JP2010093885A - Drive circuit for power switching element - Google Patents

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誠 岡村
Yusuke Shindo
祐輔 進藤
Tsuneo Maehara
恒男 前原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem of a system in the prior art that it is difficult to strike a balance between the suppression of the power loss of a voltage control type power switching element Sw and the suppression of surge. <P>SOLUTION: The gate of a power switching element Sw is connected to the positive electrode of a power supply 30 via a resistor 34 for charge, a bipolar transistor 32 for charge, and a MOS transistor 40 for charge. To switch on the power switching element Sw, the gate of the power switching element Sw is charged with positive charge by turning on a bipolar transistor 32 for charge to begin with. Then, after the power switching element Sw is switched on, a MOS transistor 40 for charge is turned on. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電圧制御形のパワースイッチング素子を駆動するパワースイッチング素子の駆動回路に関する。   The present invention relates to a drive circuit for a power switching element that drives a voltage-controlled power switching element.

3相モータの各相を直流電源の正極側及び負極側に接続する一対のパワースイッチング素子の直列接続体を備えるインバータが周知である。ここで、一対のパワースイッチング素子のそれぞれには、フリーホイールダイオードが逆並列に接続されている。これら一対のパワースイッチング素子のうちの一方に接続されるフリーホイールダイオードに順方向電流が流れる状況下、他方のパワースイッチング素子をオン操作すると、フリーホイールダイオードには、そのカソード側からアノード側へとリカバリ電流が流れる。リカバリ電流は、増加した後、減少しやがてゼロとなるものであるが、減少を開始するに際して、フリーホイールダイオードの両端にサージ電圧が重畳する。そして、このサージ電圧は、パワースイッチング素子の入出力端子間の電圧降下量が大きいほど小さくなる。   An inverter including a series connection body of a pair of power switching elements that connect each phase of a three-phase motor to a positive electrode side and a negative electrode side of a DC power supply is well known. Here, a free wheel diode is connected in antiparallel to each of the pair of power switching elements. When a forward current flows through a freewheeling diode connected to one of the pair of power switching elements, when the other power switching element is turned on, the freewheeling diode is moved from its cathode side to its anode side. Recovery current flows. The recovery current increases and then decreases and eventually becomes zero, but when starting to decrease, a surge voltage is superimposed on both ends of the freewheel diode. And this surge voltage becomes so small that the amount of voltage drops between the input-output terminals of a power switching element is large.

そこで従来、例えば下記特許文献1に見られるように、パワースイッチング素子としての絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)のゲートに正の電荷を充電するための高電位側のバイポーラトランジスタ及びIGBTのゲートから正の電荷を放電するための低電位側のバイポーラトランジスタの直列接続体を備え、これら一対のバイポーラトランジスタのベースに、CR回路を介してIGBTの駆動信号を印加するものも提案されている。これにより、上記一対のバイポーラトランジスタをエミッタフォロワとして用いることで、エミッタの出力電圧をCR回路の時定数に応じて調節することができる。これにより、ゲートの充電速度を調節することができ、ひいてはサージを好適に抑制することができる。   Therefore, conventionally, as seen in, for example, the following Patent Document 1, a high-potential side bipolar transistor for charging a positive charge to the gate of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) as a power switching element and a positive gate from the gate of the IGBT. It has also been proposed to provide a series connection body of low potential side bipolar transistors for discharging electric charges, and to apply an IGBT drive signal to the bases of the pair of bipolar transistors via a CR circuit. Thus, by using the pair of bipolar transistors as an emitter follower, the output voltage of the emitter can be adjusted according to the time constant of the CR circuit. Thereby, the charge rate of a gate can be adjusted and a surge can be suppressed suitably by extension.

なお、この種の駆動回路としては、他にも例えば下記特許文献2に記載されているものがある。
特開平5−161343号公報 特開2000−295838号公報
Other examples of this type of drive circuit are described in Patent Document 2 below, for example.
JP-A-5-161343 JP 2000-295838 A

ところで、高電位側のバイポーラトランジスタの出力端子(エミッタ)の電圧は、その入力端子(コレクタ)の電圧に対して低下する。このため、例えばMOS型電界効果トランジスタを用いる場合と比較して、IGBTのゲートに印加可能な電圧が小さくなる。そして、ゲートに印加可能な電圧が小さい場合には、IGBTがオン状態である際のIGBTの入力端子及び出力端子間の電圧降下量が増大し、ひいては電力損失が大きくなる。このため、IGBTとして、熱的に十分に余裕のある素子を選択することが要求される。更に、バイポーラトランジスタの出力電圧は、温度に応じて変化し易いため、出力電圧が温度に応じて低下する場合には、IGBTの損失が更に大きくなり、ひいてはIGBTとして更に熱的に余裕がある素子を選択することが要求されることとなる。   By the way, the voltage at the output terminal (emitter) of the bipolar transistor on the high potential side is lower than the voltage at the input terminal (collector). For this reason, compared with the case where a MOS field effect transistor is used, for example, the voltage which can be applied to the gate of IGBT becomes small. When the voltage that can be applied to the gate is small, the amount of voltage drop between the input terminal and the output terminal of the IGBT when the IGBT is in the on state increases, and the power loss increases accordingly. For this reason, it is required to select an element having sufficient thermal capacity as the IGBT. Further, since the output voltage of the bipolar transistor is likely to change according to the temperature, when the output voltage decreases according to the temperature, the loss of the IGBT further increases, and as a result, the IGBT has a further thermal margin. Is required to be selected.

ここで、IGBTのゲートをゲート抵抗を介して高電位側のバイポーラトランジスタに接続する代わりに、ゲート抵抗を介してMOS型電界効果トランジスタに接続する場合には、IGBTのゲートに印加可能な電圧を増大させることはできるものの、スイッチング状態の切り替えに伴うサージの抑制とスイッチング状態の切り替え時の電力損失の低減との両立を図ることが困難となることが懸念される。すなわち、MOS型の電界効果トランジスタとIGBTのゲートとの間のゲート抵抗を増大させると、スイッチング状態の切替速度が小さくなるため、サージを抑制することはできるものの、切り替え時の電力損失が増大する。これに対し、MOS型の電界効果トランジスタとIGBTのゲートとの間のゲート抵抗を低減すると、スイッチング状態の切替速度が大きくなるため、切り替え時の電力損失は低減できるものの、サージが増大する。   Here, when the gate of the IGBT is connected to the MOS field effect transistor via the gate resistance instead of being connected to the bipolar transistor on the high potential side via the gate resistance, the voltage that can be applied to the gate of the IGBT is Although it can be increased, there is a concern that it is difficult to achieve both suppression of surges associated with switching of the switching state and reduction of power loss during switching of the switching state. That is, when the gate resistance between the MOS field effect transistor and the gate of the IGBT is increased, the switching speed of the switching state is reduced, so that surge can be suppressed, but power loss at the time of switching increases. . On the other hand, when the gate resistance between the MOS field effect transistor and the gate of the IGBT is reduced, the switching speed of the switching state is increased, so that the power loss at the time of switching can be reduced but the surge increases.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電圧制御形のパワースイッチング素子の電力損失の抑制とサージの抑制との好適な両立を図ることのできるパワースイッチング素子の駆動回路を提供することにある。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and the object thereof is a power switching element capable of achieving both the suppression of power loss and the suppression of surge of a voltage control type power switching element. The drive circuit is provided.

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。   Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effects thereof will be described.

請求項1記載の発明は、電圧制御形のパワースイッチング素子を駆動する駆動回路において、前記パワースイッチング素子の導通制御端子に正の電荷を充電するための電源と前記導通制御端子との間を電気的に開閉する充電用開閉手段として、電流制御形のスイッチング素子と、電圧制御形のスイッチング素子とを備えることを特徴とする。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a drive circuit for driving a voltage-controlled power switching element, wherein an electrical connection is established between a power source for charging a conduction control terminal of the power switching element and a conduction control terminal. As a charging opening / closing means that opens and closes electrically, a current-controlled switching element and a voltage-controlled switching element are provided.

