JP2013059260A - Inverter circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直流を交流に変換し、電動機（例えば多相モータ）等の負荷を駆動するインバータ回路に関するものである。 The present invention relates to an inverter circuit that converts direct current into alternating current and drives a load such as an electric motor (for example, a multiphase motor).
従来より、空気調和装置の圧縮機を駆動する多相モータ等の運転状態を制御するために、いわゆる多相インバータ回路が用いられる。この多相インバータ回路では、それぞれの相に対して、上アーム側用及び下アーム側用のスイッチング素子が設けられ、上アーム側のスイッチング素子が駆動されてオンになることによって、所定の高電圧が出力線に接続され、下アーム側のスイッチング素子が駆動されてオンになることによって出力線が接地される。このように各スイッチング素子を駆動するため、多相インバータ回路では、上アーム側のスイッチング素子を駆動する上アーム側ドライブ回路に対して電源電圧を供給する、いわゆるブートストラップ回路が用いられる（例えば特許文献１を参照）。このブートストラップ回路は、上アーム側ドライブ回路に電源電圧を供給するブートストラップキャパシタを備えており、下アーム側スイッチング素子がオンになった際にこのブートストラップキャパシタが充電され、このブートストラップキャパシタによって上アーム側スイッチング素子に電源電圧が供給される。 Conventionally, so-called multiphase inverter circuits are used to control the operation state of a multiphase motor or the like that drives a compressor of an air conditioner. In this multiphase inverter circuit, an upper arm side switching element and a lower arm side switching element are provided for each phase, and the upper arm side switching element is driven and turned on, whereby a predetermined high voltage is applied. Is connected to the output line, and the switching element on the lower arm side is driven and turned on to ground the output line. In order to drive each switching element in this way, a so-called bootstrap circuit that supplies a power supply voltage to an upper arm side drive circuit that drives an upper arm side switching element is used in a multiphase inverter circuit (for example, a patent) Reference 1). The bootstrap circuit includes a bootstrap capacitor that supplies a power supply voltage to the upper arm side drive circuit. When the lower arm side switching element is turned on, the bootstrap capacitor is charged. A power supply voltage is supplied to the upper arm side switching element.
ところで、このような多相インバータ回路では、Ｓｉ（Silicon）半導体を用いたＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のスイッチング素子が用いられるのが一般的である。また、近年ではＳｉＣ（Silicon Carbite）のような材料を用いたワイドバンドギャップ半導体が盛んに開発されており、低損失で耐熱性が高い等の特性から上記のスイッチング素子としての応用が期待されている。とりわけ、ＳｉＣを用いた半導体素子は、ＭＯＳＦＥＴ構造とするよりも接合型電界効果トランジスタ（以下、ＪＦＥＴと略記する。JFET：Junction Field Effect Transistor）構造とした方が損失を小さくしやすいため、接合型電界効果トランジスタとしての応用が期待されている。
ところで、一般的なインバータ回路では、下アーム側のスイッチング素子のソース端子と、下アーム側のスイッチング素子を駆動する駆動回路の電源回路とは、何れも共通の接地線に接続される。この状態で下アーム側のスイッチング素子がスイッチング動作を行って接地線に流れる電流が急峻に変化すると、配線等のインピーダンスによって接地線の電圧が変動する。そして上記のように、下アーム側のスイッチング素子を駆動する駆動回路もこの接地線に接続されているので、この駆動回路の接地電位も同様に変化し、その結果スイッチング素子の駆動電圧が変動することになる。この駆動電圧の変動により、例えばスイッチング素子の駆動電圧が低下すると、スイッチング素子のオン抵抗が大きくなり、その結果、スイッチング素子のオン損失が増大するという問題を生ずる。 By the way, in a general inverter circuit, the source terminal of the switching element on the lower arm side and the power supply circuit of the drive circuit that drives the switching element on the lower arm side are both connected to a common ground line. In this state, when the switching element on the lower arm side performs a switching operation and the current flowing through the ground line changes abruptly, the voltage of the ground line varies depending on the impedance of the wiring or the like. As described above, since the drive circuit for driving the switching element on the lower arm side is also connected to the ground line, the ground potential of the drive circuit changes in the same manner, and as a result, the drive voltage of the switching element fluctuates. It will be. For example, when the driving voltage of the switching element decreases due to the fluctuation of the driving voltage, the on-resistance of the switching element increases, resulting in a problem that the on-loss of the switching element increases.
ノーマリオフタイプのＪＦＥＴをインバータ回路のスイッチング素子として用いると、ＪＦＥＴのオン電圧（例えば３Ｖ）はＭＯＳＦＥＴのオン電圧（例えば１５Ｖ）と比べて一般的には低いので、駆動電圧が増大してゲート・ソース間のｐｎ接合電圧を超えると、駆動電力が増大するうえ、小数キャリアが蓄積されてターンオフ時間や損失が増大するという問題を生ずるなど、上記のように駆動電圧が変動することによって生ずる上記のような問題が、Ｓｉ（Silicon）半導体を用いたＭＯＳＦＥＴをスイッチング素子として用いた場合に比べてより顕著になる。 When a normally-off type JFET is used as a switching element of an inverter circuit, the on-voltage of the JFET (for example, 3V) is generally lower than the on-voltage of the MOSFET (for example, 15V). When the pn junction voltage is exceeded, the driving power increases, and the number of minority carriers are accumulated, resulting in problems such as an increase in turn-off time and loss. As described above, the driving voltage fluctuates as described above. This problem becomes more prominent than when a MOSFET using a Si (Silicon) semiconductor is used as a switching element.
本発明は上記の問題に着目してなされたものであり、下アーム側のスイッチング素子を駆動する駆動電圧の変動を低減することを目的としている。 The present invention has been made paying attention to the above-described problem, and aims to reduce fluctuations in the driving voltage for driving the switching element on the lower arm side.
上記の課題を解決するため、第１の発明は、
上アーム側スイッチング素子（10）を含んだ上アームと、下アーム側スイッチング素子（20）を含んだ下アームとからなるアームを複数備えて、複数相の交流電力を出力するインバータ回路であって、
それぞれの上アーム側スイッチング素子（10）に対応して設けられ、駆動電圧（Vgx） を、対応した上アーム側スイッチング素子（10）のゲート端子に印加して該上アーム側スイッチング素子（10）を駆動する複数の上アーム側ドライブ回路（30）と、
それぞれの下アーム側スイッチング素子（20）に対応して設けられ、駆動電圧（Vgx）を、対応した下アーム側スイッチング素子（20）のゲート端子に印加して該下アーム側スイッチング素子（20）を駆動する複数の下アーム側ドライブ回路（40）と、
前記下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子の電位変動に応じ、前記下アーム側ドライブ回路（40）が印加する駆動電圧（Vgx）を調整する調整回路（50）と、
を備えていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the first invention is
An inverter circuit that includes a plurality of arms composed of an upper arm including an upper arm switching element (10) and a lower arm including a lower arm switching element (20), and outputs a plurality of phases of AC power. ,
It is provided corresponding to each upper arm side switching element (10), and a drive voltage (Vgx) is applied to the gate terminal of the corresponding upper arm side switching element (10) to provide the upper arm side switching element (10). A plurality of upper arm side drive circuits (30) for driving
It is provided corresponding to each lower arm side switching element (20), and the drive voltage (Vgx) is applied to the gate terminal of the corresponding lower arm side switching element (20) so that the lower arm side switching element (20) A plurality of lower arm side drive circuits (40) for driving
An adjustment circuit (50) for adjusting a drive voltage (Vgx) applied by the lower arm side drive circuit (40) according to a potential variation of a source terminal of the lower arm side switching element (20);
It is characterized by having.
これにより、調整回路（50）が、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子の電位変動に応じ、下アーム側ドライブ回路（40）の印加する駆動電圧（Vgx）の変動が低減される。 Thereby, the adjustment circuit (50) reduces the fluctuation of the drive voltage (Vgx) applied by the lower arm side drive circuit (40) in accordance with the fluctuation of the potential of the source terminal of the lower arm side switching element (20).
また、第２の発明は、
第１の発明のインバータ回路において、
前記調整回路（50）は、
前記下アーム側ドライブ回路（40）の負側と前記下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とを接続する接続線（52）と、
各下アーム側スイッチング素子（20）のスイッチングに起因する高周波成分の電圧変動を低減させるインピーダンス素子（51）と、
を備えていることを特徴とする。
In addition, the second invention,
In the inverter circuit of the first invention,
The adjustment circuit (50)
A connection line (52) connecting the negative side of the lower arm side drive circuit (40) and the source terminal of the lower arm side switching element (20);
An impedance element (51) for reducing voltage fluctuation of a high frequency component caused by switching of each lower arm side switching element (20);
It is characterized by having.
これにより、調整回路（50）がインピーダンス素子（51）と接続線（52）とによって構成される。そして、接続線（52）は、各下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子、各下アーム側ドライブ回路（40）の負側、及び駆動電源（Vg）の負側を共通に接続する。このとき、接続線（52）等はインピーダンスを有しているので各下アーム側スイッチング素子（20）のスイッチングに起因する高周波成分の電圧変動（ノイズ）が生じ、接続線（52）にはこのノイズが流れる場合があるが、インピーダンス素子（51）がこのノイズを低減させる。すなわち、スイッチングに起因する高周波成分の電圧変動は打ち消され、接続線（52）で接続された、各下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子、各下アーム側ドライブ回路（40）の負側、及び駆動電源（Vg）の負側は同電位になる。これにより、下アーム側ドライブ回路（40）が下アーム側スイッチング素子（20）のゲート端子に印加する直流電圧は、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子と同じ電位が基準となる。このとき、下アーム側ドライブ回路（40）が印加する電圧は一定の直流電圧（大きさは一定のＶｃｘ）であるので、下アーム側スイッチング素子（20）のゲート端子の電位は、ソース端子の電位の変動に合わせて変動する。すなわち、駆動電圧（Vgx）（すなわち、ゲート・ソース端子間の電圧）の大きさは一定のＶｃｘになる。 Thus, the adjustment circuit (50) is configured by the impedance element (51) and the connection line (52). The connection line (52) connects the source terminal of each lower arm side switching element (20), the negative side of each lower arm side drive circuit (40), and the negative side of the drive power supply (Vg) in common. At this time, since the connection line (52) and the like have impedance, a voltage fluctuation (noise) of a high frequency component due to switching of each lower arm side switching element (20) occurs, and the connection line (52) Noise may flow, but the impedance element (51) reduces this noise. That is, the voltage fluctuation of the high frequency component due to switching is canceled out, the source terminal of each lower arm switching element (20) connected by the connection line (52), the negative side of each lower arm side drive circuit (40) And the negative side of the drive power supply (Vg) have the same potential. Thus, the DC voltage applied to the gate terminal of the lower arm side switching element (20) by the lower arm side drive circuit (40) is based on the same potential as the source terminal of the lower arm side switching element (20). At this time, since the voltage applied by the lower arm side drive circuit (40) is a constant DC voltage (a constant magnitude Vcx), the potential of the gate terminal of the lower arm side switching element (20) is the same as that of the source terminal. It fluctuates according to the fluctuation of potential. That is, the magnitude of the drive voltage (Vgx) (that is, the voltage between the gate and the source terminal) is a constant Vcx.
また、第３の発明は、
第２の発明のインバータ回路において、
前記下アーム側ドライブ回路（40）に対して前記駆動電圧（Vgx）を供給する駆動電源（Vg）をさらに備え、
前記接続線（52）は、各下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子、各下アーム側ドライブ回路（40）の負側、及び前記駆動電源（Vg）の負側を共通に接続し、
前記インピーダンス素子（51）は、前記駆動電源（Vg）の負側と該インバータ回路における接地線（60）との間に設けられていることを特徴とする。
In addition, the third invention,
In the inverter circuit of the second invention,
A drive power supply (Vg) for supplying the drive voltage (Vgx) to the lower arm drive circuit (40);
The connection line (52) commonly connects the source terminal of each lower arm side switching element (20), the negative side of each lower arm side drive circuit (40), and the negative side of the drive power supply (Vg),
The impedance element (51) is provided between a negative side of the drive power supply (Vg) and a ground line (60) in the inverter circuit.
