JP2013038843A - ゲート駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】定電流駆動回路11Cと、定電圧駆動回路11Vと、スイッチング素子2の動作条件をパラメータとして、定電流駆動回路11Cおよび定電圧駆動回路11Vのそれぞれでスイッチング素子2を駆動させたときの、スイッチング損失および放射ノイズの一方または両方についての情報を保持する回路特性情報保持部15と、スイッチング素子2の動作条件を検出する動作条件検出部14と、検出した動作条件と、保持する回路特性情報に基づき、定電流駆動回路11Cと定電圧駆動回路11Vのうちのいずれか一方をスイッチング素子2の駆動回路として切替える駆動回路切替部12、13とを備えるように構成した。
【選択図】図1
Description
図1と図2は、本発明の実施の形態1にかかる電圧駆動型スイッチング素子用のゲート駆動装置を説明するためのもので、図1はゲート駆動装置の構成を説明するための回路ブロック図、図2は定電圧駆動回路と定電流駆動回路のそれぞれのスイッチング損失と放射ノイズ強度の相関関係の例を示す図である。
背景技術でも述べたように、定電圧駆動回路において、ゲート抵抗を小さくするとスイッチング速度が速くなるためスイッチング損失は小さくなるが、その一方で、スイッチング素子から放射されるノイズ強度は大きくなる。逆に、ゲート抵抗を大きくするとスイッチング速度が遅くなるためスイッチング損失は大きくなるが、その一方で、スイッチング素子から放射されるノイズ強度は小さくなる。このように、スイッチング損失と放射ノイズ強度とはトレードオフの関係にある。同様に、定電流駆動回路においてもスイッチング損失と放射ノイズ強度とはトレードオフの関係にある。
スイッチング素子を用いて構成される電力変換器には、サイズ、あるいは、冷却性能に応じてスイッチング素子のスイッチング損失に関して許容レベルが存在するため、定電圧駆動回路11Vではゲート抵抗値Rg、定電流駆動回路11Cではゲート電流値の逆数1/Igに対して上限値が存在する。また、CISPR( Comite International Special des Perturbations Radioelectriques( International Special Committee on Radio Interference ))の規格により放射ノイズレベルにも許容レベルが存在するため、定電圧駆動回路11Vではゲート抵抗値Rg、定電流駆動回路11Cではゲート電流値の逆数1/Igに対して下限値が存在する。
本発明の実施の形態2にかかるゲート駆動装置は、実施の形態1にかかるゲート駆動装置に対し、ターンオン動作時にコレクタ電圧の変化量が所定値に達する時点までの期間と、その時点以降の期間とによって、駆動回路の切り替えを判断する基準を変更するようにしたものである。その他の構成および動作については実施の形態1と同様であるので説明を省略する。図3と図4は、本実施の形態2にかかるゲート駆動装置の構成および動作を説明するためのもので、図3は駆動装置の構成を説明するための回路ブロック図、図4はスイッチング素子2を定電圧駆動回路11Vで制御した場合の、ターンオン動作におけるコレクタ電流、コレクタ電圧およびゲート電圧の波形を示す図である。
図4は、電圧駆動型スイッチング素子2の駆動出力として、定電圧駆動回路11Vからの定電圧パルス信号を用いてターンオン動作したときの信号波形を示したものである。図中、横軸は共通の時間軸で、縦軸は上段からそれぞれコレクタ電流Ic、コレクタ電圧Vceおよびゲート電圧Vgeを示す。ここでは、電圧駆動型スイッチング素子としてIGBT2を用いた場合を例に説明する。IGBT2のゲート・エミッタ端子間に印加するゲート電圧Vgeが上昇して閾値Vthを超える(時点t1)と、IGBT2はターンオンしコレクタ電流Icが流れ始める。このとき、IGBT2のコレクタ電圧Vceは、主回路3の(配線の)寄生インダクタンスLとIGBT2を流れるコレクタ電流Icの時間変化率(dIC/dt)との積L×(dIC/dt)分だけ主回路3の電圧VS(電源電圧)から電圧降下する。その後、ゲート電圧Vgeがミラー期間と呼ばれる電圧が一定となる期間を経て所定の電圧まで上昇し、コレクタ電圧Vceは0Vまで低下していき、コレクタ電流Icは所定の値となる。