上記発明では、電流制御形のスイッチング素子を備えることで、電圧制御形のスイッチング素子のみを用いる場合と比較して、パワースイッチング素子の導通制御端子の充電態様の設定の自由度が増し、ひいては、サージを好適に抑制することができる設定が可能となる。更に、電圧制御形のスイッチング素子を備えることで、電流制御形のスイッチング素子のみを用いる場合と比較して、パワースイッチング素子の導通制御端子の電圧を上昇させることもできる。このため、上記発明は、電圧制御形のパワースイッチング素子の電力損失の抑制とサージの抑制との好適な両立を図ることができる。   In the above invention, by providing the current control type switching element, the degree of freedom of setting the charging mode of the conduction control terminal of the power switching element is increased as compared with the case where only the voltage control type switching element is used. Setting that can suitably suppress a surge is possible. Furthermore, by providing the voltage control type switching element, it is possible to increase the voltage of the conduction control terminal of the power switching element as compared with the case where only the current control type switching element is used. For this reason, the said invention can aim at suitable coexistence with suppression of the power loss and suppression of a surge of a voltage control type power switching element.

請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記電流制御形のスイッチング素子は、NPN型のバイポーラトランジスタであることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the current control type switching element is an NPN type bipolar transistor.

請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明において、前記導通制御端子への前記電荷の充電期間のうちの充電開始から所定期間内における前記NPN型バイポーラトランジスタの出力電圧の上昇速度を緩和する緩和手段を備えることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the rate of increase in the output voltage of the NPN bipolar transistor within a predetermined period from the start of charging of the charge to the conduction control terminal is mitigated. It is characterized by providing a relaxing means.

パワースイッチング素子にダイオードが直列接続される場合、導通制御端子の充電期間の中間において、ダイオードにリカバリ電流が流れ、これによりサージが生じる。一方、導通制御端子の充電速度を抑制することで、サージを抑制することができることが知られている。上記発明では、この点に鑑み、緩和手段を備えることで、サージを好適に抑制することができる。   When a diode is connected in series with the power switching element, a recovery current flows through the diode during the charging period of the conduction control terminal, thereby generating a surge. On the other hand, it is known that surge can be suppressed by suppressing the charging speed of the conduction control terminal. In the above invention, in view of this point, the surge can be suitably suppressed by providing the mitigating means.

請求項4記載の発明は、請求項3記載の発明において、前記緩和手段は、前記パワースイッチング素子の操作信号の変化を遅延させる遅延回路を備え、該遅延回路の出力電圧を前記NPN型バイポーラトランジスタのベースに印加する手段であることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the mitigating means includes a delay circuit that delays a change in the operation signal of the power switching element, and the output voltage of the delay circuit is the NPN bipolar transistor. It is a means applied to the base of this.

上記発明では、遅延回路を備えることで、緩和手段を適切に構成することができる。   In the said invention, a mitigating means can be comprised appropriately by providing a delay circuit.

請求項5記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の発明において、前記パワースイッチング素子の導通制御端子に正の電荷を充電すべく前記充電用開閉手段を閉状態とする処理は、前記電流制御形のスイッチング素子をオン状態とした後、前記パワースイッチング素子の導通制御端子の電圧が閾値電圧(前記パワースイッチング素子をオン状態とするための閾値電圧)以上となるタイミング以降において前記電圧制御形のスイッチング素子をオン状態とする処理であることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, the charging opening / closing means is closed to charge the conduction control terminal of the power switching element with a positive charge. The processing is after the timing when the voltage of the conduction control terminal of the power switching element becomes equal to or higher than a threshold voltage (threshold voltage for turning on the power switching element) after the current control type switching element is turned on. In the step, the voltage-controlled switching element is turned on.

上記発明では、電圧制御形のスイッチング素子を、パワースイッチング素子がオン状態となるタイミング以降において導通制御端子に印加する電圧を確保する用途として用いることができる。   In the above-described invention, the voltage control type switching element can be used as an application for securing a voltage to be applied to the conduction control terminal after the timing when the power switching element is turned on.

請求項6記載の発明は、請求項2〜5のいずれか1項に記載の発明において、前記パワースイッチング素子の導通制御端子から前記正の電荷を放電させるべく前記導通制御端子と前記正の電荷の放電経路の下流側との間を電気的に開閉する放電用開閉手段として、PNP型のバイポーラトランジスタを備えることを特徴とする。   The invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 2 to 5, wherein the conduction control terminal and the positive charge are discharged so as to discharge the positive charge from the conduction control terminal of the power switching element. As a discharge opening / closing means for electrically opening / closing between the discharge path and the downstream side of the discharge path, a PNP bipolar transistor is provided.

上記発明では、充電用開閉手段と放電用開閉手段とがそれぞれ、NPN型バイポーラトランジスタとPNP型バイポーラトランジスタとを備えるために、これらの一方に対してオン状態に切り替える指令を与えて且つ他方に対してオフ状態に切り替える指令を与える際、デッドタイムを生成する処理を削除することができる。   In the above invention, since the charging opening / closing means and the discharging opening / closing means include the NPN type bipolar transistor and the PNP type bipolar transistor, respectively, a command to turn on one of them is given and the other is given. When the command to switch to the off state is given, the process for generating the dead time can be deleted.

請求項7記載の発明は、請求項6記載の発明において、前記放電用開閉手段として、電圧制御形のスイッチング素子を更に備えることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the invention, in the sixth aspect of the invention, the discharge opening / closing means further includes a voltage control type switching element.

請求項8記載の発明は、請求項7記載の発明において、前記パワースイッチング素子の導通制御端子から正の電荷を放電すべく前記放電用開閉手段を閉状態とする処理は、前記電流制御形のスイッチング素子をオン状態とした後、前記パワースイッチング素子の導通制御端子の電圧が閾値電圧(前記パワースイッチング素子をオフ状態とするための閾値電圧)以下となるタイミング以降において前記電圧制御形のスイッチング素子をオン状態とする処理であることを特徴とする。   According to an eighth aspect of the invention, in the seventh aspect of the invention, the process of closing the discharge opening / closing means to discharge positive charges from the conduction control terminal of the power switching element is of the current control type. After the switching element is turned on, the voltage-controlled switching element after the timing when the voltage at the conduction control terminal of the power switching element becomes equal to or lower than a threshold voltage (threshold voltage for turning the power switching element off). This is a process for turning on.

請求項9記載の発明は、請求項1〜8のいずれか1項に記載の発明において、前記パワースイッチング素子には、ダイオードが直列接続されてなることを特徴とする。   The invention according to claim 9 is the invention according to any one of claims 1 to 8, wherein a diode is connected in series to the power switching element.

(第1の実施形態)
以下、本発明にかかるパワースイッチング素子の駆動回路をハイブリッド車の電力変換回路の駆動回路に適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, an embodiment in which a drive circuit of a power switching element according to the present invention is applied to a drive circuit of a power conversion circuit of a hybrid vehicle will be described with reference to the drawings.

図1に、本実施形態のシステム構成を示す。図示されるように、車載回転機としてのモータジェネレータ10は、インバータIVを介して高圧バッテリ12に接続されている。インバータIVは、高電位側のパワースイッチング素子Swp及び低電位側のパワースイッチング素子Swnの直列接続体が3つ並列接続されて構成されている。そして、これら各直列接続体の接続点が、モータジェネレータ10の各相にそれぞれ接続されている。これら高電位側のパワースイッチング素子Swp及び低電位側のパワースイッチング素子Swnのそれぞれの入出力端子間(コレクタ及びエミッタ間)には、高電位側のフリーホイールダイオードFDp及び低電位側のフリーホイールダイオードFDnのカソード及びアノードが接続されている。   FIG. 1 shows the system configuration of this embodiment. As shown in the figure, a motor generator 10 as an in-vehicle rotating machine is connected to a high voltage battery 12 via an inverter IV. The inverter IV is configured by connecting three series-connected bodies of a high-potential side power switching element Swp and a low-potential side power switching element Swn in parallel. The connection points of these series connection bodies are connected to the respective phases of the motor generator 10. Between the input / output terminals (between collector and emitter) of the high potential side power switching element Swp and the low potential side power switching element Swn, there is a high potential side freewheel diode FDp and a low potential side freewheel diode. The cathode and anode of FDn are connected.