これにより、接続線（52）が、各下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子、各下アーム側ドライブ回路（40）の負側、及び前記駆動電源（Vg）を接続する。また、インピーダンス素子（51）が、高周波成分の電圧変動を低減させる。すなわち、スイッチングに起因する高周波成分の電圧変動は打ち消され、接続線（52）で接続された、各下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子、各下アーム側ドライブ回路（40）の負側、及び前記駆動電源（Vg）が同電位になる。 Thereby, the connection line (52) connects the source terminal of each lower arm side switching element (20), the negative side of each lower arm side drive circuit (40), and the drive power supply (Vg). Further, the impedance element (51) reduces the voltage fluctuation of the high frequency component. That is, the voltage fluctuation of the high frequency component due to switching is canceled out, the source terminal of each lower arm switching element (20) connected by the connection line (52), the negative side of each lower arm side drive circuit (40) And the drive power supply (Vg) have the same potential.
また、第４の発明は、
第２の発明のインバータ回路において、
前記下アーム側ドライブ回路（40）に対して前記駆動電圧（Vgx）を供給する駆動電源（Vg）と、
前記駆動電源（Vg）の負側と該インバータ回路における接地線（60）とを接続する配線と、
をさらに備え、
前記接続線（52）は、アーム毎に対応して設けられ、対応したそれぞれのアームにおいて、前記下アーム側ドライブ回路（40）の負側と下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とを接続し、
前記インピーダンス素子（51）は、アーム毎に対応して設けられ、対応したそれぞれのアームにおいて、前記接続線（52）と前記駆動電源（Vg）の負側とを接続することを特徴とする。
In addition, the fourth invention is
In the inverter circuit of the second invention,
A drive power supply (Vg) for supplying the drive voltage (Vgx) to the lower arm drive circuit (40);
Wiring connecting the negative side of the drive power supply (Vg) and the ground line (60) in the inverter circuit;
Further comprising
The connection line (52) is provided corresponding to each arm, and in each corresponding arm, the negative side of the lower arm side drive circuit (40) and the source terminal of the lower arm side switching element (20) are connected. connection,
The impedance element (51) is provided corresponding to each arm, and the connection line (52) and the negative side of the drive power supply (Vg) are connected to each corresponding arm.
これにより、各アームに対応した接続線（52）が、それぞれのアームにおいて、下アーム側ドライブ回路（40）の負側と下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とを接続する。また、インピーダンス素子（51）が、各アームから接地線（60）に回り込む、高周波成分の電圧変動を低減させる。すなわち、スイッチングに起因する高周波成分の電圧変動は打ち消され、各アームにおいて接続線（52）で接続された下アーム側ドライブ回路（40）の負側と下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とが同電位になる。 Thereby, the connection line (52) corresponding to each arm connects the negative side of the lower arm side drive circuit (40) and the source terminal of the lower arm side switching element (20) in each arm. Further, the impedance element (51) reduces the voltage fluctuation of the high-frequency component that goes around from each arm to the ground line (60). That is, the voltage fluctuation of the high frequency component due to switching is canceled out, and the negative side of the lower arm side drive circuit (40) connected by the connection line (52) in each arm and the source terminal of the lower arm side switching element (20) And have the same potential.
また、第５の発明は、
第２の発明のインバータ回路において、
前記下アーム側ドライブ回路（40）に対して前記駆動電圧（Vgx）を供給する駆動電源（Vg）をさらに備え、
前記接続線（52）は、アーム毎に対応して設けられ、対応したそれぞれのアームにおいて、前記下アーム側ドライブ回路（40）の負側と下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とを接続し、
前記インピーダンス素子（51）は、少なくとも何れか１つのアームに対応して設けられ、対応したアームにおける接続線（52）と前記駆動電源（Vg）の負側とを接続することを特徴とする。
In addition, the fifth invention,
In the inverter circuit of the second invention,
A drive power supply (Vg) for supplying the drive voltage (Vgx) to the lower arm drive circuit (40);
The connection line (52) is provided corresponding to each arm, and in each corresponding arm, the negative side of the lower arm side drive circuit (40) and the source terminal of the lower arm side switching element (20) are connected. connection,
The impedance element (51) is provided corresponding to at least one of the arms, and connects the connection line (52) in the corresponding arm to the negative side of the drive power supply (Vg).
これにより、アーム毎に設けられた接続線（52）が、対応したそれぞれのアームにおいて、下アーム側ドライブ回路（40）の負側と下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とを接続する。また、少なくとも何れか１つのアームには、そのアームにおける接続線（52）と駆動電圧（Vgx）の負側とを接続するインピーダンス素子（51）が設けられ、それぞれのインピーダンス素子（51）が、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子から駆動電圧（Vgx）の負側に回り込むノイズを低減させる。すなわち、スイッチングに起因する高周波成分の電圧変動は打ち消され、各アームにおいて接続線（52）で接続された、下アーム側ドライブ回路（40）の負側と下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とが同電位になる。 Thereby, the connection line (52) provided for each arm connects the negative side of the lower arm side drive circuit (40) and the source terminal of the lower arm side switching element (20) in each corresponding arm. . Further, at least one of the arms is provided with an impedance element (51) for connecting the connection line (52) and the negative side of the drive voltage (Vgx) in the arm, and each impedance element (51) is Reduces noise from the source terminal of the lower arm side switching element (20) to the negative side of the drive voltage (Vgx). That is, the voltage fluctuation of the high frequency component due to switching is canceled, and the source of the negative side of the lower arm side drive circuit (40) and the lower arm side switching element (20) connected by the connection line (52) in each arm The terminal is at the same potential.
また、第６の発明は、
第１の発明のインバータ回路において、
前記調整回路（50）は、
それぞれの下アーム側ドライブ回路（40）に対応して設けられた複数の駆動電源（Vg1,Vg2,Vg3）と、
各アームにおいて、そのアームにおける、前記駆動電源（Vg1,Vg2,Vg3）の負側、前記下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子、及び前記下アーム側ドライブ回路（40）の負側を互いに接続する複数の接続線（52）と、
を備えていることを特徴とする。
In addition, the sixth invention,
In the inverter circuit of the first invention,
The adjustment circuit (50)
A plurality of drive power supplies (Vg1, Vg2, Vg3) provided for each lower arm drive circuit (40),
In each arm, the negative side of the drive power supply (Vg1, Vg2, Vg3), the source terminal of the lower arm side switching element (20), and the negative side of the lower arm side drive circuit (40) are connected to each other. A plurality of connecting wires (52) to be connected;
It is characterized by having.
これにより、接続線（52）が、それぞれのアームにおいて、そのアームにおける、駆動電源（Vg1,Vg2,Vg3）の負側、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子、及び下アーム側ドライブ回路（40）の負側を接続してこれらを同電位にする。すなわち、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子の電位が変動すると、この変動に応じて下アーム側ドライブ回路（40）の負側の電位も変動（平行移動）する。 Thereby, the connection line (52) is connected to the negative side of the drive power supply (Vg1, Vg2, Vg3), the source terminal of the lower arm side switching element (20), and the lower arm side drive circuit in each arm. Connect the negative side of (40) to the same potential. That is, when the potential of the source terminal of the lower arm side switching element (20) varies, the potential on the negative side of the lower arm side drive circuit (40) also varies (translates) in accordance with the variation.
また、第７の発明は、
第１の発明のインバータ回路において、
前記調整回路（50）は、
前記下アーム側ドライブ回路（40）の負側と前記下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とを接続する接続線（52）と、
各下アーム側スイッチング素子（20）のスイッチングに起因する高周波成分の電圧変動を低減させるインピーダンス素子（51）もしくは、駆動電源（Vg1,Vg2,Vg3）の負側を個々に接続するための端子と、
を備えていることを特徴とする。
In addition, the seventh invention,
In the inverter circuit of the first invention,
The adjustment circuit (50)
A connection line (52) connecting the negative side of the lower arm side drive circuit (40) and the source terminal of the lower arm side switching element (20);
A terminal for individually connecting the negative side of the drive power supply (Vg1, Vg2, Vg3) or the impedance element (51) that reduces the voltage fluctuation of the high frequency component caused by switching of each lower arm side switching element (20) ,
It is characterized by having.
これにより、接続線（52）が、下アーム側ドライブ回路（40）の負側と下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とを接続する。また、インピーダンス素子（51）もしくは、駆動電源（Vg1,Vg2,Vg3）の負側を上記端子に接続すれば、そのインピーダンス素子（51）が、各下アーム側スイッチング素子（20）のスイッチングに起因する高周波成分の電圧変動を低減させる。すなわち、スイッチングに起因する高周波成分の電圧変動は打ち消され、接続線（52）で接続された下アーム側ドライブ回路（40）の負側と下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とが同電位になる。 Thereby, the connection line (52) connects the negative side of the lower arm side drive circuit (40) and the source terminal of the lower arm side switching element (20). Also, if the negative side of the impedance element (51) or drive power supply (Vg1, Vg2, Vg3) is connected to the above terminal, the impedance element (51) is caused by the switching of each lower arm side switching element (20). The voltage fluctuation of the high frequency component is reduced. That is, the voltage fluctuation of the high frequency component due to switching is canceled, and the negative side of the lower arm side drive circuit (40) connected by the connection line (52) is the same as the source terminal of the lower arm side switching element (20). Become potential.
また、第８の発明は、
第１から第７の発明の何れかの１つインバータ回路において、
前記それぞれのスイッチング素子（10,20）は、ワイドバンドギャップ半導体を用いたことを特徴とする。
Further, the eighth invention is
In any one inverter circuit of the first to seventh inventions,
Each of the switching elements (10, 20) is characterized by using a wide band gap semiconductor.
これにより、これにより、ワイドバンドギャップ半導体で構成された上アーム側スイッチング素子（10）がスイッチング動作を行う。 Thereby, the upper arm side switching element (10) made of a wide band gap semiconductor performs a switching operation.
第１の発明から第５の発明によれば、各下アーム側ドライブ回路（40）の負側の電位がソース端子の電位変動に応じて調整されて、駆動電圧（Vgx）の変動が低減されるので、各スイッチング素子を高速にスイッチングさせても、スイッチング素子のオン抵抗の増大、オン損失の増大、駆動電力の増大、或いはターンオフ時間や損失の増大といった問題が起こらないようにできる。 According to the first to fifth aspects of the invention, the negative side potential of each lower arm side drive circuit (40) is adjusted in accordance with the potential fluctuation of the source terminal, and the fluctuation of the driving voltage (Vgx) is reduced. Therefore, even if each switching element is switched at high speed, problems such as an increase in on-resistance, an increase in on-loss, an increase in driving power, or an increase in turn-off time and loss can be prevented.
また、第６の発明によれば、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子の電位の変動に応じて下アーム側ドライブ回路（40）の負側の電位も変動（平行移動）するので、下アーム側スイッチング素子（20）を駆動する駆動電圧の変動が低減する。 According to the sixth aspect of the invention, the negative side potential of the lower arm side drive circuit (40) also fluctuates (translates) in accordance with the fluctuation of the potential of the source terminal of the lower arm side switching element (20). The fluctuation of the drive voltage for driving the lower arm side switching element (20) is reduced.
