JP2010212742A - Level shift circuit, switching element driving circuit, and inverter device - Google Patents

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JP2010212742A JP2009053267A JP2009053267A JP2010212742A JP 2010212742 A JP2010212742 A JP 2010212742A JP 2009053267 A JP2009053267 A JP 2009053267A JP 2009053267 A JP2009053267 A JP 2009053267A JP 2010212742 A JP2010212742 A JP 2010212742A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a level shift circuit, a switching element driving circuit, and an inverter device, which can transmit a signal without being clamped even when common mode noise due to voltage variation etc. of the level shift circuit occurs. <P>SOLUTION: The level shift circuit includes: a pulse generating circuit which generates a set pulse and a reset pulse; a first switching element which converts the set pulse into a current and a second switching element which converts the reset pulse into a current; a load for setting which is on a floating potential side and converts a signal, converted into the current by the first switching element, into a voltage; a load for resetting which converts a signal, converted into a current by the second switching element, into a voltage; and a pulse regenerating circuit which regenerates a control pulse signal from the signal level of the load for setting and the signal level of the load for resetting. The level shift circuit uses circuits having nonlinear load characteristics as the load for setting and the load for resetting. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電力変換装置に用いられるレベルシフト回路、スイッチング素子駆動回路及びインバータ装置に関する。   The present invention relates to a level shift circuit, a switching element drive circuit, and an inverter device used in a power converter.

インバータなどの電力変換装置において、負荷を駆動するための電力用スイッチング素子は、主電源端子間に直列に接続されている。低い側の電力用スイッチング素子(以下、「下アームスイッチング素子」と称す。)と、高い側の電力用スイッチング素子(以下、「上アームスイッチング素子」と称す。)との中点が負荷に接続されている。   In a power converter such as an inverter, a power switching element for driving a load is connected in series between main power supply terminals. The midpoint between the lower power switching element (hereinafter referred to as “lower arm switching element”) and the higher power switching element (hereinafter referred to as “upper arm switching element”) is connected to the load. Has been.

このような装置においては、上アームスイッチング素子の基準電位は、電位的に浮動の状態で駆動される。このため、上アームスイッチング素子の駆動制御は、下アームスイッチング素子の基準電位側からレベルシフトと呼ばれる回路により伝達される。   In such a device, the reference potential of the upper arm switching element is driven in a floating state. Therefore, drive control of the upper arm switching element is transmitted from a reference potential side of the lower arm switching element by a circuit called level shift.

特許文献1の図1に示された従来技術のスイッチング素子駆動回路のレベルシフト部では、レベルシフト信号を電圧に変換する負荷には抵抗が用いられている。また、前記負荷の電圧が一定レベルを越えないようにツェナーダイオードを用いて、耐圧に起因する所望の電圧にクランプしている。   In the level shift unit of the conventional switching element driving circuit shown in FIG. 1 of Patent Document 1, a resistor is used as a load for converting a level shift signal into a voltage. Further, a Zener diode is used to clamp the load voltage to a desired voltage due to a withstand voltage so as not to exceed a certain level.

特開2007−235245号公報JP 2007-235245 A

このように、従来のレベルシフト回路では、レベルシフト電流があるレベルを越えるとクランプされるため、dv/dt等の電圧変動により、同相のノイズ電流が流れた場合、正規の信号を伝達することができない。   Thus, in the conventional level shift circuit, when the level shift current exceeds a certain level, it is clamped. Therefore, when a noise current of the same phase flows due to voltage fluctuations such as dv / dt, a normal signal is transmitted. I can't.

本発明では、電圧変動などによる同相ノイズ電流が流れた場合でもクランプすることなく正規の信号を伝達するレベルシフト回路、また、これを備えるスイッチング素子駆動回路、更には、これを用いたインバータ装置の提供を目的とする。   In the present invention, a level shift circuit that transmits a normal signal without clamping even when a common-mode noise current due to voltage fluctuation flows, a switching element drive circuit including the level shift circuit, and an inverter device using the level shift circuit For the purpose of provision.

上記の課題を解決するために、本発明のレベルシフト回路は、第1の基準電位及び前記第1の基準電位に対し浮動電位となる第2の基準電位と、前記第1の基準電位側にあり、前記第1の基準電位側から前記第2の基準電位側へ伝達する制御パルス信号の立ち上がりエッジに対応するセットパルス及び立ち下がりエッジに対応するリセットパルスを発生するパルス発生回路と、前記セットパルスを電流に変換する第1のスイッチング素子及び前記リセットパルスを電流に変換する第2のスイッチング素子と、前記第2の基準電位側にあり、前記第1のスイッチング素子で電流に変換された信号を電圧に変換するセット用負荷及び前記第2のスイッチング素子で電流に変換された信号を電圧に変換するリセット用負荷と、前記セット用負荷および前記リセット用負荷の信号レベルから、前記セットパルスを検出するセットパルス検出回路及び前記リセットパルスを検出するリセットパルス検出回路と、前記セットパルス検出回路の出力信号及び前記リセットパルス検出回路の出力信号から前記制御パルス信号を再生するパルス再生回路と、を備えており、前記セット用負荷と前記リセット用負荷は、電流が増加すると共にインピーダンスが低くなることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a level shift circuit according to the present invention includes a first reference potential, a second reference potential that is a floating potential with respect to the first reference potential, and a first reference potential side. A pulse generation circuit for generating a set pulse corresponding to a rising edge and a reset pulse corresponding to a falling edge of a control pulse signal transmitted from the first reference potential side to the second reference potential side; and the set A first switching element that converts a pulse into a current, a second switching element that converts the reset pulse into a current, and a signal that is on the second reference potential side and converted into a current by the first switching element A set load for converting the signal into a voltage, a reset load for converting the signal converted into a current by the second switching element into a voltage, and the set load and From the signal level of the reset load, the set pulse detection circuit that detects the set pulse, the reset pulse detection circuit that detects the reset pulse, the output signal of the set pulse detection circuit, and the output signal of the reset pulse detection circuit A pulse regeneration circuit that regenerates the control pulse signal, wherein the set load and the reset load have a current that increases and an impedance that decreases.