上記インバータIVを構成するパワースイッチング素子Swp,Swnの導通制御端子(ゲート)には、いずれも駆動回路DCが接続されている。これにより、パワースイッチング素子Swp,Swnは、駆動回路DC及びインターフェース14を介して、低圧バッテリ16を電源とするマイクロコンピュータ(マイコン20)にて駆動される。ここで、インターフェース14は、インバータIVやコンバータCVを備える高圧システムと、マイコン20を備える低圧システムとを絶縁するフォトカプラ等の絶縁手段を備えて構成されるものである。マイコン20は、図示しない各種センサの検出値等に基づき、インバータIVのU相、V相、及びW相のそれぞれについての、パワースイッチング素子Swpを操作する操作信号gup,gvp,gwpと、パワースイッチング素子Swnを操作する操作信号gun,gvn,gwnとを生成し出力する。これにより、スイッチング素子Swp,Swnは、駆動回路DCを介してマイコン20により操作される。なお、各相の高電位側の操作信号gup,gvp,gwpのそれぞれと、低電位側の操作信号gun,gvn,gwnのそれぞれとは、高電位側のスイッチング素子Swpと低電位側のスイッチング素子Swnとを互いに相補的に駆動するものとしてもよい。すなわち、いずれか一方の操作信号がオン状態とするための信号である期間、他方の操作信号がオフ状態とするための信号となるようにしてもよい。   A drive circuit DC is connected to the conduction control terminals (gates) of the power switching elements Swp and Swn constituting the inverter IV. Thereby, the power switching elements Swp and Swn are driven by the microcomputer (microcomputer 20) using the low voltage battery 16 as a power source via the drive circuit DC and the interface 14. Here, the interface 14 includes an insulating means such as a photocoupler that insulates the high voltage system including the inverter IV and the converter CV from the low voltage system including the microcomputer 20. The microcomputer 20 controls operation signals gup, gvp, and gwp for operating the power switching element Swp for each of the U phase, V phase, and W phase of the inverter IV based on detection values of various sensors (not shown), and power switching. Operation signals gn, gvn, and gwn for operating the element Swn are generated and output. Thereby, the switching elements Swp and Swn are operated by the microcomputer 20 via the drive circuit DC. The high-potential side operation signals gup, gvp, and gwp of each phase and the low-potential side operation signals gun, gvn, and gwn are respectively a high-potential side switching element Swp and a low-potential side switching element. Swn may be driven complementarily to each other. In other words, during the period when one of the operation signals is a signal for turning on, the other operation signal may be a signal for turning off.

上記パワースイッチング素子Swp,Swnは、いずれも、入力端子及び出力端子が一義に定義されており、出力端子から入力端子への電流の流通を阻止するスイッチング素子である。詳しくは、これらは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)にて構成されている。このため、高電位側のパワースイッチング素子Swpに電流が流れ得る状況下にあっては、これをオフ状態とすることで、低電位側のパワースイッチング素子Swnに電流が流れず、これに逆並列に接続されるフリーホイールダイオードFDnに電流が流れる。また、低電位側のパワースイッチング素子Swnに電流が流れ得る状況下にあっては、これをオフ状態とすることで、高電位側のパワースイッチング素子Swpに電流が流れず、これに逆並列に接続されるフリーホイールダイオードFDpに電流が流れる。そしてこの場合、上記パワースイッチング素子Swp(Swn)が再度オン操作される際には、フリーホイールダイオードFDn(FDp)にリカバリ電流が流れる。そして、このリカバリ電流は、パワースイッチング素子Swp,Swnをオン操作する際のサージ電圧の原因となる。以下、これについて図2を用いて更に説明する。   Each of the power switching elements Swp and Swn is a switching element that has an input terminal and an output terminal that are uniquely defined and prevents a current from flowing from the output terminal to the input terminal. Specifically, these are constituted by insulated gate bipolar transistors (IGBT). For this reason, in a situation where a current can flow through the power switching element Swp on the high potential side, by turning it off, the current does not flow through the power switching element Swn on the low potential side, and this is antiparallel. A current flows through the freewheeling diode FDn connected to. Further, in a situation where a current can flow through the low potential side power switching element Swn, by turning it off, no current flows through the high potential side power switching element Swp, and this is in antiparallel. A current flows through the connected freewheeling diode FDp. In this case, when the power switching element Swp (Swn) is turned on again, a recovery current flows through the freewheel diode FDn (FDp). This recovery current causes a surge voltage when the power switching elements Swp and Swn are turned on. Hereinafter, this will be further described with reference to FIG.

図2には、高電位側のパワースイッチング素子Swpに電流が流れ得る状況を例示している。こうした状況下、図2(a)に示すように、高電位側のパワースイッチング素子Swpがオフ状態であるなら、コレクタ電流icはゼロであり、低電位側のフリーホイールダイオードFDnに順方向の電流idが流れる。この際、フリーホイールダイオードFDnの両端の電圧Vfdは略ゼロであるため、高電位側のパワースイッチング素子Swpのエミッタ及びコレクタ間の電圧Vceは、高圧バッテリ12の電圧Vdc程度となっている。   FIG. 2 illustrates a situation where a current can flow through the power switching element Swp on the high potential side. Under such circumstances, as shown in FIG. 2A, when the high-potential side power switching element Swp is in the OFF state, the collector current ic is zero, and the forward current flows through the low-potential-side freewheel diode FDn. id flows. At this time, since the voltage Vfd across the free wheel diode FDn is substantially zero, the voltage Vce between the emitter and the collector of the power switching element Swp on the high potential side is about the voltage Vdc of the high voltage battery 12.

ここで、時刻t1において、高電位側のパワースイッチング素子Swpがオン操作されると、図2(b)に示されるように、コレクタ電流icが漸増する。これに伴いフリーホイールダイオードFDnを流れる電流idは、漸減してやがてゼロとなる。このとき、コレクタ及びエミッタ間の電圧Vceは、コレクタ電流icの電流変化率とインバータIVの配線に存在するインダクタ成分(図中、配線インダクタLpと模式的に表記)の積を電源電圧Vdcから減算した値となる。   Here, when the power switching element Swp on the high potential side is turned on at time t1, the collector current ic gradually increases as shown in FIG. Along with this, the current id flowing through the free wheel diode FDn gradually decreases to zero. At this time, the voltage Vce between the collector and the emitter is obtained by subtracting the product of the current change rate of the collector current ic and the inductor component existing in the wiring of the inverter IV (schematically represented as wiring inductor Lp in the figure) from the power supply voltage Vdc. It becomes the value.

フリーホイールダイオードFDnを流れる電流がゼロとなると、フリーホイールダイオードFDnのキャリア蓄積効果により、逆方向の電流であるリカバリ電流が流れ始める。このとき、高電位側のスイッチング素子Swpのコレクタ及びエミッタ間には、モータジェネレータ10との間で授受される電流(負荷電流)に加えて、リカバリ電流が流れることとなる。そしてその後、フリーホイールダイオードFDnの接合部のキャリアが減少し、リカバリ電流は漸増から漸減に転じ、やがてゼロとなる。ここで、リカバリ電流が漸増から漸減に転じる際には、リカバリ電流の電流変化率とインバータIVの配線に存在するインダクタ成分によって生じる電圧成分によってサージ電圧が生じる。   When the current flowing through the free wheel diode FDn becomes zero, a recovery current that is a reverse current starts to flow due to the carrier accumulation effect of the free wheel diode FDn. At this time, a recovery current flows between the collector and the emitter of the switching element Swp on the high potential side in addition to the current (load current) exchanged with the motor generator 10. After that, the carrier at the junction of the free wheel diode FDn decreases, and the recovery current gradually changes from increasing to zero and eventually becomes zero. Here, when the recovery current changes from gradual increase to gradual decrease, a surge voltage is generated by the current change rate of the recovery current and the voltage component generated by the inductor component existing in the wiring of the inverter IV.