また、第７の発明によれば、例えば各アームのスイッチング素子と駆動回路を同一パッケージに収納したインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）を容易に実現できる。すなわち、ＩＰＭのパッケージ内にインピーダンス素子（51）を設けるのは困難であるが、インピーダンス素子（51）を接続する端子をそのパッケージに設けて、該インピーダンス素子（51）を外付けすれば容易に本発明のインバータ回路をＩＰＭとして実現できる。しかも、実際の使用状態でのノイズレベルに合わせて、インピーダンス素子（51）の特性を調整することが可能になる。 Further, according to the seventh invention, for example, an intelligent power module (IPM) in which the switching elements and drive circuits of the respective arms are accommodated in the same package can be easily realized. That is, although it is difficult to provide the impedance element (51) in the IPM package, it is easy to provide a terminal for connecting the impedance element (51) to the package and attach the impedance element (51) externally. The inverter circuit of the present invention can be realized as an IPM. In addition, the characteristics of the impedance element (51) can be adjusted in accordance with the noise level in the actual use state.
また、第８の発明によれば、スイッチング素子（10,20）を低損失且つ高耐熱性にすることが可能になる。 Further, according to the eighth aspect, the switching element (10, 20) can be made low loss and high heat resistance.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。また、以下の各実施形態の説明において、一度説明した構成要素と同様の機能を有する構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments are essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present invention, its application, or its use. In the following description of each embodiment, constituent elements having the same functions as those described once will be assigned the same reference numerals and description thereof will be omitted.
《発明の実施形態１》
本発明の実施形態に係るインバータ回路は、例えば、空気調和装置の圧縮機を回転駆動する電動機（三相モータ）等の負荷を駆動するために用いられる。
Embodiment 1 of the Invention
The inverter circuit which concerns on embodiment of this invention is used in order to drive loads, such as an electric motor (three-phase motor) which rotationally drives the compressor of an air conditioning apparatus, for example.
図１は、本発明の実施形態１に係るインバータ回路（1）の主要部分を抜粋した回路図である。このインバータ回路（1）は、端子（T1,T2）に接続されたコンバータ回路（図示省略）から直流電力が供給され、出力端子に接続された三相モータ（図示省略）などの負荷に対して、三相交流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を出力する。 FIG. 1 is a circuit diagram in which main parts of an inverter circuit (1) according to Embodiment 1 of the present invention are extracted. This inverter circuit (1) is supplied with DC power from a converter circuit (not shown) connected to the terminals (T1, T2) and is applied to a load such as a three-phase motor (not shown) connected to the output terminal. , Output three-phase alternating current (U phase, V phase, W phase).
−インバータ回路（1）の構成−
インバータ回路（1）は、三相交流を出力するため、三相交流のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に対応した電力を出力する３組のアームと、駆動電源（Vg）と、調整回路（50）とを備えている。それぞれのアームは、上アーム側スイッチング素子（10）を含んだ上アームと、下アーム側スイッチング素子（20）を含んだ下アームとからなる。
-Configuration of inverter circuit (1)-
The inverter circuit (1) outputs three-phase alternating current, and therefore, three sets of arms that output electric power corresponding to the U-phase, V-phase, and W-phase of the three-phase alternating current, a drive power supply (Vg), And an adjustment circuit (50). Each arm includes an upper arm including the upper arm side switching element (10) and a lower arm including the lower arm side switching element (20).
より具体的には、図１に示すように、このインバータ回路（1）は、それぞれの上アームに、上アーム側スイッチング素子（10）、上アーム側ドライブ回路（30）、ダイオード（D1）、コンデンサ（C1）、及び抵抗（R1）を備えている。また、それぞれの下アームには、下アーム側スイッチング素子（20）、下アーム側ドライブ回路（40）、ダイオード（D2）、コンデンサ（C2）、及び抵抗（R2）を備えている。 More specifically, as shown in FIG. 1, the inverter circuit (1) includes an upper arm side switching element (10), an upper arm side drive circuit (30), a diode (D1), A capacitor (C1) and a resistor (R1) are provided. Each lower arm includes a lower arm side switching element (20), a lower arm side drive circuit (40), a diode (D2), a capacitor (C2), and a resistor (R2).
本実施形態では、これらのスイッチング素子（10,20）に、ＳｉＣのようなワイドバンドギャップ半導体を用いてＪＦＥＴ構造を採用している。このＪＦＥＴは、ＭＯＳＦＥＴよりもオン電圧が低いスイッチング素子であり、例えばゲート電圧が３Ｖでオンになり、−１５Ｖでオフになる。また、ＪＦＥＴは、ＭＯＳＦＥＴのように寄生ダイオードがないので、帰還用のダイオードとして、上アーム側スイッチング素子（10）及び下アーム側スイッチング素子（20）には、それぞれダイオード（D1,D2）をそれぞれのドレイン・ソース端子間に設けている。なお、それぞれのスイッチング素子（10,20）として採用したＪＦＥＴは例示であり、その他にも例えば、静電誘導トランジスタ（SIT：Static induction transistor）、金属半導体電界効果型トランジスタ（MESFET：Metal-Semiconductor Field-Effect-Transistor）、ヘテロ接合電界効果トランジスタ（HFET：Hetero junction Field Effect Transistor）、高電子移動度トランジスタ（HEMT：High Electron Mobility Transistor）等を採用することも可能である。 In this embodiment, these switching elements (10, 20) employ a JFET structure using a wide band gap semiconductor such as SiC. This JFET is a switching element whose on-voltage is lower than that of a MOSFET. Since JFET has no parasitic diode like MOSFET, diodes (D1, D2) are provided as feedback diodes in upper arm side switching element (10) and lower arm side switching element (20), respectively. Between the drain and source terminals. The JFETs employed as the respective switching elements (10, 20) are only examples, and other examples include, for example, a static induction transistor (SIT), a metal semiconductor field effect transistor (MESFET). -Effect-Transistor, Heterojunction Field Effect Transistor (HFET), High Electron Mobility Transistor (HEMT), etc. can also be used.
各アームにおけるスイッチング素子等の接続関係は何れも同様である。具体的には各アームでは、上アーム側スイッチング素子（10）と下アーム側スイッチング素子（20）とは直列接続、すなわち上アーム側スイッチング素子（10）のソース端子と下アーム側スイッチング素子（20）のドレイン端子とが接続されている。また、上アーム側スイッチング素子（10）のドレインは端子（T1）に接続され、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子は、パワーグランドライン（60）に接続されている。パワーグランドライン（60）は、このインバータ回路（1）における接地線であり、端子（T2）に接続されている。なお、端子（T2）は、コンバータ回路（図示省略）の負側と繋がっている。また、上アーム側スイッチング素子（10）のソース端子は、その上アーム側スイッチング素子（10）が対応した出力線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の何れか）に接続されている。 The connection relationship of the switching elements and the like in each arm is the same. Specifically, in each arm, the upper arm side switching element (10) and the lower arm side switching element (20) are connected in series, that is, the source terminal of the upper arm side switching element (10) and the lower arm side switching element (20 ) Drain terminal. The drain of the upper arm side switching element (10) is connected to the terminal (T1), and the source terminal of the lower arm side switching element (20) is connected to the power ground line (60). The power ground line (60) is a ground line in the inverter circuit (1) and is connected to the terminal (T2). The terminal (T2) is connected to the negative side of the converter circuit (not shown). The source terminal of the upper arm side switching element (10) is connected to an output line (any one of U phase, V phase, and W phase) corresponding to the upper arm side switching element (10).
以上の構成により各アームでは、上アーム側スイッチング素子（10）がオンの場合に端子（T1）と、該上アーム側スイッチング素子（10）が対応した出力線とが導通し、下アーム側スイッチング素子（20）がオンの場合に、該下アーム側スイッチング素子（20）が対応した出力線がパワーグランドライン（60）を介して接地する。なお、図１では、各下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とパワーグランドライン（60）との間にコイルと抵抗が図示してあるが、これらのコイルや抵抗は実際に素子として設けてあるのではなく、ソース端子とパワーグランドライン（60）とを接続する配線に存在するインピーダンス（Z1）を模式的に表すために表記してある。なお、煩雑をさけるため省略しているが、パワーグランドライン等にもインピーダンスが存在し、同様の問題が生じる。 With the above configuration, in each arm, when the upper arm side switching element (10) is on, the terminal (T1) and the output line corresponding to the upper arm side switching element (10) are electrically connected, and the lower arm side switching is performed. When the element (20) is on, the output line corresponding to the lower arm side switching element (20) is grounded via the power ground line (60). In FIG. 1, a coil and a resistor are illustrated between the source terminal of each lower arm side switching element (20) and the power ground line (60). However, these coils and resistors are actually provided as elements. The impedance (Z1) existing in the wiring connecting the source terminal and the power ground line (60) is not schematically shown. Although omitted for the sake of simplicity, impedance also exists in the power ground line and the like, and the same problem arises.
上アーム側ドライブ回路（30）も、図１に示すように、アーム毎に設けられている。この上アーム側ドライブ回路（30）は、制御回路（図示省略）に制御されて、同じアーム内の上アーム側スイッチング素子（10）のゲート端子に対して、抵抗（R1）を介して所定の電圧（例えば３Ｖ）を印加して駆動する。具体的には、この上アーム側ドライブ回路（30）にはコンデンサ（C1）が接続されており、下アーム側スイッチング素子（20）がオンのときに、このコンデンサ（C1）が充電される。また、上アーム側ドライブ回路（30）には前記制御回路からの駆動信号（Gu）が入力されており、この駆動信号（Gu）がアクティブ状態のときに、上アーム側ドライブ回路（30）は充電されたコンデンサ（C1）から供給された電圧（駆動電圧）によって上アーム側スイッチング素子（10）を駆動する。なお、図１では、コンデンサ（C1）の充電に関係する回路（いわゆるブートストラップ回路）は記載を省略している。 The upper arm side drive circuit (30) is also provided for each arm as shown in FIG. The upper arm side drive circuit (30) is controlled by a control circuit (not shown) and is connected to a gate terminal of the upper arm side switching element (10) in the same arm via a resistor (R1). It is driven by applying a voltage (for example, 3V). Specifically, a capacitor (C1) is connected to the upper arm side drive circuit (30), and the capacitor (C1) is charged when the lower arm side switching element (20) is on. Further, the drive signal (Gu) from the control circuit is input to the upper arm side drive circuit (30), and when the drive signal (Gu) is in an active state, the upper arm side drive circuit (30) The upper arm side switching element (10) is driven by the voltage (drive voltage) supplied from the charged capacitor (C1). In FIG. 1, a circuit related to charging of the capacitor (C1) (a so-called bootstrap circuit) is not shown.
同様に、下アーム側ドライブ回路（40）も、図１に示すように、アーム毎に設けられている。下アーム側ドライブ回路（40）は、前記制御回路に制御されて、同じアーム内の下アーム側スイッチング素子（20）のゲート端子に対して、抵抗（R2）を介して所定の電圧（例えば３Ｖ）を印加して駆動する。具体的には、それぞれの下アーム側ドライブ回路（40）は、各アームに共通の駆動電源（Vg）が接続されるとともに、前記駆動信号（Gu）とは別の駆動信号（Gx）が入力されている。そして、下アーム側ドライブ回路（40）は、駆動信号（Gx）がアクティブ状態のときに、駆動電源（Vg）から供給された直流電圧を、抵抗（R2）を介して下アーム側スイッチング素子（20）のゲート端子に印加する。ここで、下アーム側ドライブ回路（40）が下アーム側スイッチング素子（20）のゲート端子に印加する電圧を駆動電圧（Vgx）と呼ぶことにする。 Similarly, a lower arm drive circuit (40) is also provided for each arm as shown in FIG. The lower arm side drive circuit (40) is controlled by the control circuit and has a predetermined voltage (for example, 3V) via the resistor (R2) with respect to the gate terminal of the lower arm side switching element (20) in the same arm. ) Is applied to drive. Specifically, each lower arm side drive circuit (40) is connected to a common drive power supply (Vg) for each arm and receives a drive signal (Gx) different from the drive signal (Gu). Has been. When the drive signal (Gx) is in the active state, the lower arm side drive circuit (40) converts the DC voltage supplied from the drive power supply (Vg) through the resistor (R2) to the lower arm side switching element ( Apply to the gate terminal of 20). Here, the voltage applied by the lower arm side drive circuit (40) to the gate terminal of the lower arm side switching element (20) is referred to as a drive voltage (Vgx).
