JP2009071956A - ゲート駆動回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】パワースイッチング素子のゲートのオン動作を行うオン側回路を備える。該オン側回路は、第一オン電圧の電圧供給を行う第一オン電源、第一オン配線、および、ゲート駆動信号により制御され該第一オン配線に形成される第一オンスイッチを備える第一オン側電源回路と、
該パワースイッチング素子の定常状態に該ゲートに印加すべき電圧である第二オン電圧の電圧供給を行う第二オン電源、第二オン配線、該第二オン配線に形成される第二オンスイッチ、および、該ゲート駆動信号を遅延して該第二オンスイッチに伝達するオン側遅延回路を備える第二オン側電源回路と、
を備える。
【選択図】図1
Description
該オン側回路は、
第一オン電圧の電圧供給を行う第一オン電源、該第一オン電源と該ゲートとを接続する第一オン配線、および、ゲート駆動信号により制御され該第一オン配線に形成される第一オンスイッチを備える第一オン側電源回路と、
該パワースイッチング素子の定常状態に該ゲートに印加すべき電圧である第二オン電圧の電圧供給を行う第二オン電源、該ゲートと該第二オン電源とを接続する第二オン配線、該第二オン配線に形成される第二オンスイッチ、および、該ゲート駆動信号を遅延して該第二オンスイッチに伝達するオン側遅延回路を備える第二オン側電源回路とを備える。
そして、該第一電圧、該第二電圧共に該パワースイッチング素子の閾値電圧より高く、かつ該第一電圧は該第二電圧より低いことを特徴とする。
該オフ側回路は、
第一オフ電圧の電圧供給を行う第一オフ電源、該第一オフ電源と該ゲートとを接続する第一オフ配線、および、ゲート駆動信号により制御され該第一オフ配線に形成される第一オフスイッチを備える第一オフ側電源回路と、
接地端子、該接地端子と該ゲートとを接続する第二オフ配線、該第二オフ配線に形成される第二オフスイッチ、および、該ゲート駆動信号を遅延して該第二オフスイッチに伝達するオフ側遅延回路を備える第二オフ側回路とを備える。
そして該第一オフ電圧は、該パワースイッチング素子に定常状態に印加される電圧より低いことを特徴とする。
該オン動作回路は、
該ゲートへの入力を第一所定値以下に保つ上限リミット部を備えることを特徴とする。
該オフ動作回路は、
該ゲートへの入力を第二所定値に保つ下限リミット部を備えることを特徴とする。
本実施形態はパワースイッチング素子のスイッチング特性を、そのオン特性に関して最適化できるゲート駆動回路に関する。図1は本実施形態のゲート駆動回路の構成を説明する回路図である。本実施形態のゲート駆動回路10はパワースイッチング素子32のゲートを駆動するための回路である。パワースイッチング素子32としては、電圧駆動型のバイポーラトランジスタ、MOSFETなどであれば特に限定されないが、本実施形態ではIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が用いられている。本実施形態のパワースイッチング素子32はアームの一部を構成するものである。
本実施形態はパワースイッチング素子のスイッチング特性を、そのオフ特性に関して最適化できるゲート駆動回路に関する。図11は本実施形態の構成を説明する図である。本実施形態のゲート駆動回路100はオフ側回路102を備える。オフ側回路102はパワースイッチング素子32のオフ動作を行う。一方ゲート駆動回路100のオフ側回路102以外の部分にはオン側回路が形成されており、パワースイッチング素子のオン動作を行う。なお、パワースイッチング素子32のオン状態における定常状態では、オン側スイッチ132がオンとなり、パワースイッチング素子32のゲートに電圧VCが印加される。
なお、図15にも図14の構成と類似のゲート駆動回路を示す。図15に表されるゲート駆動回路については図14で表されるゲート駆動回路の変形であり、図14とほぼ同様のアイデアであるから説明を省略する。