図3に、上記サージ電圧の抑制効果を有する本実施形態にかかる駆動回路DCの回路構成を示す。なお、以下では、パワースイッチング素子Swp,Swnをパワースイッチング素子Swにて総括表記し、フリーホイールダイオードFDp,FDnをフリーホイールダイオードFDにて総括表記する。また、上記操作信号gup,gvp,gwp,gun,gvn,gwnを、操作信号gにて総括表記する。   FIG. 3 shows a circuit configuration of the drive circuit DC according to the present embodiment having an effect of suppressing the surge voltage. In the following description, the power switching elements Swp and Swn are collectively expressed as a power switching element Sw, and the free wheel diodes FDp and FDn are collectively expressed as a free wheel diode FD. Further, the operation signals gup, gvp, gwp, gun, gvn, and gwn are collectively expressed by the operation signal g.

図示されるように、駆動回路DCにおいては、電圧Vinの電源30の正極に、NPN型のバイポーラトランジスタである充電用バイポーラトランジスタ32のコレクタが接続され、そのエミッタには、充電用抵抗体34を介してパワースイッチング素子Swのゲートが接続されている。また、電源30の負極に、PNP型のバイポーラトランジスタである放電用バイポーラトランジスタ36のコレクタが接続され、そのエミッタには、放電用抵抗体38を介してパワースイッチング素子Swのゲートが接続されている。更に、上記充電用バイポーラトランジスタ32のコレクタ及びエミッタ間には、PチャネルMOS型電界効果トランジスタからなる充電用MOSトランジスタ40が並列接続されている。   As shown in the figure, in the drive circuit DC, the collector of a charging bipolar transistor 32, which is an NPN-type bipolar transistor, is connected to the positive electrode of a power source 30 having a voltage Vin, and a charging resistor 34 is connected to the emitter thereof. The gate of the power switching element Sw is connected through the via. The collector of a discharge bipolar transistor 36, which is a PNP bipolar transistor, is connected to the negative electrode of the power supply 30, and the gate of the power switching element Sw is connected to the emitter via a discharge resistor 38. . Further, a charging MOS transistor 40 made of a P-channel MOS field effect transistor is connected in parallel between the collector and emitter of the charging bipolar transistor 32.

一方、入力回路42は、上記操作信号gを入力とし、これに応じて充電用バイポーラトランジスタ32や、放電用バイポーラトランジスタ36、充電用MOSトランジスタ40を操作する回路である。ここで、充電用バイポーラトランジスタ32と放電用バイポーラトランジスタ36との操作は、入力回路42は、操作信号gを所定に電圧変換した信号を遅延回路44に出力することで行われる。すなわち、入力回路42は、電源30の電圧Vinが印加される一対のバイポーラトランジスタ又はMOS型電界効果トランジスタ等からなるバッファ回路を備え、バッファ回路を介して操作信号gに応じた信号を遅延回路44に出力する。   On the other hand, the input circuit 42 is a circuit that receives the operation signal g and operates the charging bipolar transistor 32, the discharging bipolar transistor 36, and the charging MOS transistor 40 in accordance with the input. Here, the operation of the charging bipolar transistor 32 and the discharging bipolar transistor 36 is performed by the input circuit 42 outputting to the delay circuit 44 a signal obtained by converting the operation signal g into a predetermined voltage. That is, the input circuit 42 includes a buffer circuit including a pair of bipolar transistors or MOS field effect transistors to which the voltage Vin of the power supply 30 is applied, and a signal corresponding to the operation signal g is transmitted through the buffer circuit to the delay circuit 44. Output to.

上記遅延回路44は、線形素子としての抵抗体44aとコンデンサ44bとを備えるCR回路である。抵抗体44aとコンデンサ44bとの接続点の電圧は、遅延回路44の出力信号(遅延電圧Vd)として、充電用バイポーラトランジスタ32と放電用バイポーラトランジスタ36とのそれぞれのベースに印加される。この遅延回路44は、主に、充電用バイポーラトランジスタ32のエミッタの出力電圧Vout1の上昇速度を、操作信号gの上昇速度に対して緩和するために設けられたものである。すなわち、充電用バイポーラトランジスタ32は、エミッタフォロワ回路を構成しているため、エミッタからの出力電圧Vout1は、ベースに印加される電圧(遅延電圧Vd)となる(より正確には、これからベース及びエミッタ間の電圧降下量Vbeだけ低い値となる)。   The delay circuit 44 is a CR circuit including a resistor 44a as a linear element and a capacitor 44b. The voltage at the connection point between the resistor 44a and the capacitor 44b is applied to the respective bases of the charging bipolar transistor 32 and the discharging bipolar transistor 36 as an output signal (delay voltage Vd) of the delay circuit 44. The delay circuit 44 is provided mainly for relaxing the rising speed of the output voltage Vout1 of the emitter of the charging bipolar transistor 32 with respect to the rising speed of the operation signal g. That is, since the charging bipolar transistor 32 constitutes an emitter follower circuit, the output voltage Vout1 from the emitter becomes a voltage (delay voltage Vd) applied to the base (more precisely, from now on, the base and emitter The voltage drop amount is between Vbe).

上記入力回路42は、更に、操作信号gによって、パワースイッチング素子Swをオフ状態からオン状態へと切り替える旨指示されてから所定期間経過することで充電用MOSトランジスタ40をオン状態とする機能を有する。これにより、パワースイッチング素子Swのゲートの充電終了後には、ゲートの電圧を電源30の電圧Vinに保持することができる。   The input circuit 42 further has a function of turning on the charging MOS transistor 40 when a predetermined period elapses after the operation signal g instructs that the power switching element Sw be switched from the off state to the on state. . Thereby, the voltage of the gate can be held at the voltage Vin of the power source 30 after the charging of the gate of the power switching element Sw is completed.

図4に、本実施形態にかかるパワースイッチング素子Swのオン状態への切り替え処理態様を示す。詳しくは、図4(a)に、操作信号gの推移を示し、図4(b)に、入力回路42の出力信号の電圧(駆動電圧Vm)の推移を示し、図4(c)に、遅延回路44の出力信号の電圧(遅延電圧Vd)の推移を示し、図4(d)に、充電用バイポーラトランジスタ32の出力電圧Vout1の推移を示す。更に、図4(e)に、パワースイッチング素子Swのゲートの充電電流の推移を示し、図4(f)に、パワースイッチング素子Swのゲート電圧Vgの推移を示し、図4(g)に、充電用MOSトランジスタ32の状態の推移を示す。   FIG. 4 shows a switching processing mode for turning on the power switching element Sw according to the present embodiment. Specifically, FIG. 4A shows the transition of the operation signal g, FIG. 4B shows the transition of the output signal voltage (drive voltage Vm) of the input circuit 42, and FIG. The transition of the voltage (delay voltage Vd) of the output signal of the delay circuit 44 is shown, and FIG. 4D shows the transition of the output voltage Vout1 of the charging bipolar transistor 32. Further, FIG. 4E shows the transition of the charging current of the gate of the power switching element Sw, FIG. 4F shows the transition of the gate voltage Vg of the power switching element Sw, and FIG. The transition of the state of the charging MOS transistor 32 is shown.

図示されるように、操作信号gが立ち上がることで駆動電圧Vmも立ち上がるものの、遅延電圧Vdの上昇速度は、駆動電圧Vmの上昇速度よりも緩やかとなる。このため、出力電圧Vout1の上昇速度も、操作信号gや駆動電圧Vmの立ち上がり速度と比較して緩やかなものとなる。したがって、ゲート電圧Vgの上昇速度は、上記遅延回路44を備えない場合と比較して緩やかなものとなる。   As shown in the figure, the drive voltage Vm rises when the operation signal g rises, but the rising speed of the delay voltage Vd becomes slower than the rising speed of the drive voltage Vm. For this reason, the rising speed of the output voltage Vout1 is also slower than the rising speed of the operation signal g and the drive voltage Vm. Therefore, the rising speed of the gate voltage Vg is moderate as compared with the case where the delay circuit 44 is not provided.