調整回路（50）は、下アーム側ドライブ回路（40）が印加する駆動電圧（Vgx）を、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子の電位変動に応じて調整する。本実施形態では、この調整回路（50）は、接続線（52）とインピーダンス素子（51）とを備えている。 The adjustment circuit (50) adjusts the drive voltage (Vgx) applied by the lower arm side drive circuit (40) according to the potential fluctuation of the source terminal of the lower arm side switching element (20). In the present embodiment, the adjustment circuit (50) includes a connection line (52) and an impedance element (51).
接続線（52）は、図１に示すように、各下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子、各下アーム側ドライブ回路（40）の負側、及び駆動電源（Vg）の負側（駆動電源グランドライン）を共通に接続する。なお、駆動電源グランドラインはパワーグランドライン（60）とは別のものである。また、それぞれの下アーム側ドライブ回路（40）には、駆動電源（Vg）と並列にコンデンサ（C2）が接続されている。これらのコンデンサ（C2）は、駆動電源（Vg）から供給される電圧を平滑化するために設けてある。 As shown in FIG. 1, the connection line (52) is connected to the source terminal of each lower arm side switching element (20), the negative side of each lower arm side drive circuit (40), and the negative side of the drive power supply (Vg) ( Connect the drive power supply ground line in common. The drive power supply ground line is different from the power ground line (60). In addition, a capacitor (C2) is connected to each lower arm side drive circuit (40) in parallel with the drive power supply (Vg). These capacitors (C2) are provided to smooth the voltage supplied from the drive power supply (Vg).
また、インピーダンス素子（51）は具体的にはコイルである。このインピーダンス素子（51）は、駆動電源（Vg）の負側（駆動電源グランドライン）とパワーグランドライン（60）との間に設けられ、各下アーム側スイッチング素子（20）のスイッチングに起因する高周波成分の電圧変動を低減させる。接続線（52）等はインピーダンスを有しているので各下アーム側スイッチング素子（20）のスイッチングに起因する高周波成分の電圧変動（ノイズ）が生じ、接続線（52）にはこのノイズが流れる場合がある。インピーダンス素子（51）はこのノイズはが低減させる。なお、コイルは直流抵抗の成分も有していることから、図１では、直列接続したコイル（51a）と抵抗（51b）とによってインピーダンス素子（51）を表記してある。 The impedance element (51) is specifically a coil. This impedance element (51) is provided between the negative side (drive power supply ground line) of the drive power supply (Vg) and the power ground line (60), and is caused by switching of each lower arm side switching element (20). Reduce voltage fluctuation of high frequency components. Since the connection line (52) and the like have impedance, voltage fluctuations (noise) of high frequency components caused by switching of the lower arm side switching elements (20) occur, and this noise flows in the connection line (52). There is a case. The impedance element (51) reduces this noise. Since the coil also has a DC resistance component, in FIG. 1, the impedance element (51) is represented by a series-connected coil (51a) and resistance (51b).
−インバータ回路（1）における駆動電圧（Vgx）の変動−
インバータ回路（1）では、図２に示すように、例えばＵ相に対応したアームの下アーム側ドライブ回路（40）に入力された駆動信号（Gx）がアクティブ状態（この例ではＨレベル）になると、下アーム側ドライブ回路（40）は、駆動電源（Vg）から供給された直流電圧を、抵抗（R2）を介して下アーム側スイッチング素子（20）のゲート端子に印加する。これにより、Ｕ相に対応した下アーム側スイッチング素子（20）がオンになり、図１に実線矢印で示した経路に電流（Ｕ相電流（iu））が流れる。Ｕ相電流（iu）は、図２に示すように、駆動信号（Gx）がアクティブ状態になってから所定の立ち上がり時間をかけて増大して一定状態になる。
−Fluctuation of drive voltage (Vgx) in inverter circuit (1) −
In the inverter circuit (1), as shown in FIG. 2, for example, the drive signal (Gx) input to the lower arm side drive circuit (40) corresponding to the U phase is in an active state (H level in this example). Then, the lower arm side drive circuit (40) applies the DC voltage supplied from the drive power supply (Vg) to the gate terminal of the lower arm side switching element (20) via the resistor (R2). As a result, the lower arm side switching element (20) corresponding to the U phase is turned on, and a current (U phase current (iu)) flows through the path indicated by the solid line arrow in FIG. As shown in FIG. 2, the U-phase current (iu) increases over a predetermined rise time after the drive signal (Gx) becomes active, and becomes a constant state.
本実施形態のように、ワイドバンドギャップ半導体（例えばＳｉＣ）を用いて、従来のＳｉ（Ｓｉｌｉｃｏｎ）半導体を用いたスイッチング素子よりも高速にスイッチングを行うと、Ｕ相電流（iu）が急峻に変化する（すなわちｄｉ／ｄｔが大きくなる）。その結果、図２に示すように、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とパワーグランドライン（60）との間の配線のインピーダンス（Z1）によって電圧（Vz1）が発生し、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子の電位が変動する。図２の例では、Ｕ相電流（iu）が立ち上がる場合には、電圧（Vz1）が０Ｖよりも上がり、Ｕ相電流（iu）が立ち下がる場合には、電圧（Vz1）が０Ｖよりも下がっている。なお、Ｖ相やＷ相に対応したアームでも同様に、下アーム側スイッチング素子（20）がスイッチング動作を行うと、それぞれのアームにおける、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とパワーグランドライン（60）との間の配線のインピーダンス（Z2,Z3）によってそれぞれ電圧（Vz2,Vz3）が発生する。 As in this embodiment, when a wide band gap semiconductor (for example, SiC) is used to perform switching at a higher speed than a conventional switching element using a Si (Silicon) semiconductor, the U-phase current (iu) changes sharply. (Ie, di / dt increases). As a result, a voltage (Vz1) is generated by the impedance (Z1) of the wiring between the source terminal of the lower arm side switching element (20) and the power ground line (60) as shown in FIG. The potential of the source terminal of the switching element (20) varies. In the example of FIG. 2, when the U-phase current (iu) rises, the voltage (Vz1) rises above 0V, and when the U-phase current (iu) falls, the voltage (Vz1) falls below 0V. ing. Similarly, in the arms corresponding to the V phase and the W phase, when the lower arm side switching element (20) performs the switching operation, the source terminal and the power ground line of the lower arm side switching element (20) in each arm. Voltage (Vz2, Vz3) is generated by the impedance (Z2, Z3) of the wiring between (60).
このとき、もし従来のインバータ回路のように、下アーム側のスイッチング素子のソース端子と、下アーム側のスイッチング素子を駆動する駆動回路の電源回路とが、パワーグランドライン（60）に接続されているとすれば、ソース端子の電位がＶｚ１なので、駆動電圧（Vgx）はＶｇｘ＝Ｖｃｘ−Ｖｚ１となる。ただし、Ｖｃｘは駆動電源（Vg）の両端子間の電位差である。したがって、この場合には、電圧（Vz1）の変動に応じて、駆動電圧（Vgx）も変動することになる。例えば、図２に示すように、電圧（Vz1）が増大すると駆動電圧（Vgx）が低下し、逆に電圧（Vz1）が低下すると駆動電圧（Vgx）が増大する。 At this time, as in the conventional inverter circuit, the source terminal of the switching element on the lower arm side and the power supply circuit of the driving circuit for driving the switching element on the lower arm side are connected to the power ground line (60). If so, since the potential of the source terminal is Vz1, the drive voltage (Vgx) is Vgx = Vcx−Vz1. Vcx is a potential difference between both terminals of the drive power supply (Vg). Therefore, in this case, the drive voltage (Vgx) also varies according to the variation of the voltage (Vz1). For example, as shown in FIG. 2, when the voltage (Vz1) increases, the drive voltage (Vgx) decreases, and conversely, when the voltage (Vz1) decreases, the drive voltage (Vgx) increases.
これに対し本実施形態では、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子の電位変動に応じ、調整回路（50）が駆動電圧（Vgx）を以下のようにして調整する。すなわち、このインバータ回路（1）では、接続線（52）が、各下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子、各下アーム側ドライブ回路（40）の負側、及び駆動電源（Vg）の負側を共通に接続する。このとき、接続線（52）等はインピーダンスを有しているので各下アーム側スイッチング素子（20）のスイッチングに起因する高周波成分の電圧変動（ノイズ）が生じ、接続線（52）にはこのノイズが流れる場合があるが、このノイズはインピーダンス素子（51）が低減させる。すなわち、スイッチングに起因する高周波成分の電圧変動は打ち消され、接続線（52）で接続された、各下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子、各下アーム側ドライブ回路（40）の負側、及び駆動電源（Vg）の負側は同電位になる。これにより、下アーム側ドライブ回路（40）が下アーム側スイッチング素子（20）のゲート端子に印加する直流電圧は、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子と同じ電位が基準となる。このとき、下アーム側ドライブ回路（40）が印加する電圧は一定の直流電圧（大きさはＶｃｘ）なので、下アーム側スイッチング素子（20）のゲート端子の電位は、ソース端子の電位の変動に合わせて変動する。すなわち、駆動電圧（Vgx）（すなわち、ゲート・ソース端子間の電圧）の大きさは一定のＶｃｘになる。すなわち、インバータ回路（1）では、調整回路（50）によって駆動電圧（Vgx）の変動を低減させることができるのである。 On the other hand, in the present embodiment, the adjustment circuit (50) adjusts the drive voltage (Vgx) as follows according to the potential fluctuation of the source terminal of the lower arm side switching element (20). That is, in this inverter circuit (1), the connection line (52) is connected to the source terminal of each lower arm side switching element (20), the negative side of each lower arm side drive circuit (40), and the drive power supply (Vg). Connect the negative side in common. At this time, since the connection line (52) and the like have impedance, a voltage fluctuation (noise) of a high frequency component due to switching of each lower arm side switching element (20) occurs, and the connection line (52) Noise may flow, but this noise is reduced by the impedance element (51). That is, the voltage fluctuation of the high frequency component due to switching is canceled out, the source terminal of each lower arm switching element (20) connected by the connection line (52), the negative side of each lower arm side drive circuit (40) And the negative side of the drive power supply (Vg) have the same potential. Thus, the DC voltage applied to the gate terminal of the lower arm side switching element (20) by the lower arm side drive circuit (40) is based on the same potential as the source terminal of the lower arm side switching element (20). At this time, since the voltage applied by the lower arm side drive circuit (40) is a constant DC voltage (the magnitude is Vcx), the potential of the gate terminal of the lower arm side switching element (20) is caused by the fluctuation of the potential of the source terminal. It fluctuates together. That is, the magnitude of the drive voltage (Vgx) (that is, the voltage between the gate and the source terminal) is a constant Vcx. That is, in the inverter circuit (1), the fluctuation of the drive voltage (Vgx) can be reduced by the adjustment circuit (50).
以上のように本実施形態によれば、駆動電圧（Vgx）の変動を低減させることができ、ＳｉＣのようなワイドバンドギャップ半導体を各スイッチング素子（10,20）に用いて高速スイッチングを行っても、スイッチング素子のオン抵抗の増大、オン損失の増大、駆動電力の増大、或いはターンオフ時間や損失の増大といった問題が起こらないようにできる。 As described above, according to the present embodiment, fluctuations in the drive voltage (Vgx) can be reduced, and high-speed switching is performed using a wide band gap semiconductor such as SiC for each switching element (10, 20). However, problems such as an increase in on-resistance of the switching element, an increase in on-loss, an increase in driving power, or an increase in turn-off time and loss can be prevented.
《発明の実施形態２》
図３は、本発明の実施形態２に係るインバータ回路（2）の主要部分を抜粋した回路図である。このインバータ回路（2）は、調整回路（50）の構成が実施形態１のインバータ回路（1）とは異なっている。
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FIG. 3 is a circuit diagram in which main parts of the inverter circuit (2) according to the second embodiment of the present invention are extracted. The inverter circuit (2) is different from the inverter circuit (1) of the first embodiment in the configuration of the adjustment circuit (50).