本実施形態は第一オン電圧を、簡易かつ低コストな方法で変更できるゲート駆動回路に関する。本実施形態のゲート駆動回路は図1で表されるゲート駆動回路と以下の点を除き同様の構成である。すなわち本実施形態の第一オン電圧は、第一オン電源18ではなく図16に示すオン側電圧可変回路300により供給される。従って図1の第一オン電源18を図16のオン側電圧可変回路300に置き換えた構成が本実施形態の構成である。オン側電圧可変回路300のOUTPUTが第一オン配線40に接続さる。オン側電圧可変回路300は第一オン電圧としてVoutを供給する。なお、本実施形態の構成及び動作は第一オン電圧に関する部分以外は実施の形態1と同様である。
Vout=VZ1+VZ2+VZ3+VZ4+VZ5+VZ6−VBE
Vout=VZ2+VZ3+VZ4+VZ5+VZ6−VBE
本実施形態は第一オフ電圧を、簡易かつ低コストな方法で変更できるゲート駆動回路に関する。本実施形態のゲート駆動回路は図11で表されるゲート駆動回路と以下の点を除き同様の構成である。すなわち本実施形態の第一オフ電圧は、第一オフ電源108ではなく図19に示すオフ側電圧可変回路400により供給される。従って図11の第一オフ電源108を図19のオフ側電圧可変回路400に置き換えた構成が本実施形態の構成である。オフ側電圧可変回路400のOUTPUTが第一オフ配線116に接続される。オフ側電圧可変回路400は第一オフ電圧V4としてVoutを供給する。なお、本実施形態の構成及び動作は第一オフ電圧に関する部分以外は実施の形態2と同様である。
本実施形態はパワースイッチング素子の温度に応じてオン動作時のスイッチング速度を変化させるゲート駆動回路に関する。本実施形態のゲート駆動回路は図1で表されるゲート駆動回路と以下の点を除き同様の構成である。すなわち本実施形態の第一オン電圧を供給するのはスイッチング遅延回路500である。従って本実施形態は図1の第一オン電源18をスイッチング遅延回路500で置き換えた構成である。スイッチング遅延回路500は第一オン電圧として、その出力であるVdelayを第一オン側電源回路に供給する。なお、本実施形態の構成及び動作は第一オン電圧に関する部分以外は実施の形態1と同様である。
本実施形態はパワースイッチング素子の温度に応じてオフ時のスイッチング速度を変化させるゲート駆動回路に関する。本実施形態のゲート駆動回路は図11で表されるゲート駆動回路と以下の点を除き同様の構成である。すなわち本実施形態の第一オフ電圧を供給するのは図21のスイッチング遅延回路500である。従って本実施形態は図11の第一オフ電源108をスイッチング遅延回路500で置き換えた構成である。スイッチング遅延回路500は第一オフ電圧として、その出力であるVdelayを第一オフ側電源回路に供給する。なお、本実施形態の構成及び動作は第一オフ電圧に関する部分以外は実施の形態2と同様である。
本実施形態はパワースイッチング素子のスイッチング特性を、そのオン特性及びオフ特性に関して最適化できるゲート駆動回路に関する。本実施形態の構成は図22に示す通りである。本実施形態のゲート駆動回路550はオン側回路38とオフ側回路102を備える。オン側回路38については実施の形態1で説明したオン側回路38と構成・動作ともに同一である。また、オフ側回路102については実施の形態2で説明したオフ側回路102と構成・動作ともに同一である。
本実施形態はパワースイッチング素子のオン特性及びオフ特性を、少ない電源で最適化できるゲート駆動回路に関する。本実施形態は図23を用いて説明する。本実施形態のゲート駆動回路552はオン側回路554とオフ側回路556を備える。オン側回路554ではパワースイッチング素子32のオン動作が行われる。一方オフ側回路556ではパワースイッチング素子32のオフ動作が行われる。