上記出力電圧Vout1は緩やかに上昇した後、一定値となるものである。本実施形態では、パワースイッチング素子Swのオン状態への切り替わりに起因してこれに直列接続されるフリーホイールダイオードFDにリカバリ電流が流れる期間が、緩やかに上昇する期間に包含されるように、予め遅延回路44の時定数を設定する。これにより、リカバリ電流に起因するサージの抑制を図ることができる。   The output voltage Vout1 rises gently and then becomes a constant value. In the present embodiment, the period in which the recovery current flows through the freewheeling diode FD connected in series due to the switching of the power switching element Sw to the on state is included in the period of gradual increase. The time constant of the delay circuit 44 is set. Thereby, suppression of the surge resulting from a recovery current can be aimed at.

一方、ゲートの充電電流は、出力電圧Vout1とゲート電圧Vgとの差圧に応じて流れるものである。ただし、この充電電流は、充電用抵抗体34によって制御可能である。このため、充電用抵抗体34を比較的低抵抗とすることで、出力電圧Vout1が略定常値となった後のゲートの充電速度を高速化することができる。このため、パワースイッチング素子Swがオフ状態からオン状態へと切り替わるまでに要する時間を短縮することができ、ひいてはスイッチング状態の切り替えに伴う電力損失を低減することができる。   On the other hand, the gate charging current flows according to the differential pressure between the output voltage Vout1 and the gate voltage Vg. However, this charging current can be controlled by the charging resistor 34. For this reason, by setting the charging resistor 34 to have a relatively low resistance, the charging speed of the gate after the output voltage Vout1 becomes a substantially steady value can be increased. For this reason, the time required for the power switching element Sw to switch from the off state to the on state can be shortened, and as a result, power loss associated with switching of the switching state can be reduced.

上記操作信号gによってパワースイッチング素子Swをオン状態に切り替える旨指示されてから所定期間T経過すると、上記充電用MOSトランジスタ40をオン操作とする。ここで、所定期間Tは、充電用バイポーラトランジスタ32によるパワースイッチング素子Swのゲートの充電が略完了するタイミングに設定される。これにより、パワースイッチング素子Swがオン状態とされた後には、ゲート電圧Vgを電源30の電圧Vinに持ち上げ保持することができる。   When a predetermined period T elapses after the operation signal g instructs the power switching element Sw to be turned on, the charging MOS transistor 40 is turned on. Here, the predetermined period T is set to a timing at which the charging of the gate of the power switching element Sw by the charging bipolar transistor 32 is substantially completed. Thereby, after the power switching element Sw is turned on, the gate voltage Vg can be raised to the voltage Vin of the power supply 30 and held.

このように、本実施形態では、遅延回路44の出力電圧をエミッタフォロワを介してパワースイッチング素子Swのゲートに印加するようにしたことで、遅延回路44の時定数によって、サージを抑制すべくゲートの充電処理態様を調節することができる。このようにバイポーラトランジスタを用いてサージ対策を施すことで、あたかも充電用抵抗体34の抵抗値をゲートの充電期間において可変とするかのような充電制御が可能となる。このため、充電用抵抗体34のみによってサージ対策をする場合と比較して、スイッチング状態の切り替えに伴う電力損失の増大を抑制しつつもサージ対策をより好適に行うことができる。   As described above, in this embodiment, the output voltage of the delay circuit 44 is applied to the gate of the power switching element Sw via the emitter follower, so that the gate can be suppressed in accordance with the time constant of the delay circuit 44. It is possible to adjust the charging process mode. By taking a surge countermeasure by using a bipolar transistor in this way, it is possible to perform charge control as if the resistance value of the charging resistor 34 is variable during the gate charging period. For this reason, compared with the case where a surge countermeasure is performed only by the charging resistor 34, the surge countermeasure can be more suitably performed while suppressing an increase in power loss associated with switching of the switching state.

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。   According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.

(1)パワースイッチング素子Swの導通制御端子(ゲート)に正の電荷を充電するための電源30とゲートとの間を電気的に開閉する充電用開閉手段として、充電用バイポーラトランジスタ32と、充電用MOSトランジスタ40とを備えた。これにより、パワースイッチング素子Swの電力損失の抑制とサージの抑制との好適な両立を図ることができる。   (1) A charging bipolar transistor 32 as a charging opening / closing means for electrically switching between a power source 30 and a gate for charging a positive charge to the conduction control terminal (gate) of the power switching element Sw, and charging MOS transistor 40 is provided. Thereby, suitable coexistence with suppression of the power loss of the power switching element Sw and suppression of a surge can be aimed at.

(2)充電用バイポーラトランジスタ32をエミッタフォロワとして用いて且つ、そのベースに遅延回路44の出力電圧(遅延電圧Vd)を印加した。これにより、パワースイッチング素子Swのゲートの充電期間初期の充電速度を緩和することができ、ひいてはサージを好適に抑制することができる。   (2) The charging bipolar transistor 32 was used as an emitter follower, and the output voltage (delay voltage Vd) of the delay circuit 44 was applied to its base. Thereby, the charge speed in the initial charging period of the gate of the power switching element Sw can be relaxed, and the surge can be suitably suppressed.

(3)充電用バイポーラトランジスタ32をオン状態とすることでパワースイッチング素子Swのゲート電圧がパワースイッチング素子Swをオン状態とするための閾値電圧以上となるタイミング以降において充電用MOSトランジスタ40をオン状態とした。これにより、サージ対策を抑制する処理を確実に行うことや、充電用MOSトランジスタ40と放電用バイポーラトランジスタ36との間に貫通電流が流れることを回避することができる。   (3) The charging MOS transistor 40 is turned on after the timing when the gate voltage of the power switching element Sw becomes equal to or higher than the threshold voltage for turning on the power switching element Sw by turning on the charging bipolar transistor 32. It was. As a result, it is possible to reliably perform the processing for suppressing the surge countermeasures and to avoid a through current from flowing between the charging MOS transistor 40 and the discharging bipolar transistor 36.

(4)パワースイッチング素子Swのゲートから正の電荷を放電させるためのスイッチング素子として、放電用バイポーラトランジスタ36を備えた。これにより、充電用バイポーラトランジスタ32と放電用バイポーラトランジスタ36との双方が同時にオン状態となる貫通状態が生じることを制御上簡易に回避しつつ、操作信号gに基づきパワースイッチング素子Swのゲートの充放電処理を行うことができる。   (4) A discharging bipolar transistor 36 is provided as a switching element for discharging positive charges from the gate of the power switching element Sw. As a result, the charging of the gate of the power switching element Sw based on the operation signal g can be easily avoided while avoiding the occurrence of a through state in which both the charging bipolar transistor 32 and the discharging bipolar transistor 36 are simultaneously turned on. Discharge treatment can be performed.

(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.

図5に、本実施形態にかかる駆動回路DCの回路構成を示す。なお、図5において、先の図3に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。   FIG. 5 shows a circuit configuration of the drive circuit DC according to the present embodiment. In FIG. 5, members corresponding to those shown in FIG. 3 are given the same reference numerals for the sake of convenience.

本実施形態では、充電用バイポーラトランジスタ32の出力電圧Vout1をモニタし、これが閾値電圧以上となることで、充電用MOSトランジスタ40をオン操作する。そして、この閾値電圧を、電源30の電圧Vinよりも充電用バイポーラトランジスタ32のベース及びエミッタ間の電圧降下量Vbe程度低い値に設定する。これにより、充電用バイポーラトランジスタ32によるパワースイッチング素子Swのゲートの充電処理中に、充電用MOSトランジスタ40をオン操作することができる。   In the present embodiment, the output voltage Vout1 of the charging bipolar transistor 32 is monitored, and when this becomes equal to or higher than the threshold voltage, the charging MOS transistor 40 is turned on. The threshold voltage is set to a value lower than the voltage Vin of the power supply 30 by a voltage drop Vbe between the base and emitter of the charging bipolar transistor 32. Thereby, the charging MOS transistor 40 can be turned on during the charging process of the gate of the power switching element Sw by the charging bipolar transistor 32.