本発明の実施の形態3にかかるゲート駆動装置は、実施の形態2にかかるゲート駆動装置に対し、ターンオン動作時にゲート電圧が一定値を保つ期間に入る時点までの期間と、その時点以降の期間とによって、駆動回路の切り替えを判断する基準を変更するようにしたものである。その他の構成および動作については実施の形態2と同様であるので説明を省略する。図5は、本実施の形態3にかかるゲート駆動装置の構成および動作を説明するための回路ブロック図である。なお、本実施の形態3においても、実施の形態2の動作の説明に用いた図4を使用する。
図4に示したように、IGBT2のゲート・エミッタ端子間に印加するゲート電圧Vgeが上昇して閾値Vthを超えると、IGBT2はターンオンしコレクタ電流Icが流れ始める。その後、ゲート電圧Vgeがミラー期間と呼ばれる電圧が一定となる期間を経て所定の電圧まで上昇し、コレクタ電圧Vceは0Vまで低下していき、コレクタ電流Icは所定の値となる。
11 駆動回路群(11V:定電圧駆動回路、11C:定電流駆動回路)、 12 駆動出力切替部(駆動回路切替部)、 13 駆動回路選択部(駆動回路切替部)、 14 動作条件検出部、 15 回路特性情報保持部、 16 コレクタ電圧検出部、 17 ゲート電圧検出部。
Claims (6)
- スイッチング素子を駆動制御するために、ゲート駆動信号を出力する複数の駆動回路を切替えて使用するゲート駆動装置であって、
前記ゲート駆動信号として、定電流パルス信号を出力する定電流駆動回路と、
前記ゲート駆動信号として、定電圧パルス信号を出力する定電圧駆動回路と、
前記スイッチング素子の動作条件のうち予め選定した動作条件をパラメータとして、前記定電流駆動回路および前記定電圧駆動回路のそれぞれで前記スイッチング素子を駆動させたときの、スイッチング損失および放射ノイズの一方または両方についての情報である回路特性情報を保持する回路特性情報保持部と、
前記スイッチング素子の動作条件を検出する動作条件検出部と、
前記動作条件検出部が検出した動作条件と、前記回路特性情報保持部が保持する回路特性情報に基づき、前記定電流駆動回路と前記定電圧駆動回路のうちのいずれか一方を前記スイッチング素子の駆動回路として切替える駆動回路切替部と、
を備えたことを特徴とするゲート駆動装置。 - 前記選定した動作条件は、前記スイッチング素子の温度、前記スイッチング素子のコレクタまたはドレイン電流、および当該スイッチング素子を用いて構成する主回路の電圧のうちの少なくともいずれか、またはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項1に記載のゲート駆動装置。
- 前記スイッチング素子のコレクタ電圧を検出するコレクタ電圧検出部を備え、
前記駆動回路切替部は、ターンオン動作における前記コレクタ電圧の変化量が所定の値に達する時点までの期間は、放射ノイズが小さくなる駆動回路に切替え、前記時点以降はスイッチング損失が低くなる駆動回路に切替えることを特徴とする請求項1または2に記載のゲート駆動装置。 - 前記所定の値は、当該スイッチング素子を用いて構成する主回路の寄生インダクタンスと前記スイッチング素子のコレクタ電流の時間変化率の積に相当する値、であることを特徴とする請求項3に記載のゲート駆動装置。
- 前記スイッチング素子のゲート電圧を検出するゲート電圧検出部を備え、
前記駆動回路切替部は、ターンオン動作において、前記ゲート電圧が所定の条件に達する時点までの期間は、放射ノイズが小さくなる駆動回路に切替え、前記時点以降はスイッチング損失が低くなる駆動回路に切替えることを特徴とする請求項1または2に記載のゲート駆動装置。 - 前記所定の条件は、前記ゲート電圧が所定期間一定値を示すこと、であることを特徴とする請求項5に記載のゲート駆動装置。
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