本実施形態は簡素な回路によってパワースイッチング素子のオン特性について最適化できるゲート駆動回路に関する。本実施形態の構成は図24に示される。本実施形態のゲート駆動回路600はパワースイッチング素子32のオン動作を行うオン動作回路を備える。オン動作回路は第一オン回路602と第二オン回路604を備える。第一オン回路602は実施の形態1で説明した第二オン側電源回路52と同様の構成である。
本実施形態は簡素な回路によってパワースイッチング素子のオフ特性について最適化できるゲート駆動回路に関する。本実施形態の構成は図27に示される。本実施形態のゲート駆動回路700はパワースイッチング素子32のオフ動作を行うオフ動作回路を備える。オフ動作回路は第一オフ回路702と第二オフ回路704を備える。第一オフ回路702は実施の形態2で説明した第二オフ側回路106と同様の構成である。
本実施形態は簡素な回路によってパワースイッチング素子のオン特性およびオフ特性について最適化できるゲート駆動回路に関する。本実施形態の構成は図30に示される。本実施形態のゲート駆動回路800はパワースイッチング素子32のオン動作を行うオン動作回路802を備える。オン動作回路は実施の形態9で説明したオン動作回路と同様の構成である。
38 オン側回路
18 第一オン電源
40 第一オン配線
14 第一オンスイッチ
50 第一オン側電源回路
30 第二オン電源
28 第二オンスイッチ
60 第二オン配線
62 オン側遅延回路
52 第二オン側電源回路
102 オフ側回路
108 第一オフ電源
116 第一オフ配線
110 第一オフスイッチ
104 第一オフ側電源回路
124 第二オフ配線
118 第二オフスイッチ
122 オフ側遅延回路
106 第二オフ側回路
114 第一オフ抵抗
120 第二オフ抵抗
300 オン側電圧可変回路
400 オフ側電圧可変回路
606 上限リミット部
706 下限リミット部
Claims (20)
- パワースイッチング素子のゲートのオン動作を行うオン側回路を備え、
前記オン側回路は、
第一オン電圧の電圧供給を行う第一オン電源、前記第一オン電源と前記ゲートとを接続する第一オン配線、および、ゲート駆動信号により制御され前記第一オン配線に形成される第一オンスイッチを備える第一オン側電源回路と、
前記パワースイッチング素子の定常状態に前記ゲートに印加すべき電圧である第二オン電圧の電圧供給を行う第二オン電源、前記ゲートと前記第二オン電源とを接続する第二オン配線、前記第二オン配線に形成される第二オンスイッチ、および、前記ゲート駆動信号を遅延して前記第二オンスイッチに伝達するオン側遅延回路を備える第二オン側電源回路とを備え、
前記第一電圧、前記第二電圧共に前記パワースイッチング素子の閾値電圧より高く、かつ前記第一電圧は前記第二電圧より低いことを特徴とするゲート駆動回路。 - パワースイッチング素子のゲートのオフ動作を行うオフ側回路を備え、
前記オフ側回路は、
第一オフ電圧の電圧供給を行う第一オフ電源、前記第一オフ電源と前記ゲートとを接続する第一オフ配線、および、ゲート駆動信号により制御され前記第一オフ配線に形成される第一オフスイッチを備える第一オフ側電源回路と、
接地端子、前記接地端子と前記ゲートとを接続する第二オフ配線、前記第二オフ配線に形成される第二オフスイッチ、および、前記ゲート駆動信号を遅延して前記第二オフスイッチに伝達するオフ側遅延回路を備える第二オフ側回路とを備え、
前記第一オフ電圧は、前記パワースイッチング素子に定常状態に印加される電圧より低いことを特徴とするゲート駆動回路。 - 前記第一オフ電圧は前記パワースイッチング素子の閾値電圧より高いことを特徴とする請求項2に記載のゲート駆動回路。
- 前記第一オフ配線上に配置される抵抗素子である第一オフ抵抗と、
前記第二オフ配線上に配置される抵抗素子である第二オフ抵抗とを備え、