本発明によれば、dv/dtなどによるコモンモードのノイズ電流が発生してもレベルシフト受信回路の電圧はクランプされないため、正規の信号を伝達することができる。また、クランプ用のツェナーダイオードを省くことができる。   According to the present invention, even if a common mode noise current due to dv / dt or the like is generated, the voltage of the level shift receiving circuit is not clamped, so that a normal signal can be transmitted. Further, the Zener diode for clamping can be omitted.

図1は、本発明の実施例1のインバータ装置1相分のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram for one phase of an inverter device according to a first embodiment of the present invention. 図2は、レベルシフト電流と電圧の関係を本発明と従来とを比較して示した図である。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the level shift current and the voltage in comparison with the present invention. 図3は、本発明の実施例2のインバータ装置1相分のブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of one phase of the inverter device according to the second embodiment of the present invention. 図4は、本発明の実施例2のセットパルス検出用コンパレータのレベルシフト動作を示す回路構成図である。FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing the level shift operation of the set pulse detection comparator according to the second embodiment of the present invention. 図5は、本発明の実施例3のセットパルス検出用コンパレータのレベルシフト動作を示す回路構成図である。FIG. 5 is a circuit configuration diagram showing the level shift operation of the set pulse detection comparator according to the third embodiment of the present invention. 図6は、本発明のレベルシフト回路動作を示す波形のイメージ図である。FIG. 6 is a waveform diagram showing the operation of the level shift circuit of the present invention. 図7は、本発明の実施例4のレベルシフト回路をレベルダウンに用いた回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram in which the level shift circuit according to the fourth embodiment of the present invention is used for level down.

以下、本発明の実施の形態について図面を使用して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1に本実施例の3相インバータ装置の1相分を示す。他の2相分も同様である。主電源HV間に上アーム用電力用スイッチング素子(以下、「上アーム素子」と称す。)302と、下アーム用電力用スイッチング素子(以下、「下アーム素子」と称す。)301と、がトーテムポール接続(直列接続)され、ハーフブリッジを構成している。上アーム素子302と下アーム素子301の接続点5は、負荷6に接続されると共に、上アーム素子302を駆動する基準電位となる。   FIG. 1 shows one phase of the three-phase inverter device of this embodiment. The same applies to the other two phases. An upper arm power switching element (hereinafter referred to as “upper arm element”) 302 and a lower arm power switching element (hereinafter referred to as “lower arm element”) 301 are provided between the main power supplies HV. A totem pole connection (series connection) is made to form a half bridge. A connection point 5 between the upper arm element 302 and the lower arm element 301 is connected to the load 6 and serves as a reference potential for driving the upper arm element 302.

上アーム素子302、および下アーム素子301は、それぞれ、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)2とFWD(フリーホイールダイオード)4およびIGBT1とFWD3で構成される。本実施例では、1相分の上下アーム素子301,302はパワーモジュール300に収められている。   The upper arm element 302 and the lower arm element 301 are configured by an IGBT (insulated gate bipolar transistor) 2 and an FWD (free wheel diode) 4 and IGBTs 1 and FWD 3, respectively. In the present embodiment, the upper and lower arm elements 301 and 302 for one phase are housed in the power module 300.

1相分の上下アームのスイッチング素子駆動回路101は、下アーム制御回路200、上アーム制御回路201で構成される。VD1は下アーム制御回路200用の電源である。VD2は上アーム制御回路201の電源であり、VD1とはトランスにより絶縁されている。   The switching element drive circuit 101 for the upper and lower arms for one phase includes a lower arm control circuit 200 and an upper arm control circuit 201. VD1 is a power source for the lower arm control circuit 200. VD2 is a power source for the upper arm control circuit 201, and is insulated from VD1 by a transformer.

次に、駆動制御の流れを説明する。入力信号P_PIN(上アーム駆動制御信号)及びP_NIN(下アーム駆動制御信号)は、上位コントローラ(図示しない)から与えられる。上アーム用駆動パルス信号は、パルスの立ち上がりタイミングに対応するセットパルス信号P_Sと、立ち下がりタイミングに対応するリセットパルス信号P_Rとをパルス発生回路31で生成する。   Next, the flow of drive control will be described. The input signals P_PIN (upper arm drive control signal) and P_NIN (lower arm drive control signal) are given from a host controller (not shown). For the upper arm drive pulse signal, the pulse generation circuit 31 generates a set pulse signal P_S corresponding to the rising timing of the pulse and a reset pulse signal P_R corresponding to the falling timing.