本実施形態の調整回路（50）もインピーダンス素子（51）と接続線（52）を備えているが、これらの配置が実施形態１のインバータ回路（1）とは異なっている。具体的には、図３に示すように、インピーダンス素子（51）と接続線（52）とが、それぞれのアームに設けられている。すなわち、それぞれのアームの接続線（52）は、それぞれのアームにおいて、下アーム側ドライブ回路（40）の負側と下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とを接続する。また、インピーダンス素子（51）は、それぞれのアームにおいて、そのアームの接続線（52）と駆動電源（Vg）の負側とを接続し、駆動電源（Vg）の負側とインバータ回路における接地線（60）とを接続する。 The adjustment circuit (50) of the present embodiment also includes an impedance element (51) and a connection line (52), but their arrangement is different from that of the inverter circuit (1) of the first embodiment. Specifically, as shown in FIG. 3, an impedance element (51) and a connection line (52) are provided on each arm. That is, the connection line (52) of each arm connects the negative side of the lower arm side drive circuit (40) and the source terminal of the lower arm side switching element (20) in each arm. In addition, the impedance element (51), in each arm, connects the connecting line (52) of the arm and the negative side of the drive power supply (Vg), and connects the negative side of the drive power supply (Vg) to the ground line in the inverter circuit. Connect to (60).
また、本実施形態では、各アームにおいて下アーム側ドライブ回路（40）の正側と駆動電源（Vg）の正側とを接続するインピーダンス素子（70）を設けている。このように、下アーム側ドライブ回路（40）の正側にもインピーダンス素子（70）を設けることにより、そのアーム内の下アーム側スイッチング素子（20）のスイッチングに起因する高周波成分の電圧変動をより効果的に低減させることができる。なお、コイルは直流抵抗の成分も有していることから、図３では、直列接続したコイル（70a）と抵抗（70b）とによってインピーダンス素子（70）を表記してある。 In the present embodiment, an impedance element (70) that connects the positive side of the lower arm side drive circuit (40) and the positive side of the drive power supply (Vg) is provided in each arm. Thus, by providing the impedance element (70) also on the positive side of the lower arm side drive circuit (40), the voltage fluctuation of the high frequency component caused by the switching of the lower arm side switching element (20) in the arm is reduced. It can reduce more effectively. Since the coil also has a DC resistance component, in FIG. 3, the impedance element (70) is represented by a series-connected coil (70a) and resistance (70b).
−インバータ回路（2）における駆動電圧（Vgx）の変動−
インバータ回路（2）でも、例えばＵ相に対応した下アーム側スイッチング素子（20）がスイッチング動作を行うと、図３に実線矢印で示した経路にＵ相電流（iu）が流れる。そして、このスイッチング動作が高速なほど、Ｕ相電流（iu）が急峻に変化し、これに伴って配線のインピーダンス（Z1）によって、電圧（Vz1）が発生し、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子の電位が変動する。
−Fluctuation of drive voltage (Vgx) in inverter circuit (2) −
Also in the inverter circuit (2), for example, when the lower arm side switching element (20) corresponding to the U phase performs a switching operation, the U phase current (iu) flows through the path indicated by the solid line arrow in FIG. The faster this switching operation is, the sharper the U-phase current (iu) changes. Along with this, the voltage (Vz1) is generated by the impedance (Z1) of the wiring, and the lower arm side switching element (20) The source terminal potential fluctuates.
このように電圧（Vz1）が発生しても、駆動電圧（Vgx）の変動は、本実施形態においても調整回路（50）により低減される。すなわち、このインバータ回路（2）では、それぞれのアームにおいて、接続線（52）が、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子と下アーム側ドライブ回路（40）の負側を接続する。このとき、接続線（52）等はインピーダンスを有しているので各下アーム側スイッチング素子（20）のスイッチングに起因する高周波成分の電圧変動（ノイズ）が生じ、接続線（52）にはこのノイズが流れる場合があるが、このノイズはそれぞれの接続線（52）と駆動電源（Vg）との間に接続されたインピーダンス素子（51）が低減させる。すなわち、スイッチングに起因する高周波成分の電圧変動は打ち消され、接続線（52）で接続された下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子と下アーム側ドライブ回路（40）の負側は同電位になる。このように、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子と下アーム側ドライブ回路（40）の負側が同電位になると、実施形態１のインバータ回路（1）と同様にして、駆動電圧（Vgx）（すなわち、ゲート・ソース端子間の電圧）の大きさは一定電圧になる。すなわち、インバータ回路（2）でも、調整回路（50）によって駆動電圧（Vgx）の変動を低減させることができる。 Even when the voltage (Vz1) is generated in this way, the fluctuation of the drive voltage (Vgx) is reduced by the adjustment circuit (50) in this embodiment as well. That is, in this inverter circuit (2), in each arm, the connection line (52) connects the source terminal of the lower arm side switching element (20) and the negative side of the lower arm side drive circuit (40). At this time, since the connection line (52) has an impedance, a voltage fluctuation (noise) of a high frequency component due to switching of each lower arm side switching element (20) occurs, and this is caused in the connection line (52). Noise may flow, but this noise is reduced by the impedance element (51) connected between each connection line (52) and the drive power supply (Vg). That is, the voltage fluctuation of the high-frequency component caused by switching is canceled, and the source terminal of the lower arm side switching element (20) connected by the connection line (52) and the negative side of the lower arm side drive circuit (40) are at the same potential. become. Thus, when the source terminal of the lower arm side switching element (20) and the negative side of the lower arm side drive circuit (40) have the same potential, the drive voltage (Vgx) is the same as in the inverter circuit (1) of the first embodiment. ) (That is, the voltage between the gate and the source terminal) is a constant voltage. That is, also in the inverter circuit (2), the adjustment circuit (50) can reduce the fluctuation of the drive voltage (Vgx).
したがって、本実施形態でもやはり駆動電圧（Vgx）の変動を低減させることができ、ＳｉＣのようなワイドバンドギャップ半導体を各スイッチング素子（10,20）に用いて高速スイッチングを行っても、スイッチング素子のオン抵抗の増大、オン損失の増大、駆動電力の増大、或いはターンオフ時間や損失の増大といった問題が起こらないようにできる。 Therefore, also in the present embodiment, the fluctuation of the drive voltage (Vgx) can be reduced, and even if a wide band gap semiconductor such as SiC is used for each switching element (10, 20) and high-speed switching is performed, the switching element Thus, problems such as an increase in on-resistance, an increase in on-loss, an increase in driving power, or an increase in turn-off time and loss can be prevented.
なお、本実施形態では、下アーム側ドライブ回路（40）の正側にもインピーダンス素子を設けたが、これは必ずしも必須ではない。すなわち、スイッチングによる電圧変動の大きさによっては省略してもかまわない。 In the present embodiment, the impedance element is also provided on the positive side of the lower arm drive circuit (40), but this is not always necessary. In other words, it may be omitted depending on the magnitude of voltage fluctuation due to switching.
《発明の実施形態３》
図４は、本発明の実施形態３に係るインバータ回路（3）の主要部分を抜粋した回路図である。このインバータ回路（3）は、調整回路（50）の構成が実施形態１のインバータ回路（1）とは異なっている。
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FIG. 4 is a circuit diagram in which main parts of the inverter circuit (3) according to the third embodiment of the present invention are extracted. This inverter circuit (3) differs from the inverter circuit (1) of the first embodiment in the configuration of the adjustment circuit (50).
本実施形態の調整回路（50）もインピーダンス素子（51）と接続線（52）を備えているが、これらの配置が実施形態１のインバータ回路（1）とは異なっている。具体的には、図４に示すように、接続線（52）が、それぞれのアームに設けられている。これら接続線（52）は、各アームにおいて、下アーム側ドライブ回路（40）の負側と下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とを接続する。 The adjustment circuit (50) of the present embodiment also includes an impedance element (51) and a connection line (52), but their arrangement is different from that of the inverter circuit (1) of the first embodiment. Specifically, as shown in FIG. 4, a connection line (52) is provided on each arm. These connection lines (52) connect the negative side of the lower arm side drive circuit (40) and the source terminal of the lower arm side switching element (20) in each arm.
また、少なくとも何れか１つのアームに対応して、インピーダンス素子（51）が設けられている。このインピーダンス素子（51）は、対応したアームにおける接続線（52）と駆動電源（Vg）の負側とを接続するようになっている。本実施形態では、インピーダンス素子（51）は２つ設けられている。２つのインピーダンス素子（51）一方は、Ｖ相に対応したアームにおいて、Ｖ相の接続線（52）と駆動電圧（Vgx）の負側とを接続する。また、もう一方のインピーダンス素子（51）は、Ｗ相に対応したアームにおいて、Ｗ相の接続線（52）と駆動電圧（Vgx）の負側とを接続する。 An impedance element (51) is provided corresponding to at least one of the arms. This impedance element (51) connects the connection line (52) in the corresponding arm to the negative side of the drive power supply (Vg). In the present embodiment, two impedance elements (51) are provided. One of the two impedance elements (51) connects the V-phase connection line (52) and the negative side of the drive voltage (Vgx) in the arm corresponding to the V-phase. The other impedance element (51) connects the W-phase connection line (52) and the negative side of the drive voltage (Vgx) in the arm corresponding to the W-phase.
上記の構成により、駆動電圧（Vgx）の負側とパワーグランドライン（60）を直接接続せず、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子と下アーム側ドライブ回路（40）の負側が接続線（52）により接続されているので、本実施形態においてもやはり、電圧（Vz1）が変動しても、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子と下アーム側ドライブ回路（40）の負側が同電位になっている。これにより、電圧（Vz1）の変動に応じて下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子の電位が変動すると、この変動に応じて下アーム側ドライブ回路（40）の負側の電位も変動（平行移動）する。 With the above configuration, the negative side of the drive voltage (Vgx) and the power ground line (60) are not directly connected, but the source terminal of the lower arm side switching element (20) and the negative side of the lower arm side drive circuit (40) are connected. In this embodiment as well, even if the voltage (Vz1) varies, the source terminal of the lower arm side switching element (20) and the negative terminal of the lower arm side drive circuit (40) are also connected. The sides are at the same potential. As a result, when the potential of the source terminal of the lower arm side switching element (20) varies according to the variation of the voltage (Vz1), the potential of the negative side of the lower arm side drive circuit (40) also varies according to this variation ( Translate).
また、他相の下アーム側スイッチング素子がスイッチングをした場合に、駆動電圧（Vgx）の変動も、調整回路（50）により低減される。すなわち、このインバータ回路（3）では、それぞれのアームにおいて、接続線（52）が、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子と下アーム側ドライブ回路（40）の負側を共通に接続する。このとき、接続線（52）等はインピーダンスを有しているので他相下アーム側スイッチング素子（20）のスイッチングに起因する高周波成分の電圧変動（ノイズ）が生じ、接続線（52）にはこのノイズが流れる場合があるが、このノイズはインピーダンス素子（51）が低減させる。すなわち、スイッチングに起因する高周波成分の電圧変動は打ち消され、接続線（52）で接続された下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子と下アーム側ドライブ回路（40）の負側は同電位になる。このように、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子と下アーム側ドライブ回路（40）の負側が同電位になると、実施形態１のインバータ回路（1）と同様にして、駆動電圧（Vgx）（すなわち、ゲート・ソース端子間の電圧）の大きさは一定電圧になる。すなわち、インバータ回路（3）でも、調整回路（50）によって駆動電圧（Vgx）の変動を低減させることができる。 Further, when the lower arm side switching element of the other phase performs switching, the fluctuation of the drive voltage (Vgx) is also reduced by the adjustment circuit (50). That is, in this inverter circuit (3), in each arm, the connection line (52) commonly connects the source terminal of the lower arm side switching element (20) and the negative side of the lower arm side drive circuit (40). . At this time, since the connection line (52) has an impedance, a voltage fluctuation (noise) of a high frequency component due to switching of the lower-phase switching element (20) in the other phase occurs, and the connection line (52) Although this noise may flow, the impedance element (51) reduces this noise. That is, the voltage fluctuation of the high-frequency component caused by switching is canceled, and the source terminal of the lower arm side switching element (20) connected by the connection line (52) and the negative side of the lower arm side drive circuit (40) are at the same potential. become. Thus, when the source terminal of the lower arm side switching element (20) and the negative side of the lower arm side drive circuit (40) have the same potential, the drive voltage (Vgx) is the same as in the inverter circuit (1) of the first embodiment. ) (That is, the voltage between the gate and the source terminal) is a constant voltage. That is, also in the inverter circuit (3), the adjustment circuit (50) can reduce the fluctuation of the drive voltage (Vgx).