(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.

図6に、本実施形態にかかる駆動回路DCの回路構成を示す。なお、図6において、先の図3に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。   FIG. 6 shows a circuit configuration of the drive circuit DC according to the present embodiment. In FIG. 6, members corresponding to those shown in FIG. 3 are given the same reference numerals for convenience.

本実施形態では、パワースイッチング素子Swのゲート電圧Vgをモニタし、これが閾値電圧以上となることで、充電用MOSトランジスタ40をオン操作する。そして、この閾値電圧を、電源30の電圧Vinよりも充電用バイポーラトランジスタ32のベース及びエミッタ間の電圧降下量Vbe程度低い値に設定する。これによっても、先の第1の実施形態のように、充電用バイポーラトランジスタ32によるパワースイッチング素子Swのゲートの充電の完了後に、充電用MOSトランジスタ40をオン操作することができる。   In the present embodiment, the gate voltage Vg of the power switching element Sw is monitored, and when this becomes equal to or higher than the threshold voltage, the charging MOS transistor 40 is turned on. The threshold voltage is set to a value lower than the voltage Vin of the power supply 30 by a voltage drop Vbe between the base and emitter of the charging bipolar transistor 32. Also by this, the charging MOS transistor 40 can be turned on after the charging bipolar transistor 32 completes the charging of the gate of the power switching element Sw as in the first embodiment.

(第4の実施形態)
以下、第4の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, the fourth embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.

図7に、本実施形態にかかるパワースイッチング素子Swのオン状態への切り替え処理態様を示す。なお、図7(a)〜図7(g)は、先の図4(a)〜図4(g)に対応している。   FIG. 7 shows a switching processing mode for turning on the power switching element Sw according to the present embodiment. 7A to 7G correspond to the previous FIGS. 4A to 4G.

図示されるように、本実施形態によっても、上記操作信号gによってパワースイッチング素子Swをオン状態に切り替える旨指示されてから所定期間T経過すると、上記充電用MOSトランジスタ40をオン操作する。ただし本実施形態では、所定期間Tを、パワースイッチング素子Swがオン状態への移行を開始するタイミング以降であって極力早期のタイミングに設定する。詳しくは、パワースイッチング素子Swのゲート電圧がミラー期間の電圧となるタイミングであって且つパワースイッチング素子Swに直列接続されるフリーホイールダイオードFDのリカバリ電流がゼロとなるタイミングに設定される。これにより、リカバリ電流がゼロとなった後には、パワースイッチング素子Swのゲート電圧を電源30の電圧Vinまで迅速に持ち上げることができる。   As shown in the figure, also in the present embodiment, the charging MOS transistor 40 is turned on when a predetermined period T elapses after the operation signal g instructs the power switching element Sw to be turned on. However, in the present embodiment, the predetermined period T is set to a timing as early as possible after the timing when the power switching element Sw starts to be turned on. Specifically, it is set to a timing at which the gate voltage of the power switching element Sw becomes the voltage in the mirror period and the recovery current of the free wheel diode FD connected in series to the power switching element Sw becomes zero. Thereby, after the recovery current becomes zero, the gate voltage of the power switching element Sw can be quickly raised to the voltage Vin of the power supply 30.

(第5の実施形態)
以下、第5の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Fifth embodiment)
Hereinafter, a fifth embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on differences from the first embodiment.

図8に、本実施形態にかかる駆動回路DCの回路構成を示す。なお、図8において、先の図3に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。   FIG. 8 shows a circuit configuration of the drive circuit DC according to the present embodiment. In FIG. 8, members corresponding to those shown in FIG. 3 are given the same reference numerals for the sake of convenience.

図示されるように、本実施形態では、放電用バイポーラトランジスタ36のコレクタ及びエミッタ間に、NチャネルのMOS型電界効果トランジスタとしての放電用MOSトランジスタ50が並列接続されている。   As shown in the figure, in this embodiment, a discharge MOS transistor 50 as an N-channel MOS field effect transistor is connected in parallel between the collector and emitter of the discharge bipolar transistor 36.

図9に、本実施形態にかかるパワースイッチング素子Swのオフ状態への切り替え処理態様を示す。詳しくは、図9(a)に、操作信号gの推移を示し、図9(b)に、放電用バイポーラトランジスタ36のエミッタ電圧(出力電圧Vout1)の推移を示し、図9(c)に、パワースイッチング素子Swのゲート電圧の推移を示し、図9(d)に、放電用MOSトランジスタ50の状態の推移を示す。   FIG. 9 shows a switching processing mode of the power switching element Sw according to the present embodiment to the off state. Specifically, FIG. 9A shows the transition of the operation signal g, FIG. 9B shows the transition of the emitter voltage (output voltage Vout1) of the discharging bipolar transistor 36, and FIG. The transition of the gate voltage of the power switching element Sw is shown, and FIG. 9D shows the transition of the state of the discharge MOS transistor 50.

図示されるように、本実施形態では、操作信号gによって、パワースイッチング素子Swをオフ状態に切り替える旨指示されると、まず放電用バイポーラトランジスタ36がオン操作されることで、パワースイッチング素子Swのゲートから正の電荷を放電させる。そして、上記指示されるタイミングから所定期間Tが経過することで、放電用MOSトランジスタ50がオン操作されることで、パワースイッチング素子Swのゲート電圧Vgを、電源30の負極電位まで引き下げて保持する。ここで、所定期間Tは、放電用バイポーラトランジスタ36によるパワースイッチング素子Swのゲートの放電処理が完了するのに要する所要時間程度に設定される。   As shown in the figure, in this embodiment, when the operation signal g instructs to switch the power switching element Sw to the off state, the discharge bipolar transistor 36 is first turned on, so that the power switching element Sw is turned on. A positive charge is discharged from the gate. Then, when the predetermined period T has elapsed from the instructed timing, the discharge MOS transistor 50 is turned on, whereby the gate voltage Vg of the power switching element Sw is lowered to the negative potential of the power supply 30 and held. . Here, the predetermined period T is set to a time required for completing the discharge process of the gate of the power switching element Sw by the discharge bipolar transistor 36.

(第6の実施形態)
以下、第6の実施形態について、先の第5の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Sixth embodiment)
Hereinafter, the sixth embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the fifth embodiment.

図10に、本実施形態にかかる駆動回路DCの回路構成を示す。なお、図10において、先の図8に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。   FIG. 10 shows a circuit configuration of the drive circuit DC according to the present embodiment. In FIG. 10, members corresponding to those shown in FIG. 8 are given the same reference numerals for convenience.

本実施形態では、放電用バイポーラトランジスタ36の出力電圧Vout2をモニタし、これが閾値電圧以下となることで、放電用MOSトランジスタ50をオン操作する。そして、この閾値電圧を、放電用バイポーラトランジスタ36のベース及びエミッタ間の電圧降下量Vbe程度に設定する。これにより、パワースイッチング素子Swのゲートの放電処理の途中で、放電用MOSトランジスタ50をオン操作することができる。   In the present embodiment, the output voltage Vout2 of the discharge bipolar transistor 36 is monitored, and when this becomes equal to or lower than the threshold voltage, the discharge MOS transistor 50 is turned on. The threshold voltage is set to about the voltage drop amount Vbe between the base and the emitter of the discharging bipolar transistor 36. As a result, the discharging MOS transistor 50 can be turned on during the discharging process of the gate of the power switching element Sw.

(第7の実施形態)
以下、第7の実施形態について、先の第5の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Seventh embodiment)
Hereinafter, the seventh embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the fifth embodiment.

図11に、本実施形態にかかる駆動回路DCの回路構成を示す。なお、図11において、先の図10に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。   FIG. 11 shows a circuit configuration of the drive circuit DC according to the present embodiment. In FIG. 11, members corresponding to those shown in FIG. 10 are given the same reference numerals for convenience.