レベルシフト回路910は、パルス発生回路31、レベルシフトの電流駆動用NMOSFET12及び13、電流を電圧に変換する負荷用PMOSEFTM20及びM21、RSフリップフロップ62とで構成される。レベルシフト回路910では、セットパルス信号P_S及びリセットパルス信号P_Rにより、レベルシフト用NMOSFET12,13を駆動し、パルス信号を電流変換して、上アーム側のレベルシフト用負荷M20及びM21により電圧変換される。   The level shift circuit 910 includes a pulse generation circuit 31, level shift current driving NMOSFETs 12 and 13, load PMOS EFTMs 20 and M 21 that convert current into voltage, and an RS flip-flop 62. In the level shift circuit 910, the level shift NMOSFETs 12 and 13 are driven by the set pulse signal P_S and the reset pulse signal P_R, the pulse signal is converted into a current, and the voltage is converted by the level shift loads M20 and M21 on the upper arm side. The

セットパルスに伴う電圧信号V_Sは、次段のRSフリップフロップ62のセットに、リセットパルスに伴う電圧信号V_Rは、同リセットに入力してパルスを再生する。上アーム素子302はバッファ回路(DRV)63により駆動される。   The voltage signal V_S accompanying the set pulse is input to the set of the RS flip-flop 62 in the next stage, and the voltage signal V_R accompanying the reset pulse is input to the reset to reproduce the pulse. The upper arm element 302 is driven by a buffer circuit (DRV) 63.

図2にレベルシフト回路の電流と電圧の関係を従来と本発明とを比較して示す。従来の抵抗負荷を用いたレベルシフト(2)は、レベルシフト許容信号レベルを越えないように、負荷抵抗に並列に保護用のツェナーダイオードを設ける必要がある。   FIG. 2 shows the relationship between the current and voltage of the level shift circuit in comparison with the prior art and the present invention. In the level shift (2) using the conventional resistance load, it is necessary to provide a protective Zener diode in parallel with the load resistance so that the level shift allowable signal level is not exceeded.

一方、本発明のレベルシフト(1)は、ダイオード接続したPMOSFETを負荷に用いるため、レベルシフト電流が増えるとインピーダンスが下がり、レベルシフト電圧が許容レベルの範囲に抑制することができる。また、電流が低い領域でインピーダンスが高いため、最小動作電流も低いレベルに抑えることができるので、レベルシフトの動作電流を低減することができる。   On the other hand, since the level shift (1) of the present invention uses a diode-connected PMOSFET as a load, when the level shift current increases, the impedance decreases, and the level shift voltage can be suppressed within the allowable level range. In addition, since the impedance is high in a region where the current is low, the minimum operating current can be suppressed to a low level, so that the level shifting operating current can be reduced.

そして、従来のレベルシフト(2)では、レベルシフト電流の制御範囲が線形負荷最小動作電流からレベルシフト許容信号レベルに交差する比較的狭い範囲に限られるのに対し、本発明のレベルシフト(1)では、レベルシフト電流の制御範囲は非線形負荷最小動作電流からレベルシフト許容信号レベルに沿った広い範囲での制御が可能となる。   In the conventional level shift (2), the control range of the level shift current is limited to a relatively narrow range that intersects the level shift allowable signal level from the linear load minimum operating current, whereas the level shift (1) of the present invention is limited. ), The control range of the level shift current can be controlled in a wide range from the nonlinear load minimum operation current along the level shift allowable signal level.

図3に本発明のレベルシフト回路を差動構成にした実施例を示す。図1との差異は、レベルシフト受信回路910を差動構成にした点のみである。図3において、レベルシフト受信回路910は、パルス発生回路31、レベルシフトの電流駆動用NMOSFET12及び13、電流を電圧に変換する負荷用PMOSEFTM20及びM21、セットパルス検出用コンパレータ52及びリセットパルス検出用コンパレータ53、RSフリップフロップ62とで構成される。   FIG. 3 shows an embodiment in which the level shift circuit of the present invention has a differential configuration. The only difference from FIG. 1 is that the level shift receiving circuit 910 has a differential configuration. In FIG. 3, a level shift receiving circuit 910 includes a pulse generation circuit 31, level shift current driving NMOSFETs 12 and 13, load PMOSEFTMs 20 and M21 for converting current into voltage, a set pulse detection comparator 52 and a reset pulse detection comparator. 53 and an RS flip-flop 62.

レベルシフト受信回路分の動作のみを説明する。セットパルス検出用コンパレータ52の非反転入力側には、セットパルス用負荷抵抗のV_S信号を入力し、反転入力側には、リセットパルス用負荷抵抗のV_R信号を入力する。   Only the operation of the level shift receiving circuit will be described. The V_S signal of the set pulse load resistor is input to the non-inverting input side of the set pulse detection comparator 52, and the V_R signal of the reset pulse load resistor is input to the inverting input side.

同様に、リセットパルス検出用コンパレータ53の非反転入力側には、リセットパルス用負荷抵抗のV_S信号を入力し、反転入力側には、セットパルス用負荷抵抗のV_R信号を入力する。コンパレータ52,53の出力は、LPF60,61を介して、RSフリップフロップ62に入力される。上アーム素子302はバッファ回路(DRV)63により駆動される。   Similarly, the V_S signal of the reset pulse load resistor is input to the non-inverting input side of the reset pulse detection comparator 53, and the V_R signal of the set pulse load resistor is input to the inverting input side. The outputs of the comparators 52 and 53 are input to the RS flip-flop 62 via the LPFs 60 and 61. The upper arm element 302 is driven by a buffer circuit (DRV) 63.

図4は、本実施例のコンパレータ52の一例を示す回路図である。セットパルス検出用コンパレータ52は、インタフェイス部92、スタンバイバイアス部91、差動対90、及びレベル変換部93から構成される。VD2は上アーム駆動用電源、VD3は上アーム制御回路用電源であり、VD2>VD3の関係にある。74と75及び80は定電流源である。   FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of the comparator 52 of the present embodiment. The set pulse detection comparator 52 includes an interface unit 92, a standby bias unit 91, a differential pair 90, and a level conversion unit 93. VD2 is a power supply for driving the upper arm, VD3 is a power supply for the upper arm control circuit, and VD2> VD3. 74, 75 and 80 are constant current sources.