《発明の実施形態４》
図５は、本発明の実施形態４に係るインバータ回路（4）の主要部分を抜粋した回路図である。このインバータ回路（4）は、調整回路（50）の構成が実施形態１のインバータ回路（1）とは異なっている。
<< Embodiment 4 of the Invention >>
FIG. 5 is a circuit diagram in which main parts of the inverter circuit (4) according to Embodiment 4 of the present invention are extracted. This inverter circuit (4) is different from the inverter circuit (1) of the first embodiment in the configuration of the adjustment circuit (50).
本実施形態の調整回路（50）は、図５に示すように、駆動電源（Vg1,Vg2,Vg3）と、接続線（52）とが、それぞれのアームに設けられている。すなわち、接続線（52）は、各アームにおいて、下アーム側ドライブ回路（40）の負側と下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とを接続する。また、各アームの下アーム側ドライブ回路（40）は、それぞれ別個の駆動電源に接続されて駆動電圧（Vgx）を生成する。 As shown in FIG. 5, in the adjustment circuit (50) of the present embodiment, a drive power supply (Vg1, Vg2, Vg3) and a connection line (52) are provided in each arm. That is, in each arm, the connection line (52) connects the negative side of the lower arm side drive circuit (40) and the source terminal of the lower arm side switching element (20). Further, the lower arm side drive circuit (40) of each arm is connected to a separate driving power source to generate a driving voltage (Vgx).
−インバータ回路（4）における駆動電圧（Vgx）の変動−
インバータ回路（4）でも、例えばＵ相に対応した下アーム側スイッチング素子（20）がスイッチング動作を行うと、図５に実線矢印で示した経路にＵ相電流（iu）が流れる。そして、このスイッチング動作が高速なほど、Ｕ相電流（iu）が急峻に変化し（すなわちｄｉ／ｄｔが大きくなる）、これに伴って配線のインピーダンス（Z1）によって電圧（Vz1）が発生し、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子の電位が変動する。
−Fluctuation of drive voltage (Vgx) in inverter circuit (4) −
In the inverter circuit (4), for example, when the lower arm side switching element (20) corresponding to the U phase performs the switching operation, the U phase current (iu) flows through the path indicated by the solid line arrow in FIG. As the switching operation becomes faster, the U-phase current (iu) changes sharply (that is, di / dt increases), and accordingly, the voltage (Vz1) is generated by the impedance (Z1) of the wiring, The potential of the source terminal of the lower arm switching element (20) varies.
このように電圧（Vz1）が変動しても、駆動電圧（Vgx）の変動は、本実施形態においても調整回路（50）により低減される。すなわち、インバータ回路（4）でも、それぞれのアームでは、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子と下アーム側ドライブ回路（40）の負側が接続線（52）により接続されて、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子と下アーム側ドライブ回路（40）の負側が同電位になっている。これにより、電圧（Vz1）の変動に応じて下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子の電位が変動すると、この変動に応じて下アーム側ドライブ回路（40）の負側の電位も変動（平行移動）する。したがって、このインバータ回路（4）でもやはり、駆動電圧（Vgx）の変動を低減することが可能になる。 Thus, even if the voltage (Vz1) varies, the variation of the drive voltage (Vgx) is reduced by the adjustment circuit (50) also in the present embodiment. That is, in the inverter circuit (4), in each arm, the source terminal of the lower arm side switching element (20) and the negative side of the lower arm side drive circuit (40) are connected by the connection line (52), and the lower arm side The source terminal of the switching element (20) and the negative side of the lower arm side drive circuit (40) are at the same potential. As a result, when the potential of the source terminal of the lower arm side switching element (20) varies according to the variation of the voltage (Vz1), the potential of the negative side of the lower arm side drive circuit (40) also varies according to this variation ( Translate). Therefore, the inverter circuit (4) can also reduce the fluctuation of the drive voltage (Vgx).
《その他の実施形態》
各アームのスイッチング素子と駆動回路を同一パッケージに収納したインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）として本発明を構成する場合には、下アームのドライブ回路それぞれに個別の駆動電源（Vg1,Vg2,Vg3）を設けることや、インピーダンス素子（51）をパッケージ内に設けるのは困難である。そこで、ＩＰＭとして本発明を構成する場合には、そのパッケージには駆動電源（Vg1,Vg2,Vg3）の負側やインピーダンス素子（51）を接続する端子を設けて、該インピーダンス素子（51）を外付けするなどすれば、本発明に係るインバータ回路をＩＰＭとして容易に実現できる。しかも、このようにすることで、実際の使用状態でのノイズレベルに合わせて、インピーダンス素子（51）の特性を調整することが可能になる。
<< Other Embodiments >>
When the present invention is configured as an intelligent power module (IPM) in which the switching elements and drive circuits of each arm are housed in the same package, a separate drive power supply (Vg1, Vg2, Vg3) is provided for each of the lower arm drive circuits. In addition, it is difficult to provide the impedance element (51) in the package. Therefore, when the present invention is configured as an IPM, the package is provided with a terminal for connecting the negative side of the driving power source (Vg1, Vg2, Vg3) and the impedance element (51), and the impedance element (51) is provided. If it is externally attached, the inverter circuit according to the present invention can be easily realized as an IPM. In addition, by doing this, it is possible to adjust the characteristics of the impedance element (51) in accordance with the noise level in the actual use state.
本発明に係るインバータ回路は、直流を交流に変換し、電動機（例えば三相モータ）等の負荷を駆動するインバータ回路として有用である。 The inverter circuit according to the present invention is useful as an inverter circuit that converts a direct current into an alternating current and drives a load such as an electric motor (for example, a three-phase motor).
１，２，３，４ インバータ回路
１０ 上アーム側スイッチング素子
２０ 下アーム側スイッチング素子
３０ 上アーム側ドライブ回路
４０ 下アーム側ドライブ回路
５０ 調整回路
５１ インピーダンス素子
５２ 接続線
６０ パワーグランドライン（接地線）
Ｖｇ１ 駆動電源
Ｖｇ２ 駆動電源
Ｖｇ３ 駆動電源
1,2,3,4 inverter circuit
10 Upper arm side switching element
20 Lower arm side switching element
30 Upper arm drive circuit
40 Lower arm drive circuit
50 Adjustment circuit
51 Impedance element
52 connection line
60 Power ground line (ground wire)
Vg1 drive power supply
Vg2 drive power supply
Vg3 drive power supply
本発明は、直流を交流に変換し、電動機（例えば多相モータ）等の負荷を駆動するインバータ回路に関するものである。 The present invention relates to an inverter circuit that converts direct current into alternating current and drives a load such as an electric motor (for example, a multiphase motor).
従来より、空気調和装置の圧縮機を駆動する多相モータ等の運転状態を制御するために、いわゆる多相インバータ回路が用いられる。この多相インバータ回路では、それぞれの相に対して、上アーム側用及び下アーム側用のスイッチング素子が設けられ、上アーム側のスイッチング素子が駆動されてオンになることによって、所定の高電圧が出力線に接続され、下アーム側のスイッチング素子が駆動されてオンになることによって出力線が接地される。このように各スイッチング素子を駆動するため、多相インバータ回路では、上アーム側のスイッチング素子を駆動する上アーム側ドライブ回路に対して電源電圧を供給する、いわゆるブートストラップ回路が用いられる（例えば特許文献１を参照）。このブートストラップ回路は、上アーム側ドライブ回路に電源電圧を供給するブートストラップキャパシタを備えており、下アーム側スイッチング素子がオンになった際にこのブートストラップキャパシタが充電され、このブートストラップキャパシタによって上アーム側スイッチング素子に電源電圧が供給される。 Conventionally, so-called multiphase inverter circuits are used to control the operation state of a multiphase motor or the like that drives a compressor of an air conditioner. In this multiphase inverter circuit, an upper arm side switching element and a lower arm side switching element are provided for each phase, and the upper arm side switching element is driven and turned on, whereby a predetermined high voltage is applied. Is connected to the output line, and the switching element on the lower arm side is driven and turned on to ground the output line. In order to drive each switching element in this way, a so-called bootstrap circuit that supplies a power supply voltage to an upper arm side drive circuit that drives an upper arm side switching element is used in a multiphase inverter circuit (for example, a patent) Reference 1). The bootstrap circuit includes a bootstrap capacitor that supplies a power supply voltage to the upper arm side drive circuit. When the lower arm side switching element is turned on, the bootstrap capacitor is charged. A power supply voltage is supplied to the upper arm side switching element.
ところで、このような多相インバータ回路では、Ｓｉ（Silicon）半導体を用いたＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のスイッチング素子が用いられるのが一般的である。また、近年ではＳｉＣ（Silicon Carbite）のような材料を用いたワイドバンドギャップ半導体が盛んに開発されており、低損失で耐熱性が高い等の特性から上記のスイッチング素子としての応用が期待されている。とりわけ、ＳｉＣを用いた半導体素子は、ＭＯＳＦＥＴ構造とするよりも接合型電界効果トランジスタ（以下、ＪＦＥＴと略記する。JFET：Junction Field Effect Transistor）構造とした方が損失を小さくしやすいため、接合型電界効果トランジスタとしての応用が期待されている。
ところで、一般的なインバータ回路では、下アーム側のスイッチング素子のソース端子と、下アーム側のスイッチング素子を駆動する駆動回路の電源回路とは、何れも共通の接地線に接続される。この状態で下アーム側のスイッチング素子がスイッチング動作を行って接地線に流れる電流が急峻に変化すると、配線等のインピーダンスによって接地線の電圧が変動する。そして上記のように、下アーム側のスイッチング素子を駆動する駆動回路もこの接地線に接続されているので、この駆動回路の接地電位も同様に変化し、その結果スイッチング素子の駆動電圧が変動することになる。この駆動電圧の変動により、例えばスイッチング素子の駆動電圧が低下すると、スイッチング素子のオン抵抗が大きくなり、その結果、スイッチング素子のオン損失が増大するという問題を生ずる。 By the way, in a general inverter circuit, the source terminal of the switching element on the lower arm side and the power supply circuit of the drive circuit that drives the switching element on the lower arm side are both connected to a common ground line. In this state, when the switching element on the lower arm side performs a switching operation and the current flowing through the ground line changes abruptly, the voltage of the ground line varies depending on the impedance of the wiring or the like. As described above, since the drive circuit for driving the switching element on the lower arm side is also connected to the ground line, the ground potential of the drive circuit changes in the same manner, and as a result, the drive voltage of the switching element fluctuates. It will be. For example, when the driving voltage of the switching element decreases due to the fluctuation of the driving voltage, the on-resistance of the switching element increases, resulting in a problem that the on-loss of the switching element increases.