本実施形態では、パワースイッチング素子Swのゲート電圧Vgをモニタし、これが閾値電圧以下となることで、放電用MOSトランジスタ50をオン操作する。そして、この閾値電圧を、放電用バイポーラトランジスタ36のベース及びエミッタ間の電圧降下量Vbe程度に設定する。これによっても、先の第5の実施形態のように、放電用バイポーラトランジスタ36によるパワースイッチング素子Swのゲートの放電の完了後に、放電用MOSトランジスタ50をオン操作することができる。   In the present embodiment, the gate voltage Vg of the power switching element Sw is monitored, and the discharge MOS transistor 50 is turned on when the gate voltage Vg is equal to or lower than the threshold voltage. The threshold voltage is set to about the voltage drop amount Vbe between the base and the emitter of the discharging bipolar transistor 36. This also makes it possible to turn on the discharge MOS transistor 50 after the discharge bipolar transistor 36 completes the discharge of the gate of the power switching element Sw, as in the fifth embodiment.

(第8の実施形態)
以下、第8の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Eighth embodiment)
Hereinafter, the eighth embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.

図12に、本実施形態にかかるパワースイッチング素子Swのオン状態への切り替え処理態様を示す。なお、図12(a)〜図12(d)は、先の図9(a)〜図9(d)に対応している。   FIG. 12 shows a switching processing mode of the power switching element Sw according to the present embodiment to the on state. FIGS. 12A to 12D correspond to the previous FIGS. 9A to 9D.

図示されるように、本実施形態によっても、上記操作信号gによってパワースイッチング素子Swをオフ状態に切り替える旨指示されてから所定期間T経過すると、上記放電用MOSトランジスタ50をオン操作する。ただし本実施形態では、所定期間Tを、パワースイッチング素子Swがオフ状態への移行を開始するタイミング以降であって極力早期のタイミングに設定する。詳しくは、パワースイッチング素子Swのゲート電圧がミラー期間の電圧にある間のタイミングに設定する。これにより、パワースイッチング素子Swの放電速度を上昇させることができる。このため、遅延回路44を設けたことによるゲート電圧の低下速度の低下を、放電用抵抗体38との協働によって好適に補償することができる。更に、放電速度を所望に制御する自由度を向上させることもできるため、ゲート電圧の低下速度を所望に制御することも可能となる。   As shown in the figure, also in the present embodiment, the discharge MOS transistor 50 is turned on when a predetermined period T elapses after the operation signal g instructs the power switching element Sw to be turned off. However, in the present embodiment, the predetermined period T is set to a timing as early as possible after the timing when the power switching element Sw starts shifting to the off state. Specifically, the timing is set while the gate voltage of the power switching element Sw is at the mirror period voltage. Thereby, the discharge rate of the power switching element Sw can be increased. For this reason, it is possible to suitably compensate for the decrease in the gate voltage decrease rate due to the provision of the delay circuit 44 by cooperation with the discharge resistor 38. Furthermore, since the degree of freedom for controlling the discharge rate as desired can be improved, the rate of decrease in the gate voltage can be controlled as desired.

(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be modified as follows.

・先の第1の実施形態に対する第3の実施形態の変更点によって、先の第4の実施形態を変更してもよい。   -You may change previous 4th Embodiment by the change of 3rd Embodiment with respect to previous 1st Embodiment.

・先の第5の実施形態に対する第7の実施形態の変更点によって、先の第8の実施形態を変更してもよい。   The previous eighth embodiment may be changed by changing the seventh embodiment with respect to the previous fifth embodiment.

・遅延回路44としては、CR回路に限らない。例えば、抵抗体44aと並列に、コンデンサ44b側から入力回路42側に進む方向を順方向とするダイオードを備えてもよい。この場合、パワースイッチング素子Swをオフ状態に切り替えるに際して、放電用バイポーラトランジスタ36の出力電圧の低下速度を増大させることができる。また例えば、LCR回路であってもよい。   The delay circuit 44 is not limited to a CR circuit. For example, a diode having a forward direction from the capacitor 44b side to the input circuit 42 side may be provided in parallel with the resistor 44a. In this case, when the power switching element Sw is switched to the off state, the rate of decrease in the output voltage of the discharge bipolar transistor 36 can be increased. For example, an LCR circuit may be used.

・パワースイッチング素子Swのゲートへの正の電荷の充電初期における充電用バイポーラトランジスタ32の出力電圧Vout1の上昇速度を、操作信号gの論理反転速度に対して緩和する緩和手段としては、遅延回路に限らない。例えば、パワースイッチング素子Swの電力損失の低減とサージ電圧の抑制との優先度合いに基づき、充電用バイポーラトランジスタ32のベース電流を可変設定するものであってもよい。この場合であっても、充電用MOSトランジスタ40に代えて、充電用バイポーラトランジスタ32を用いてパワースイッチング素子Swのオン状態への切り替えを行うことで、サージの抑制や電力損失の低減等の要求に適切に応じることができる。しかもこの際、充電用MOSトランジスタ40を併用することで、パワースイッチング素子Swのゲート電圧を、充電用バイポーラトランジスタ32のみを用いた場合と比較して上昇させることができる。   A delay circuit is used as a relaxation means for relaxing the rising speed of the output voltage Vout1 of the charging bipolar transistor 32 at the initial stage of charging the positive charge to the gate of the power switching element Sw with respect to the logic inversion speed of the operation signal g. Not exclusively. For example, the base current of the charging bipolar transistor 32 may be variably set based on the priority of reducing the power loss of the power switching element Sw and suppressing the surge voltage. Even in this case, by switching to the ON state of the power switching element Sw using the charging bipolar transistor 32 instead of the charging MOS transistor 40, there is a demand for suppression of surge and reduction of power loss. Can respond appropriately. In addition, by using the charging MOS transistor 40 at this time, the gate voltage of the power switching element Sw can be increased as compared with the case where only the charging bipolar transistor 32 is used.

・駆動回路DCとしては、放電用バイポーラトランジスタ36を備えるものに限らない。例えば放電用バイポーラトランジスタ36を備えることなく、放電用MOSトランジスタ50によって放電処理を行うようにしてもよい。   The drive circuit DC is not limited to the one provided with the discharge bipolar transistor 36. For example, the discharge treatment may be performed by the discharge MOS transistor 50 without providing the discharge bipolar transistor 36.

・駆動回路DCとしては、パワースイッチング素子Swのオフ時のゲート電圧を略ゼロ(出力端子電位と同電位)とするものに限らず、負(出力端子電位よりも低電位)とするものであってもよい。これを実現する上では、放電用MOSトランジスタ50を設けることが特に有効である。   The drive circuit DC is not limited to the gate voltage when the power switching element Sw is turned off substantially zero (the same potential as the output terminal potential), but is negative (lower potential than the output terminal potential). May be. In order to realize this, it is particularly effective to provide the discharge MOS transistor 50.

・放電用MOSトランジスタ50をオン操作するタイミングは、上記各実施形態にて例示したタイミングに限らない。例えば、充電用MOSトランジスタ40と放電用MOSトランジスタ50とに貫通電流が流れることがないとの条件下における極力早期のタイミングであってもよい。   The timing for turning on the discharge MOS transistor 50 is not limited to the timing exemplified in the above embodiments. For example, the timing may be as early as possible under the condition that no through current flows through the charging MOS transistor 40 and the discharging MOS transistor 50.

・上記各実施形態では、充電用抵抗体34と放電用抵抗体38とを別部材としたがこれに限らず、これらを同一の部材としてもよい。   In each of the above embodiments, the charging resistor 34 and the discharging resistor 38 are separate members, but the present invention is not limited thereto, and these members may be the same member.

・充電用の電圧制御形のスイッチング素子としては、MOS型電界効果トランジスタに限らない。例えば、MIS型電界効果トランジスタ等、任意の電界効果トランジスタであってもよい。   The voltage-controlled switching element for charging is not limited to a MOS field effect transistor. For example, any field effect transistor such as a MIS field effect transistor may be used.