差動対は、PMOSFET70,71と定電流源80及び負荷MOS72,73とで構成される。差動対入力レベルは、通常、抵抗76,77及び定電流源74,75とから成るバイアス回路により、所望のレベルにバイアスされている。差動対の入力レベルが同一の場合は、差動対の出力が”Lo”になるように。負荷MOS72’,73の定数などで不感帯を設定する。   The differential pair includes PMOSFETs 70 and 71, a constant current source 80, and load MOSs 72 and 73. The differential pair input level is normally biased to a desired level by a bias circuit including resistors 76 and 77 and constant current sources 74 and 75. When the input level of the differential pair is the same, the output of the differential pair should be “Lo”. The dead zone is set by the constants of the load MOSs 72 ′ and 73.

レベルシフト回路動作時の動作を説明する。レベルシフト駆動パルスP_Sにより、レベルシフト用NMOSFET12がオンすると、V_Sレベルが低下する。V_Sのレベルが、バイアスレベルからダイオード78のVF(順電圧降下)を差し引いたレベルより低くなるとPMOSFET70’のVgsが増大し、負荷MOS72’のドレイン電圧が上昇し、次段のレベル変換回路のNMOSFET81がオンして、更に次段のLPF60に”Lo”パルスが伝達される。   The operation during the operation of the level shift circuit will be described. When the level shift NMOSFET 12 is turned on by the level shift drive pulse P_S, the V_S level is lowered. When the level of V_S becomes lower than the level obtained by subtracting the VF (forward voltage drop) of the diode 78 from the bias level, the Vgs of the PMOSFET 70 ′ increases, the drain voltage of the load MOS 72 ′ increases, and the NMOSFET 81 of the next level conversion circuit Is turned on, and a “Lo” pulse is transmitted to the LPF 60 in the next stage.

インタフェイス部92をダイオードで構成することにより、コンパレータの入力レベルの範囲を適切に制限し、コンパレータの安定動作に寄与している。
入力レベルは、負荷抵抗の電圧レベルが、スタンバイバイアスレベルよりダイオードのVF分下がったレベルから負荷のPMOSの動作点で決まる電圧までの範囲に制限される。このため、上下アーム間逆サージ発生時の電流の逆流を阻止する効果もある。
By configuring the interface unit 92 with a diode, the range of the input level of the comparator is appropriately limited, contributing to stable operation of the comparator.
The input level is limited to a range from the level at which the voltage level of the load resistor is lower than the standby bias level by VF of the diode to the voltage determined by the operating point of the PMOS of the load. For this reason, there is also an effect of preventing a reverse current flow when a reverse surge occurs between the upper and lower arms.

次にdv/dtなどのコモンモードノイズによる誤信号発生時の動作を説明する。上下アーム間基準電位が変動する時に、dv/dtと、レベルシフト用MOSFETなどの寄生容量との積の電流がレベルシフト部に流れる。これにより、レベルシフト負荷には、セット側及びリセット側の何れにも電圧が生じる。   Next, the operation when an erroneous signal is generated due to common mode noise such as dv / dt will be described. When the reference potential between the upper and lower arms fluctuates, a current of a product of dv / dt and a parasitic capacitance such as a level shift MOSFET flows to the level shift unit. As a result, a voltage is generated on both the set side and the reset side in the level shift load.

本発明では、セットパルス検出用コンパレータ52では、入力の不感帯を設けることで、同相モードでは、差動対が反応しないため、誤検知を抑制できる。   In the present invention, the set pulse detection comparator 52 provides an input dead zone, so that the differential pair does not react in the in-phase mode, so that erroneous detection can be suppressed.

図5に本実施例の3相インバータ装置の1相分を示す。概要は実施例2の図3と同様である。本実施例は、上アーム駆動制御用半導体チップ211と、下アーム駆動制御用半導体チップ210、レベルシフト用IGBT10、11を同一のスイッチング素子駆動回路100のパッケージに実装した実施例である。   FIG. 5 shows one phase of the three-phase inverter device of this embodiment. The outline is the same as FIG. 3 of the second embodiment. In this embodiment, the upper arm drive control semiconductor chip 211, the lower arm drive control semiconductor chip 210, and the level shift IGBTs 10 and 11 are mounted in the same switching element drive circuit 100 package.

レベルシフトの差動受信部についても、図3の場合と異なる。負荷はダイオード接続したPMOSFETを2段直列に接続し、各段のPMOSFETと並列に抵抗を配している。
図5において、レベルシフト受信回路910は、パルス発生回路31、レベルシフト用IGBT10、11、負荷はM20〜M23及びR20〜R23、セットパルス検出用コンパレータ50及びリセットパルス検出用コンパレータ51、LPF(ローパスフィルタ)60及び61、RSフリップフロップ62とで構成される。
The level shift differential receiving unit is also different from that in FIG. As the load, two stages of diode-connected PMOSFETs are connected in series, and a resistor is arranged in parallel with each stage of the PMOSFET.
In FIG. 5, a level shift receiving circuit 910 includes a pulse generation circuit 31, level shift IGBTs 10 and 11, loads M20 to M23 and R20 to R23, a set pulse detection comparator 50, a reset pulse detection comparator 51, and an LPF (low pass). Filter) 60 and 61, and RS flip-flop 62.