ノーマリオフタイプのＪＦＥＴをインバータ回路のスイッチング素子として用いると、ＪＦＥＴのオン電圧（例えば３Ｖ）はＭＯＳＦＥＴのオン電圧（例えば１５Ｖ）と比べて一般的には低いので、駆動電圧が増大してゲート・ソース間のｐｎ接合電圧を超えると、駆動電力が増大するうえ、小数キャリアが蓄積されてターンオフ時間や損失が増大するという問題を生ずるなど、上記のように駆動電圧が変動することによって生ずる上記のような問題が、Ｓｉ（Silicon）半導体を用いたＭＯＳＦＥＴをスイッチング素子として用いた場合に比べてより顕著になる。 When a normally-off type JFET is used as a switching element of an inverter circuit, the on-voltage of the JFET (for example, 3V) is generally lower than the on-voltage of the MOSFET (for example, 15V). When the pn junction voltage is exceeded, the driving power increases, and the number of minority carriers are accumulated, resulting in problems such as an increase in turn-off time and loss. As described above, the driving voltage fluctuates as described above. This problem becomes more prominent than when a MOSFET using a Si (Silicon) semiconductor is used as a switching element.
本発明は上記の問題に着目してなされたものであり、下アーム側のスイッチング素子を駆動する駆動電圧の変動を低減することを目的としている。 The present invention has been made paying attention to the above-described problem, and aims to reduce fluctuations in the driving voltage for driving the switching element on the lower arm side.
上記の課題を解決するため、第１の発明は、
上アーム側スイッチング素子（10）を含んだ上アームと、下アーム側スイッチング素子（20）を含んだ下アームとからなるアームを複数備えて、複数相の交流電力を出力するインバータ回路であって、
それぞれの上アーム側スイッチング素子（10）に対応して設けられ、駆動電圧（Vgx） を、対応した上アーム側スイッチング素子（10）のゲート端子に印加して該上アーム側スイッチング素子（10）を駆動する複数の上アーム側ドライブ回路（30）と、
それぞれの下アーム側スイッチング素子（20）に対応して設けられ、駆動電圧（Vgx）を、対応した下アーム側スイッチング素子（20）のゲート端子に印加して該下アーム側スイッチング素子（20）を駆動する複数の下アーム側ドライブ回路（40）と、
前記下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子の電位変動に応じ、前記下アーム側ドライブ回路（40）が印加する駆動電圧（Vgx）を調整するとともに前記下アーム側ドライブ回路（40）の負側と前記下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とを接続する接続線（52）と、各下アーム側スイッチング素子（20）のスイッチングに起因する高周波成分の電圧変動を低減させるインピーダンス素子（51）と、を備えた調整回路（50）と、
前記下アーム側ドライブ回路（40）に対して前記駆動電圧（Vgx）を供給する駆動電源（Vg）と、
を備え、
前記接続線（52）は、アーム毎に対応して設けられ、対応したそれぞれのアームにおいて、前記下アーム側ドライブ回路（40）の負側と下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とを接続し、
前記インピーダンス素子（51）は、少なくとも何れか１つのアームに対応して設けられ、対応したアームにおける接続線（52）と前記駆動電源（Vg）の負側とを接続することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the first invention is
An inverter circuit that includes a plurality of arms composed of an upper arm including an upper arm switching element (10) and a lower arm including a lower arm switching element (20), and outputs a plurality of phases of AC power. ,
It is provided corresponding to each upper arm side switching element (10), and a drive voltage (Vgx) is applied to the gate terminal of the corresponding upper arm side switching element (10) to provide the upper arm side switching element (10). A plurality of upper arm side drive circuits (30) for driving
It is provided corresponding to each lower arm side switching element (20), and the drive voltage (Vgx) is applied to the gate terminal of the corresponding lower arm side switching element (20) so that the lower arm side switching element (20) A plurality of lower arm side drive circuits (40) for driving
The drive voltage (Vgx) applied by the lower arm side drive circuit (40) is adjusted according to the potential fluctuation of the source terminal of the lower arm side switching element (20) and the negative voltage of the lower arm side drive circuit (40) is adjusted. A connection line (52) connecting the side and the source terminal of the lower arm side switching element (20), and an impedance element for reducing voltage fluctuations of high frequency components caused by switching of each lower arm side switching element (20) 51) and an adjustment circuit (50) comprising:
A drive power supply (Vg) for supplying the drive voltage (Vgx) to the lower arm drive circuit (40);
Equipped with a,
The connection line (52) is provided corresponding to each arm, and in each corresponding arm, the negative side of the lower arm side drive circuit (40) and the source terminal of the lower arm side switching element (20) are connected. connection,
The impedance element (51) is provided corresponding to at least one of the arms, and connects the connection line (52) in the corresponding arm to the negative side of the drive power supply (Vg) .
これにより、調整回路（50）が、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子の電位変動に応じ、下アーム側ドライブ回路（40）の印加する駆動電圧（Vgx）の変動が低減される。 Thereby, the adjustment circuit (50) reduces the fluctuation of the drive voltage (Vgx) applied by the lower arm side drive circuit (40) in accordance with the fluctuation of the potential of the source terminal of the lower arm side switching element (20) .
これにより、調整回路（50）がインピーダンス素子（51）と接続線（52）とによって構成される。そして、接続線（52）は、各下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子、各下アーム側ドライブ回路（40）の負側、及び駆動電源（Vg）の負側を共通に接続する。このとき、接続線（52）等はインピーダンスを有しているので各下アーム側スイッチング素子（20）のスイッチングに起因する高周波成分の電圧変動（ノイズ）が生じ、接続線（52）にはこのノイズが流れる場合があるが、インピーダンス素子（51）がこのノイズを低減させる。すなわち、スイッチングに起因する高周波成分の電圧変動は打ち消され、接続線（52）で接続された、各下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子、各下アーム側ドライブ回路（40）の負側、及び駆動電源（Vg）の負側は同電位になる。これにより、下アーム側ドライブ回路（40）が下アーム側スイッチング素子（20）のゲート端子に印加する直流電圧は、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子と同じ電位が基準となる。このとき、下アーム側ドライブ回路（40）が印加する電圧は一定の直流電圧（大きさは一定のＶｃｘ）であるので、下アーム側スイッチング素子（20）のゲート端子の電位は、ソース端子の電位の変動に合わせて変動する。すなわち、駆動電圧（Vgx）（すなわち、ゲート・ソース端子間の電圧）の大きさは一定のＶｃｘになる。 This ensures, constituted by an adjusting circuit (50) is connected to line and impedance element (51) (52). The connection line (52) connects the source terminal of each lower arm side switching element (20), the negative side of each lower arm side drive circuit (40), and the negative side of the drive power supply (Vg) in common. At this time, since the connection line (52) and the like have impedance, a voltage fluctuation (noise) of a high frequency component due to switching of each lower arm side switching element (20) occurs, and the connection line (52) Noise may flow, but the impedance element (51) reduces this noise. That is, the voltage fluctuation of the high frequency component due to switching is canceled out, the source terminal of each lower arm switching element (20) connected by the connection line (52), the negative side of each lower arm side drive circuit (40) And the negative side of the drive power supply (Vg) have the same potential. Thus, the DC voltage applied to the gate terminal of the lower arm side switching element (20) by the lower arm side drive circuit (40) is based on the same potential as the source terminal of the lower arm side switching element (20). At this time, since the voltage applied by the lower arm side drive circuit (40) is a constant DC voltage (a constant magnitude Vcx), the potential of the gate terminal of the lower arm side switching element (20) is the same as that of the source terminal. It fluctuates according to the fluctuation of potential. That is, the magnitude of the drive voltage (Vgx) (that is, the voltage between the gate and the source terminal) is a constant Vcx .
これにより、アーム毎に設けられた接続線（52）が、対応したそれぞれのアームにおいて、下アーム側ドライブ回路（40）の負側と下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とを接続する。また、少なくとも何れか１つのアームには、そのアームにおける接続線（52）と駆動電圧（Vgx）の負側とを接続するインピーダンス素子（51）が設けられ、それぞれのインピーダンス素子（51）が、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子から駆動電圧（Vgx）の負側に回り込むノイズを低減させる。すなわち、スイッチングに起因する高周波成分の電圧変動は打ち消され、各アームにおいて接続線（52）で接続された、下アーム側ドライブ回路（40）の負側と下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とが同電位になる。 This ensures that the connection connecting line provided for each arm (52), in each of the arms corresponding, and a source terminal of the negative side and the lower arm switching element (20) of the lower arm side drive circuit (40) To do. Further, at least one of the arms is provided with an impedance element (51) for connecting the connection line (52) and the negative side of the drive voltage (Vgx) in the arm, and each impedance element (51) is Reduces noise from the source terminal of the lower arm side switching element (20) to the negative side of the drive voltage (Vgx). That is, the voltage fluctuation of the high frequency component due to switching is canceled, and the source of the negative side of the lower arm side drive circuit (40) and the lower arm side switching element (20) connected by the connection line (52) in each arm The terminal is at the same potential .
また、第２の発明は、
第１の発明のインバータ回路において、
前記調整回路（50）は、前記インピーダンス素子（51）もしくは、前記駆動電源（Vg）の負側を接続するための端子を備えていることを特徴とする
これにより、接続線（52）が、下アーム側ドライブ回路（40）の負側と下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とを接続する。また、インピーダンス素子（51）もしくは、駆動電源（Vg1,Vg2,Vg3）の負側を上記端子に接続すれば、そのインピーダンス素子（51）が、各下アーム側スイッチング素子（20）のスイッチングに起因する高周波成分の電圧変動を低減させる。すなわち、スイッチングに起因する高周波成分の電圧変動は打ち消され、接続線（52）で接続された下アーム側ドライブ回路（40）の負側と下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とが同電位になる。
Also, a second aspect of the present invention,
In the inverter circuit of the first invention,
Wherein the adjustment circuit (50), said impedance element (51) or by this, characterized in that it comprises a pin for the negative connect the drive power source (Vg), connecting lines (52) Connects the negative side of the lower arm side drive circuit (40) and the source terminal of the lower arm side switching element (20). Also, if the negative side of the impedance element (51) or drive power supply (Vg1, Vg2, Vg3) is connected to the above terminal, the impedance element (51) is caused by the switching of each lower arm side switching element (20). The voltage fluctuation of the high frequency component is reduced. That is, the voltage fluctuation of the high frequency component due to switching is canceled, and the negative side of the lower arm side drive circuit (40) connected by the connection line (52) is the same as the source terminal of the lower arm side switching element (20). Become potential.
また、第３の発明は、
第１又は第２の発明のインバータ回路において、
前記それぞれのスイッチング素子（10,20）は、ワイドバンドギャップ半導体を用いたことを特徴とする。
In addition, the third invention,
In inverter circuit of the first or second aspect of the invention,
Each of the switching elements (10, 20) is characterized by using a wide band gap semiconductor.
これにより、これにより、ワイドバンドギャップ半導体で構成された上アーム側スイッチング素子（10）がスイッチング動作を行う。 Thereby, the upper arm side switching element (10) made of a wide band gap semiconductor performs a switching operation.
第１の発明によれば、各下アーム側ドライブ回路（40）の負側の電位がソース端子の電位変動に応じて調整されて、駆動電圧（Vgx）の変動が低減されるので、各スイッチング素子を高速にスイッチングさせても、スイッチング素子のオン抵抗の増大、オン損失の増大、駆動電力の増大、或いはターンオフ時間や損失の増大といった問題が起こらないようにできる。 According to a first inventions, the potential of the negative side of the lower-arm drive circuit (40) is adjusted in accordance with the potential change of the source terminal, the variation of the driving voltage (Vgx) is reduced, the Even when the switching element is switched at high speed, problems such as an increase in on-resistance, an increase in on-loss, an increase in driving power, or an increase in turn-off time and loss can be prevented .