・パワースイッチング素子としては、IGBTに限らず、例えばパワーMOS型電界効果トランジスタであってもよい。   The power switching element is not limited to an IGBT, and may be a power MOS field effect transistor, for example.

・パワースイッチング素子にて構成される電力変換回路としては、インバータIVに限らない。例えば車載インバータIVと高圧バッテリ12との間に昇圧回路を備えるものにあっては、この昇圧回路であってもよい。また、高圧バッテリ12の電圧を降圧して低圧バッテリ16に供給する降圧コンバータであってもよい。これらであっても、パワースイッチング素子とフリーホイールダイオードとが直列接続された構成を有するなら、フリーホイールダイオードのリカバリ電流に起因したサージを抑制する設計を容易とする観点からは、充電用開閉手段として電流制御形のスイッチング素子を用いることが望ましいため、本発明の適用は有効である。   -The power conversion circuit composed of power switching elements is not limited to the inverter IV. For example, if a booster circuit is provided between the in-vehicle inverter IV and the high-voltage battery 12, this booster circuit may be used. Further, it may be a step-down converter that steps down the voltage of the high voltage battery 12 and supplies it to the low voltage battery 16. Even in these cases, if the power switching element and the freewheel diode are connected in series, from the viewpoint of facilitating the design to suppress the surge caused by the recovery current of the freewheel diode, the charging switching means Since it is desirable to use a current control type switching element, application of the present invention is effective.

第1の実施形態にかかるシステム構成図。1 is a system configuration diagram according to a first embodiment. FIG. リカバリ電流に起因するサージの生成を説明するための図。The figure for demonstrating the production | generation of the surge resulting from a recovery current. 上記実施形態にかかる駆動回路の回路構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the circuit structure of the drive circuit concerning the said embodiment. 同実施形態にかかるパワースイッチング素子のオン操作態様を示すタイムチャート。The time chart which shows the ON operation aspect of the power switching element concerning the embodiment. 第2の実施形態にかかる駆動回路の回路構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the circuit structure of the drive circuit concerning 2nd Embodiment. 第3の実施形態にかかる駆動回路の回路構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the circuit structure of the drive circuit concerning 3rd Embodiment. 第4の実施形態にかかるパワースイッチング素子のオン操作態様を示すタイムチャート。The time chart which shows the ON operation aspect of the power switching element concerning 4th Embodiment. 第5の実施形態にかかる駆動回路の回路構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the circuit structure of the drive circuit concerning 5th Embodiment. 同実施形態にかかるパワースイッチング素子のオフ操作態様を示すタイムチャート。The time chart which shows the off operation mode of the power switching element concerning the embodiment. 第6の実施形態にかかる駆動回路の回路構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the circuit structure of the drive circuit concerning 6th Embodiment. 第7の実施形態にかかる駆動回路の回路構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the circuit structure of the drive circuit concerning 7th Embodiment. 第8の実施形態にかかるパワースイッチング素子のオフ操作態様を示すタイムチャート。The time chart which shows the OFF operation aspect of the power switching element concerning 8th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

32…充電用バイポーラトランジスタ、36…放電用バイポーラトランジスタ、40…充電用MOSトランジスタ、44…遅延回路、50…放電用MOSトランジスタ、Sw…パワースイッチング素子、FD…フリーホイールダイオード。   32 ... Charging bipolar transistor, 36 ... Discharging bipolar transistor, 40 ... Charging MOS transistor, 44 ... Delay circuit, 50 ... Discharging MOS transistor, Sw ... Power switching element, FD ... Free wheel diode.

Claims (9)

電圧制御形のパワースイッチング素子を駆動する駆動回路において、
前記パワースイッチング素子の導通制御端子に正の電荷を充電するための電源と前記導通制御端子との間を電気的に開閉する充電用開閉手段として、電流制御形のスイッチング素子と、電圧制御形のスイッチング素子とを備えることを特徴とするパワースイッチング素子の駆動回路。
In a drive circuit for driving a voltage-controlled power switching element,
As a charging opening / closing means for electrically opening and closing between a power supply for charging positive conduction to the conduction control terminal of the power switching element and the conduction control terminal, a current control type switching element and a voltage control type A drive circuit for a power switching element, comprising: a switching element.
前記電流制御形のスイッチング素子は、NPN型のバイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項1記載のパワースイッチング素子の駆動回路。   2. The power switching element drive circuit according to claim 1, wherein the current control type switching element is an NPN bipolar transistor. 前記導通制御端子への前記電荷の充電期間のうちの充電開始から所定期間内における前記NPN型バイポーラトランジスタの出力電圧の上昇速度を緩和する緩和手段を備えることを特徴とする請求項2記載のパワースイッチング素子の駆動回路。   3. The power according to claim 2, further comprising a mitigation unit for mitigating a rate of increase in output voltage of the NPN bipolar transistor within a predetermined period of time from the start of charging of the charge to the conduction control terminal. Switching element drive circuit. 前記緩和手段は、前記パワースイッチング素子の操作信号の変化を遅延させる遅延回路を備え、該遅延回路の出力電圧を前記NPN型バイポーラトランジスタのベースに印加する手段であることを特徴とする請求項3記載のパワースイッチング素子の駆動回路。   4. The relaxation means includes a delay circuit that delays a change in an operation signal of the power switching element, and applies the output voltage of the delay circuit to a base of the NPN bipolar transistor. The drive circuit of the power switching element of description. 前記パワースイッチング素子の導通制御端子に正の電荷を充電すべく前記充電用開閉手段を閉状態とする処理は、前記電流制御形のスイッチング素子をオン状態とした後、前記パワースイッチング素子の導通制御端子の電圧が閾値電圧以上となるタイミング以降において前記電圧制御形のスイッチング素子をオン状態とする処理であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のパワースイッチング素子の駆動回路。   The process of closing the charging opening / closing means to charge a positive charge to the conduction control terminal of the power switching element is performed by turning on the current control type switching element and then controlling the conduction of the power switching element. 5. The driving of a power switching element according to claim 1, wherein the voltage-controlled switching element is turned on after a timing at which a terminal voltage becomes equal to or higher than a threshold voltage. 6. circuit. 前記パワースイッチング素子の導通制御端子から前記正の電荷を放電させるべく前記導通制御端子と前記正の電荷の放電経路の下流側との間を電気的に開閉する放電用開閉手段として、PNP型のバイポーラトランジスタを備えることを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載のパワースイッチング素子の駆動回路。   As a discharge opening / closing means for electrically opening and closing between the conduction control terminal and the downstream side of the discharge path of the positive charge in order to discharge the positive charge from the conduction control terminal of the power switching element, a PNP type 6. The power switching element drive circuit according to claim 2, further comprising a bipolar transistor. 前記放電用開閉手段として、電圧制御形のスイッチング素子を更に備えることを特徴とする請求項6記載のパワースイッチング素子の駆動回路。   7. The drive circuit for a power switching element according to claim 6, further comprising a voltage-controlled switching element as the discharge opening / closing means. 前記パワースイッチング素子の導通制御端子から正の電荷を放電すべく前記放電用開閉手段を閉状態とする処理は、前記電流制御形のスイッチング素子をオン状態とした後、前記パワースイッチング素子の導通制御端子の電圧が閾値電圧以下となるタイミング以降において前記電圧制御形のスイッチング素子をオン状態とする処理であることを特徴とする請求項7記載のパワースイッチング素子の駆動回路。   The process of closing the discharge switching means to discharge positive charges from the conduction control terminal of the power switching element is performed by turning on the current control type switching element and then controlling the conduction of the power switching element. 8. The drive circuit for a power switching element according to claim 7, wherein the voltage controlled switching element is turned on after the timing when the terminal voltage becomes equal to or lower than the threshold voltage. 前記パワースイッチング素子には、ダイオードが直列接続されてなることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のパワースイッチング素子の駆動回路。   The power switching element drive circuit according to any one of claims 1 to 8, wherein a diode is connected in series to the power switching element.
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