セットパルス信号P_S及びリセットパルス信号P_Rにより、レベルシフト用IGBT10,11を駆動し、パルス信号を電流変換して、上アーム側のレベルシフト用負荷により電圧変換される。負荷はM20〜M23及びR20〜R23により構成される。   The level shift IGBTs 10 and 11 are driven by the set pulse signal P_S and the reset pulse signal P_R, the pulse signal is converted into a current, and the voltage is converted by the level shift load on the upper arm side. The load is composed of M20 to M23 and R20 to R23.

セットパルス検出用コンパレータ50の非反転入力側には、セットパルス用負荷の高レベル側V_S(H)の信号を入力し、反転入力側には、リセットパルス用負荷の低レベル側V_R(L)の信号を入力する。同様に、リセットパルス検出用コンパレータ51の非反転入力側には、リセットパルス用負荷の高レベル側V_S(H)の信号を入力し、反転入力側には、セットパルス用負荷の低レベル側V_R(L)の信号を入力する。   The set pulse detection comparator 50 receives a high level V_S (H) signal of the set pulse load on the non-inverting input side, and a low level side V_R (L) of the reset pulse load on the inverting input side. Input the signal. Similarly, a reset pulse load high level V_S (H) signal is input to the non-inverting input side of the reset pulse detection comparator 51, and a set pulse load low level V_R is input to the inverting input side. Input the signal (L).

コンパレータ50,51の出力は、LPF(ローパスフィルタ)60,61を介して、RSフリップフロップ62に入力される。上アーム素子302はバッファ回路(DRV)63により駆動される。   The outputs of the comparators 50 and 51 are input to the RS flip-flop 62 via LPFs (low-pass filters) 60 and 61. The upper arm element 302 is driven by a buffer circuit (DRV) 63.

図6は、本実施例のコンパレータ50の一例を示す回路図である。セットパルス検出用コンパレータ50は、インタフェイス部92、スタンバイバイアス部91、差動対90、及びレベル変換部93から構成される。VD2は上アーム駆動用電源、VD3は上アーム制御回路用電源であり、VD2>VD3の関係にある。74と75及び80は定電流源である。   FIG. 6 is a circuit diagram showing an example of the comparator 50 of the present embodiment. The set pulse detection comparator 50 includes an interface unit 92, a standby bias unit 91, a differential pair 90, and a level conversion unit 93. VD2 is a power supply for driving the upper arm, VD3 is a power supply for the upper arm control circuit, and VD2> VD3. 74, 75 and 80 are constant current sources.

差動対は、PMOSFET70,71と定電流源80及び負荷MOS72,73とで構成される。差動対入力レベルは、通常、抵抗76,77及び定電流源74,75とから成るバイアス回路により、所望のレベルにバイアスされている。差動対の入力レベルが同一の場合は、差動対の出力が”Lo”になるように負荷MOS72,73の定数などで不感帯を設定する。   The differential pair includes PMOSFETs 70 and 71, a constant current source 80, and load MOSs 72 and 73. The differential pair input level is normally biased to a desired level by a bias circuit including resistors 76 and 77 and constant current sources 74 and 75. When the input levels of the differential pair are the same, the dead band is set by the constants of the load MOSs 72 and 73 so that the output of the differential pair becomes “Lo”.

図7に上アーム制御回路側から下アーム駆動制御側へ、上パルスステータスパルス発生回路32で発生したステイタス信号を伝送するレベルシフト回路の実施例を示す。レベルシフト駆動デバイス14,15をPMOSFETで構成し、下アーム側のレベルシフト用負荷24,25をダイオード接続したNMOSFETで構成し、セットパルス検出用コンパレータ54,リセットパルス検出用コンパレータ55に接続する。本レベルシフトはレベルダウン動作を行うため、図3で説明したレベルアップに対し、極性が逆になる点を除いて基本的な動作は同様である。このように、極性を入れ替えることにより、本発明は、レベルダウン回路にも適用できる。 FIG. 7 shows an embodiment of a level shift circuit for transmitting a status signal generated by the upper pulse status pulse generation circuit 32 from the upper arm control circuit side to the lower arm drive control side. The level shift drive devices 14 and 15 are configured by PMOSFETs, and the level shift loads 24 and 25 on the lower arm side are configured by diode-connected NMOSFETs, which are connected to the set pulse detection comparator 54 and the reset pulse detection comparator 55. Since this level shift performs a level down operation, the basic operation is the same as the level up described with reference to FIG. 3 except that the polarity is reversed. Thus, by switching the polarity, the present invention can be applied to a level down circuit.