前記第一オフ抵抗は前記第二オフ抵抗より小さい抵抗値であることを特徴とする請求項2に記載のゲート駆動回路。 - 前記第一オン電圧を変更するオン側電圧可変回路を備えることを特徴とする請求項1に記載のゲート駆動装置。
- 前記オン側電圧可変回路は、
前記第一オン電圧を供給すべき複数のツェナダイオードと、
前記各ツェナダイオードの両端に配置される端子とを備えることを特徴とする請求項5に記載のゲート駆動装置。 - 前記第一オフ電圧を変更するオフ側電圧可変回路を備えることを特徴とする請求項2に記載のゲート駆動装置。
- 前記オフ側電圧可変回路は、
前記第一オフ電圧を供給すべき複数のツェナダイオードと、
前記各ツェナダイオードの両端に配置される端子とを備えることを特徴とする請求項7に記載のゲート駆動装置。 - パワースイッチング素子の素子温度の情報を受け取り、前記素子温度が高いほど前記パワースイッチング素子のターンオンのスイッチング速度を遅くするスイッチング遅延手段を備えるゲート駆動回路。
- パワースイッチング素子のゲートのオフ動作を行うオフ側回路を備え、
前記オフ側回路は、
第一オフ電圧の電圧供給を行う第一オフ電源、前記第一オフ電源と前記ゲートとを接続する第一オフ配線、および、ゲート駆動信号により制御され前記第一オフ配線に形成される第一オフスイッチを備える第一オフ側電源回路と、
接地端子、前記接地端子と前記ゲートとを接続する第二オフ配線、前記第二オフ配線に形成される第二オフスイッチ、および、前記ゲート駆動信号を遅延して前記第二オフスイッチに伝達するオフ側遅延回路を備える第二オフ側回路とを備え、
前記第一オフ電圧は、前記パワースイッチング素子に定常状態に印加される電圧より低いことを特徴とする請求項1に記載のゲート駆動回路。 - 前記第一オフ電源と前記第一オン電源とは同一の一の電源であることを特徴とする請求項10に記載のゲート駆動回路。
- パワースイッチング素子のゲートのオン動作を行うオン動作回路を備え、
前記オン動作回路は、
前記ゲートへの入力を第一所定値以下に保つ上限リミット部を備えることを特徴とするゲート駆動回路。 - 前記上限リミット部は、
前記パワースイッチング素子の素子温度の情報を受け取り、前記素子温度が高いほど前記パワースイッチング素子のターンオンのスイッチング速度を遅くするスイッチング遅延手段を備えることを特徴とする請求項12に記載のゲート駆動回路。 - 前記第一所定値を変更する第一所定値可変回路を備えることを特徴とする請求項12に記載のゲート駆動回路。
- 前記第一所定値可変回路は
前記第一所定値を定める複数のツェナダイオードと、
前記ツェナダイオードの両端に配置される端子とを備えることを特徴とする請求項14に記載のゲート駆動回路。 - パワースイッチング素子のゲートのオフ動作を行うオフ動作回路を備え、
前記オフ動作回路は、
前記ゲートへの入力を第二所定値に保つ下限リミット部を備えることを特徴とするゲート駆動回路。 - 前記下限リミット部は、
前記パワースイッチング素子の素子温度の情報を受け取り、前記素子温度が高いほど前記パワースイッチング素子のターンオフのスイッチング速度を遅くするスイッチング遅延手段を備えることを特徴とする請求項16に記載のゲート駆動回路。 - 前記上限リミット部又は前記下限リミット部は、前記第一所定値又は前記第二所定値を決めるクランプ回路を備えることを特徴とする請求項12又は16に記載のゲート駆動回路。
- 前記第二所定値を変更する第二所定値可変回路を備えることを特徴とする請求項16に記載のゲート駆動回路。
- 前記第二所定値可変回路は、
前記第二所定値を定める複数のツェナダイオードと、
前記ツェナダイオードの両端に配置される端子とを備えることを特徴とする請求項19に記載のゲート駆動回路。
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