型素子のゲート駆動回路。
- 請求項8に記載の電圧駆動型素子のゲート駆動回路において、前記放電手段として、前記コンデンサと整流用の前記ダイオードとの接続点と、当該電圧駆動型素子のターンオフ動作と同期して基準電位に設定される回路部との間に、ダイオードを接続し、ターンオフ動作時に前記コンデンサに蓄積された電荷を前記ダイオードを介して基準電位へ放電することを特徴とする電圧駆動型素子のゲート駆動回路。
- 請求項8に記載の電圧駆動型素子のゲート駆動回路において、前記放電手段として、前記コンデンサと整流用の前記ダイオードとの接続点と、基準電位との間に、当該電圧駆動型素子のターンオフ動作と同期してオン状態に切り替わるスイッチング素子を接続し、ターンオフ動作時に前記コンデンサに蓄積された電荷を前記スイッチング素子を介して基準電位へ放電することを特徴とする電圧駆動型素子のゲート駆動回路。
- 請求項10に記載の電圧駆動型素子のゲート駆動回路において、前記スイッチング素子が、PNPトランジスタまたはMOSFETからなっていることを特徴とする電圧駆動型素子のゲート駆動回路。
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