1 下アームIGBT(絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ)
2 上アームIGBT
3 FWD(フリーホイールダイオード)
4 FWD
5 接続点
6 負荷
10 レベルシフト用IGBT
11 レベルシフト用IGBT
12 レベルシフト用MOSFET
13 レベルシフト用MOSFET
14 レベルシフト用PMOSFET
15 レベルシフト用PMOSFET
18 上アーム側のレベルシフト用負荷
19 上アーム側のレベルシフト用負荷
20 上アーム側のレベルシフト用負荷
21 上アーム側のレベルシフト用負荷
22 上アーム側のレベルシフト用負荷
23 上アーム側のレベルシフト用負荷
24 下アーム側のレベルシフト用負荷
25 下アーム側のレベルシフト用負荷
30 上下パルス発生回路
31 パルス発生回路
32 上アームステータスパルス発生回路
50 セットパルス検出用コンパレータ
51 リセットパルス検出用コンパレータ
52 セットパルス検出用コンパレータ
53 リセットパルス検出用コンパレータ
54 セットパルス検出用コンパレータ
55 リセットパルス検出用コンパレータ
60 LPF(ローパスフィルタ)
61 LPF(ローパスフィルタ)
62 RSフリップフロップ
63 バッファ回路(DRV)
64 バッファ回路(DRV)
70 PMOSFET
71 PMOSFET
72 負荷MOS
73 負荷MOS
74 定電流源
75 定電流源
76 抵抗
77 抵抗
78 ダイオード
79 ダイオード
80 定電流源
81 NMOSFET
82 定電流源
90 差電対
91 スタンバイバイアス部
92 インタフェイス部
93 レベル変換部
100 スイッチング素子駆動回路
101 スイッチング素子駆動回路
200 下アーム制御回路
201 上アーム制御回路
300 パワーモジュール
301 下アーム用電力用スイッチング素子(下アーム素子)
302 上アーム用電力用スイッチング素子(上アーム素子)
910 レベルシフト回路
1 Lower arm IGBT (Insulated gate bipolar transistor)
2 Upper arm IGBT
3 FWD (Freewheel Diode)
4 FWD
5 Connection point 6 Load 10 Level shift IGBT
11 Level shift IGBT
12 Level shift MOSFET
13 Level shift MOSFET
14 PMOSFET for level shift
15 PMOSFET for level shift
18 Level shift load on the upper arm side 19 Level shift load on the upper arm side 20 Level shift load on the upper arm side 21 Level shift load on the upper arm side 22 Level shift load on the upper arm side 23 Level shift load on the upper arm side Level shift load 24 Lower arm level shift load 25 Lower arm level shift load 30 Upper and lower pulse generation circuit 31 Pulse generation circuit 32 Upper arm status pulse generation circuit 50 Set pulse detection comparator 51 Reset pulse detection comparator 52 Set Pulse Detection Comparator 53 Reset Pulse Detection Comparator 54 Set Pulse Detection Comparator 55 Reset Pulse Detection Comparator 60 LPF (Low Pass Filter)
61 LPF (low pass filter)
62 RS flip-flop 63 Buffer circuit (DRV)
64 Buffer circuit (DRV)
70 PMOSFET
71 PMOSFET
72 Load MOS
73 Load MOS
74 Constant Current Source 75 Constant Current Source 76 Resistor 77 Resistor 78 Diode 79 Diode 80 Constant Current Source 81 NMOSFET
82 Constant Current Source 90 Differential Coupler 91 Standby Bias Unit 92 Interface Unit 93 Level Conversion Unit 100 Switching Element Drive Circuit 101 Switching Element Drive Circuit 200 Lower Arm Control Circuit 201 Upper Arm Control Circuit 300 Power Module 301 Lower Arm Power Switching Element (lower arm element)
302 Upper arm power switching element (upper arm element)
910 level shift circuit

Claims (8)

第1の基準電位及び前記第1の基準電位に対し浮動電位となる第2の基準電位と、
前記第1の基準電位側にあり、前記第1の基準電位側から前記第2の基準電位側へ伝達する制御パルス信号の立ち上がりエッジに対応するセットパルス及び立ち下がりエッジに対応するリセットパルスを発生するパルス発生回路と、
前記セットパルスを電流に変換する第1のスイッチング素子及び前記リセットパルスを電流に変換する第2のスイッチング素子と、
前記第2の基準電位側にあり、前記第1のスイッチング素子で電流に変換された信号を電圧に変換するセット用負荷及び前記第2のスイッチング素子で電流に変換された信号を電圧に変換するリセット用負荷と、
前記セット用負荷の信号レベルおよび前記リセット用負荷の信号レベルから、前記制御パルス信号を再生するパルス再生回路と、を備えるレベルシフト回路において、
前記セット用負荷及び前記リセット用負荷が非線形の負荷特性を有することを特徴とするレベルシフト回路。
A first reference potential and a second reference potential that is a floating potential with respect to the first reference potential;
A set pulse corresponding to a rising edge and a reset pulse corresponding to a falling edge of a control pulse signal that is on the first reference potential side and is transmitted from the first reference potential side to the second reference potential side is generated. A pulse generation circuit that
A first switching element that converts the set pulse into a current and a second switching element that converts the reset pulse into a current;
A set load that is on the second reference potential side and that converts a signal converted into a current by the first switching element into a voltage and a signal that is converted into a current by the second switching element are converted into a voltage Reset load,
In a level shift circuit comprising: a pulse regeneration circuit that regenerates the control pulse signal from the signal level of the set load and the signal level of the reset load;
The level shift circuit, wherein the set load and the reset load have non-linear load characteristics.
第1の基準電位及び前記第1の基準電位に対し浮動電位となる第2の基準電位と、
前記第1の基準電位側にあり、前記第1の基準電位側から前記第2の基準電位側へ伝達する制御パルス信号の立ち上がりエッジに対応するセットパルス及び立ち下がりエッジに対応するリセットパルスを発生するパルス発生回路と、
前記セットパルスを電流に変換する第1のスイッチング素子及び前記リセットパルスを電流に変換する第2のスイッチング素子と、
前記第2の基準電位側にあり、前記第1のスイッチング素子で電流に変換された信号を電圧に変換するセット用負荷及び前記第2のスイッチング素子で電流に変換された信号を電圧に変換するリセット用負荷と、
前記セット用負荷および前記リセット用負荷の信号レベルから、前記セットパルスを検出するセットパルス検出回路及び前記リセットパルスを検出するリセットパルス検出回路と、
前記セットパルス検出回路の出力信号及び前記リセットパルス検出回路の出力信号から前記制御パルス信号を再生するパルス再生回路と、を備えるレベルシフト回路において、
前記セット用負荷及び前記リセット用負荷が非線形の負荷特性を有することを特徴とするレベルシフト回路。
A first reference potential and a second reference potential that is a floating potential with respect to the first reference potential;
A set pulse corresponding to a rising edge and a reset pulse corresponding to a falling edge of a control pulse signal that is on the first reference potential side and is transmitted from the first reference potential side to the second reference potential side is generated. A pulse generation circuit that
A first switching element that converts the set pulse into a current and a second switching element that converts the reset pulse into a current;
A set load that is on the second reference potential side and that converts a signal converted into a current by the first switching element into a voltage and a signal that is converted into a current by the second switching element are converted into a voltage Reset load,
A set pulse detection circuit for detecting the set pulse and a reset pulse detection circuit for detecting the reset pulse from signal levels of the set load and the reset load;
In a level shift circuit comprising: a pulse regeneration circuit that regenerates the control pulse signal from an output signal of the set pulse detection circuit and an output signal of the reset pulse detection circuit;
The level shift circuit, wherein the set load and the reset load have non-linear load characteristics.
請求項1または2に記載のレベルシフト回路において、
前記セット用負荷及び前記リセット用負荷がダイオード接続をしたトランジスタで構成され、電流が増すと共にインピーダンスが減少することを特徴とするレベルシフト回路。
The level shift circuit according to claim 1 or 2,
2. The level shift circuit according to claim 1, wherein the set load and the reset load are composed of diode-connected transistors, and the impedance decreases as the current increases.
請求項1または2に記載のレベルシフト回路において、
前記セット用負荷及び前記リセット用負荷がダイオード接続をしたMOSFETで構成され、電流が増すと共にインピーダンスが減少することを特徴とするレベルシフト回路。
The level shift circuit according to claim 1 or 2,
2. The level shift circuit according to claim 1, wherein the set load and the reset load are configured by diode-connected MOSFETs, and the impedance decreases as the current increases.
請求項2に記載のレベルシフト回路において、
前記セットパルス検出回路は、オフセットが設けられた前記セット用負荷の信号レベルと前記リセット用負荷との信号レベルとを比較し、
前記セット用負荷のレベルが前記リセット用負荷のレベルに比べ前記オフセットより低くなったことを判定して前記セットパルスを検出することを特徴とするレベルシフト回路。
The level shift circuit according to claim 2, wherein
The set pulse detection circuit compares the signal level of the set load provided with an offset and the signal level of the reset load,
A level shift circuit, wherein the set pulse is detected by determining that the level of the set load is lower than the offset compared to the level of the reset load.
第1の基準電位及び前記第1の基準電位に対し浮動電位となる第2の基準電位と、
前記第2の基準電位側にあり、前記第2の基準電位側から前記第1の基準電位側へ伝達するステイタス信号の立ち上がりエッジに対応するセットパルス2及び立ち下がりエッジに対応するリセットパルス2を発生するパルス発生回路2と、
前記セットパルス2を電流に変換する第3のスイッチング素子及び前記リセットパルス2を電流に変換する第4のスイッチング素子と、
前記第1の基準電位側にあり、前記第3のスイッチング素子で電流に変換された信号を電圧に変換するセット2用負荷及び前記第4のスイッチング素子で電流に変換された信号を電圧に変換するリセット2用負荷と、
前記セット2用負荷およびリセット2用負荷の信号レベルから、前記セットパルス2を検出するセットパルス2検出回路及び前記リセットパルス2を検出するリセットパルス2検出回路と、
前記セットパルス2検出回路の出力信号及び前記リセットパルス2検出回路の出力信号から前記ステイタス信号を再生するパルス再生回路2と、を備えるレベルシフト回路において、
前記セット2用負荷及び前記リセット2用負荷がダイオード接続されたNチャネルMOSFETを含む非線形の負荷特性を有することを特徴とするレベルシフト回路。
A first reference potential and a second reference potential that is a floating potential with respect to the first reference potential;
A set pulse 2 corresponding to a rising edge of a status signal that is on the second reference potential side and is transmitted from the second reference potential side to the first reference potential side, and a reset pulse 2 corresponding to the falling edge. A pulse generation circuit 2 for generating;
A third switching element that converts the set pulse 2 into a current and a fourth switching element that converts the reset pulse 2 into a current;
A load for set 2 that is on the first reference potential side and that converts a signal converted into a current by the third switching element into a voltage, and a signal that is converted into a current by the fourth switching element is converted into a voltage Reset 2 load to
A set pulse 2 detection circuit for detecting the set pulse 2 and a reset pulse 2 detection circuit for detecting the reset pulse 2 from signal levels of the set 2 load and the reset 2 load;
A level shift circuit comprising: a pulse regeneration circuit 2 that regenerates the status signal from an output signal of the set pulse 2 detection circuit and an output signal of the reset pulse 2 detection circuit;
2. The level shift circuit according to claim 1, wherein the load for the set 2 and the load for the reset 2 have a non-linear load characteristic including an N-channel MOSFET having a diode connection.
主電源端子間に直列に接続された第1及び第2の電力用スイッチング素子を駆動制御するスイッチング素子駆動回路であり、
前記第1の電力用スイッチング素子の接地側電位を基準とする第1の基準電位側から前記第1及び第2の電力用スイッチング素子の接続点を基準とする第2の基準電位側へ制御パルス信号を伝達するレベルシフト回路を備えるスイッチング素子駆動回路において、
前記レベルシフト回路は、前記第1の基準電位及び前記第1の基準電位に対し浮動電位となる前記第2の基準電位と、
前記第1の基準電位側にあり、前記第1の基準電位側から前記第2の基準電位側へ伝達する制御パルス信号の立ち上がりエッジに対応するセットパルス及び立ち下がりエッジに対応するリセットパルスを発生するパルス発生回路と、
前記セットパルスを電流に変換する第1のスイッチング素子及び前記リセットパルスを電流に変換する第2のスイッチング素子と、
前記第2の基準電位側にあり、前記第1のスイッチング素子で電流に変換された信号を電圧に変換するセット用負荷及び前記第2のスイッチング素子で電流に変換された信号を電圧に変換するリセット用負荷と、
前記セット用負荷および前記リセット用負荷の信号レベルから、前記セットパルスを検出するセットパルス検出回路及び前記リセットパルスを検出するリセットパルス検出回路と、
前記セットパルス検出回路の出力信号及び前記リセットパルス検出回路の出力信号から前記制御パルス信号を再生するパルス再生回路と、を備え、
前記セット用負荷及び前記リセット用負荷が非線形の負荷特性を有することを特徴とするスイッチング素子駆動回路。
A switching element drive circuit for driving and controlling the first and second power switching elements connected in series between main power supply terminals;
A control pulse from the first reference potential side with respect to the ground side potential of the first power switching element to the second reference potential side with reference to the connection point of the first and second power switching elements. In a switching element driving circuit including a level shift circuit for transmitting a signal,
The level shift circuit includes the first reference potential and the second reference potential that is a floating potential with respect to the first reference potential;
A set pulse corresponding to a rising edge and a reset pulse corresponding to a falling edge of a control pulse signal that is on the first reference potential side and is transmitted from the first reference potential side to the second reference potential side is generated. A pulse generation circuit that
A first switching element that converts the set pulse into a current and a second switching element that converts the reset pulse into a current;
A set load that is on the second reference potential side and that converts a signal converted into a current by the first switching element into a voltage and a signal that is converted into a current by the second switching element are converted into a voltage Reset load,
A set pulse detection circuit for detecting the set pulse and a reset pulse detection circuit for detecting the reset pulse from signal levels of the set load and the reset load;
A pulse regeneration circuit for regenerating the control pulse signal from the output signal of the set pulse detection circuit and the output signal of the reset pulse detection circuit,
The switching element drive circuit, wherein the set load and the reset load have nonlinear load characteristics.
主電源端子間に直列に接続された第1及び第2のスイッチング素子と、前記第1のスイッチング素子の接地側電位である第1の基準電位を基準とする第1の制御電源と、前記第1及び第2のスイッチング素子の接続点電位を第2の基準電位とする第2の制御電源と、前記第2のスイッチング素子駆動制御信号を前記第1の基準電位から、前記第2の基準電位側へ伝達するレベルシフト回路と、前記第1及び第2のスイッチング素子を駆動するバッファ回路とを備えるインバータ装置において、
前記レベルシフト回路は、前記レベルシフト回路は、前記第1の基準電位及び前記第1の基準電位に対し浮動電位となる前記第2の基準電位と、
前記第1の基準電位側にあり、前記第1の基準電位側から前記第2の基準電位側へ伝達する制御パルス信号の立ち上がりエッジに対応するセットパルス及び立ち下がりエッジに対応するリセットパルスを発生するパルス発生回路と、
前記セットパルスを電流に変換する第1のスイッチング素子及び前記リセットパルスを電流に変換する第2のスイッチング素子と、
前記第2の基準電位側にあり、前記第1のスイッチング素子で電流に変換された信号を電圧に変換するセット用負荷及び前記第2のスイッチング素子で電流に変換された信号を電圧に変換するリセット用負荷と、
前記セット用負荷および前記リセット用負荷の信号レベルから、前記セットパルスを検出するセットパルス検出回路及び前記リセットパルスを検出するリセットパルス検出回路と、
前記セットパルス検出回路の出力信号及び前記リセットパルス検出回路の出力信号から前記制御パルス信号を再生するパルス再生回路と、を備え、
前記セット用負荷及び前記リセット用負荷が非線形の負荷特性を有することを特徴とするインバータ装置。
First and second switching elements connected in series between main power supply terminals; a first control power supply based on a first reference potential which is a ground-side potential of the first switching element; A second control power source having a connection point potential of the first and second switching elements as a second reference potential, and the second switching element drive control signal from the first reference potential to the second reference potential. In an inverter device comprising a level shift circuit for transmitting to the side and a buffer circuit for driving the first and second switching elements,
The level shift circuit includes the second reference potential that is a floating potential with respect to the first reference potential and the first reference potential.
A set pulse corresponding to a rising edge and a reset pulse corresponding to a falling edge of a control pulse signal that is on the first reference potential side and is transmitted from the first reference potential side to the second reference potential side is generated. A pulse generation circuit that
A first switching element that converts the set pulse into a current and a second switching element that converts the reset pulse into a current;
A set load that is on the second reference potential side and that converts a signal converted into a current by the first switching element into a voltage and a signal that is converted into a current by the second switching element are converted into a voltage Reset load,
A set pulse detection circuit for detecting the set pulse and a reset pulse detection circuit for detecting the reset pulse from signal levels of the set load and the reset load;
A pulse regeneration circuit for regenerating the control pulse signal from the output signal of the set pulse detection circuit and the output signal of the reset pulse detection circuit,
The inverter device, wherein the set load and the reset load have nonlinear load characteristics.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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