また、第２の発明によれば、例えば各アームのスイッチング素子と駆動回路を同一パッケージに収納したインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）を容易に実現できる。すなわち、ＩＰＭのパッケージ内にインピーダンス素子（51）を設けるのは困難であるが、インピーダンス素子（51）を接続する端子をそのパッケージに設けて、該インピーダンス素子（51）を外付けすれば容易に本発明のインバータ回路をＩＰＭとして実現できる。しかも、実際の使用状態でのノイズレベルに合わせて、インピーダンス素子（51）の特性を調整することが可能になる。 Also, according to the second invention, for example, an intelligent power module (IPM) housing a switching element and a driving circuit of each arm in the same package can be easily realized. That is, although it is difficult to provide the impedance element (51) in the IPM package, it is easy to provide a terminal for connecting the impedance element (51) to the package and attach the impedance element (51) externally. The inverter circuit of the present invention can be realized as an IPM. In addition, the characteristics of the impedance element (51) can be adjusted in accordance with the noise level in the actual use state.
また、第３の発明によれば、スイッチング素子（10,20）を低損失且つ高耐熱性にすることが可能になる。 Further, according to the third invention, the switching elements (10, 20) can be made low loss and high heat resistance.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。また、以下の各実施形態の説明において、一度説明した構成要素と同様の機能を有する構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments are essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present invention, its application, or its use. In the following description of each embodiment, constituent elements having the same functions as those described once will be assigned the same reference numerals and description thereof will be omitted.
《発明の関連技術１》
本発明の関連技術に係るインバータ回路は、例えば、空気調和装置の圧縮機を回転駆動する電動機（三相モータ）等の負荷を駆動するために用いられる。
<< Related art 1 of invention >>
The inverter circuit according to the related art of the present invention is used, for example, to drive a load such as an electric motor (three-phase motor) that rotationally drives a compressor of an air conditioner.
図１は、本発明の関連技術１に係るインバータ回路（1）の主要部分を抜粋した回路図である。このインバータ回路（1）は、端子（T1,T2）に接続されたコンバータ回路（図示省略）から直流電力が供給され、出力端子に接続された三相モータ（図示省略）などの負荷に対して、三相交流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を出力する。 FIG. 1 is a circuit diagram in which main parts of an inverter circuit (1) according to Related Art 1 of the present invention are extracted. This inverter circuit (1) is supplied with DC power from a converter circuit (not shown) connected to the terminals (T1, T2) and is applied to a load such as a three-phase motor (not shown) connected to the output terminal. , Output three-phase alternating current (U phase, V phase, W phase).
−インバータ回路（1）の構成−
インバータ回路（1）は、三相交流を出力するため、三相交流のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に対応した電力を出力する３組のアームと、駆動電源（Vg）と、調整回路（50）とを備えている。それぞれのアームは、上アーム側スイッチング素子（10）を含んだ上アームと、下アーム側スイッチング素子（20）を含んだ下アームとからなる。
-Configuration of inverter circuit (1)-
The inverter circuit (1) outputs three-phase alternating current, and therefore, three sets of arms that output electric power corresponding to the U-phase, V-phase, and W-phase of the three-phase alternating current, a drive power supply (Vg), And an adjustment circuit (50). Each arm includes an upper arm including the upper arm side switching element (10) and a lower arm including the lower arm side switching element (20).
より具体的には、図１に示すように、このインバータ回路（1）は、それぞれの上アームに、上アーム側スイッチング素子（10）、上アーム側ドライブ回路（30）、ダイオード（D1）、コンデンサ（C1）、及び抵抗（R1）を備えている。また、それぞれの下アームには、下アーム側スイッチング素子（20）、下アーム側ドライブ回路（40）、ダイオード（D2）、コンデンサ（C2）、及び抵抗（R2）を備えている。 More specifically, as shown in FIG. 1, the inverter circuit (1) includes an upper arm side switching element (10), an upper arm side drive circuit (30), a diode (D1), A capacitor (C1) and a resistor (R1) are provided. Each lower arm includes a lower arm side switching element (20), a lower arm side drive circuit (40), a diode (D2), a capacitor (C2), and a resistor (R2).
本関連技術では、これらのスイッチング素子（10,20）に、ＳｉＣのようなワイドバンドギャップ半導体を用いてＪＦＥＴ構造を採用している。このＪＦＥＴは、ＭＯＳＦＥＴよりもオン電圧が低いスイッチング素子であり、例えばゲート電圧が３Ｖでオンになり、−１５Ｖでオフになる。また、ＪＦＥＴは、ＭＯＳＦＥＴのように寄生ダイオードがないので、帰還用のダイオードとして、上アーム側スイッチング素子（10）及び下アーム側スイッチング素子（20）には、それぞれダイオード（D1,D2）をそれぞれのドレイン・ソース端子間に設けている。なお、それぞれのスイッチング素子（10,20）として採用したＪＦＥＴは例示であり、その他にも例えば、静電誘導トランジスタ（SIT：Static induction transistor）、金属半導体電界効果型トランジスタ（MESFET：Metal-Semiconductor Field-Effect-Transistor）、ヘテロ接合電界効果トランジスタ（HFET：Hetero junction Field Effect Transistor）、高電子移動度トランジスタ（HEMT：High Electron Mobility Transistor）等を採用することも可能である。 In this related technology , these switching elements (10, 20) employ a JFET structure using a wide band gap semiconductor such as SiC. This JFET is a switching element whose on-voltage is lower than that of a MOSFET. Since JFET has no parasitic diode like MOSFET, diodes (D1, D2) are provided as feedback diodes in upper arm side switching element (10) and lower arm side switching element (20), respectively. Between the drain and source terminals. The JFETs employed as the respective switching elements (10, 20) are only examples, and other examples include, for example, a static induction transistor (SIT), a metal semiconductor field effect transistor (MESFET). -Effect-Transistor, Heterojunction Field Effect Transistor (HFET), High Electron Mobility Transistor (HEMT), etc. can also be used.
各アームにおけるスイッチング素子等の接続関係は何れも同様である。具体的には各アームでは、上アーム側スイッチング素子（10）と下アーム側スイッチング素子（20）とは直列接続、すなわち上アーム側スイッチング素子（10）のソース端子と下アーム側スイッチング素子（20）のドレイン端子とが接続されている。また、上アーム側スイッチング素子（10）のドレインは端子（T1）に接続され、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子は、パワーグランドライン（60）に接続されている。パワーグランドライン（60）は、このインバータ回路（1）における接地線であり、端子（T2）に接続されている。なお、端子（T2）は、コンバータ回路（図示省略）の負側と繋がっている。また、上アーム側スイッチング素子（10）のソース端子は、その上アーム側スイッチング素子（10）が対応した出力線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の何れか）に接続されている。 The connection relationship of the switching elements and the like in each arm is the same. Specifically, in each arm, the upper arm side switching element (10) and the lower arm side switching element (20) are connected in series, that is, the source terminal of the upper arm side switching element (10) and the lower arm side switching element (20 ) Drain terminal. The drain of the upper arm side switching element (10) is connected to the terminal (T1), and the source terminal of the lower arm side switching element (20) is connected to the power ground line (60). The power ground line (60) is a ground line in the inverter circuit (1) and is connected to the terminal (T2). The terminal (T2) is connected to the negative side of the converter circuit (not shown). The source terminal of the upper arm side switching element (10) is connected to an output line (any one of U phase, V phase, and W phase) corresponding to the upper arm side switching element (10).
以上の構成により各アームでは、上アーム側スイッチング素子（10）がオンの場合に端子（T1）と、該上アーム側スイッチング素子（10）が対応した出力線とが導通し、下アーム側スイッチング素子（20）がオンの場合に、該下アーム側スイッチング素子（20）が対応した出力線がパワーグランドライン（60）を介して接地する。なお、図１では、各下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とパワーグランドライン（60）との間にコイルと抵抗が図示してあるが、これらのコイルや抵抗は実際に素子として設けてあるのではなく、ソース端子とパワーグランドライン（60）とを接続する配線に存在するインピーダンス（Z1）を模式的に表すために表記してある。なお、煩雑をさけるため省略しているが、パワーグランドライン等にもインピーダンスが存在し、同様の問題が生じる。 With the above configuration, in each arm, when the upper arm side switching element (10) is on, the terminal (T1) and the output line corresponding to the upper arm side switching element (10) are electrically connected, and the lower arm side switching is performed. When the element (20) is on, the output line corresponding to the lower arm side switching element (20) is grounded via the power ground line (60). In FIG. 1, a coil and a resistor are illustrated between the source terminal of each lower arm side switching element (20) and the power ground line (60). However, these coils and resistors are actually provided as elements. The impedance (Z1) existing in the wiring connecting the source terminal and the power ground line (60) is not schematically shown. Although omitted for the sake of simplicity, impedance also exists in the power ground line and the like, and the same problem arises.
上アーム側ドライブ回路（30）も、図１に示すように、アーム毎に設けられている。この上アーム側ドライブ回路（30）は、制御回路（図示省略）に制御されて、同じアーム内の上アーム側スイッチング素子（10）のゲート端子に対して、抵抗（R1）を介して所定の電圧（例えば３Ｖ）を印加して駆動する。具体的には、この上アーム側ドライブ回路（30）にはコンデンサ（C1）が接続されており、下アーム側スイッチング素子（20）がオンのときに、このコンデンサ（C1）が充電される。また、上アーム側ドライブ回路（30）には前記制御回路からの駆動信号（Gu）が入力されており、この駆動信号（Gu）がアクティブ状態のときに、上アーム側ドライブ回路（30）は充電されたコンデンサ（C1）から供給された電圧（駆動電圧）によって上アーム側スイッチング素子（10）を駆動する。なお、図１では、コンデンサ（C1）の充電に関係する回路（いわゆるブートストラップ回路）は記載を省略している。 The upper arm side drive circuit (30) is also provided for each arm as shown in FIG. The upper arm side drive circuit (30) is controlled by a control circuit (not shown) and is connected to a gate terminal of the upper arm side switching element (10) in the same arm via a resistor (R1). It is driven by applying a voltage (for example, 3V). Specifically, a capacitor (C1) is connected to the upper arm side drive circuit (30), and the capacitor (C1) is charged when the lower arm side switching element (20) is on. Further, the drive signal (Gu) from the control circuit is input to the upper arm side drive circuit (30), and when the drive signal (Gu) is in an active state, the upper arm side drive circuit (30) The upper arm side switching element (10) is driven by the voltage (drive voltage) supplied from the charged capacitor (C1). In FIG. 1, a circuit related to charging of the capacitor (C1) (a so-called bootstrap circuit) is not shown.
同様に、下アーム側ドライブ回路（40）も、図１に示すように、アーム毎に設けられている。下アーム側ドライブ回路（40）は、前記制御回路に制御されて、同じアーム内の下アーム側スイッチング素子（20）のゲート端子に対して、抵抗（R2）を介して所定の電圧（例えば３Ｖ）を印加して駆動する。具体的には、それぞれの下アーム側ドライブ回路（40）は、各アームに共通の駆動電源（Vg）が接続されるとともに、前記駆動信号（Gu）とは別の駆動信号（Gx）が入力されている。そして、下アーム側ドライブ回路（40）は、駆動信号（Gx）がアクティブ状態のときに、駆動電源（Vg）から供給された直流電圧を、抵抗（R2）を介して下アーム側スイッチング素子（20）のゲート端子に印加する。ここで、下アーム側ドライブ回路（40）が下アーム側スイッチング素子（20）のゲート端子に印加する電圧を駆動電圧（Vgx）と呼ぶことにする。 Similarly, a lower arm drive circuit (40) is also provided for each arm as shown in FIG. The lower arm side drive circuit (40) is controlled by the control circuit and has a predetermined voltage (for example, 3V) via the resistor (R2) with respect to the gate terminal of the lower arm side switching element (20) in the same arm. ) Is applied to drive. Specifically, each lower arm side drive circuit (40) is connected to a common drive power supply (Vg) for each arm and receives a drive signal (Gx) different from the drive signal (Gu). Has been. When the drive signal (Gx) is in the active state, the lower arm side drive circuit (40) converts the DC voltage supplied from the drive power supply (Vg) through the resistor (R2) to the lower arm side switching element ( Apply to the gate terminal of 20). Here, the voltage applied by the lower arm side drive circuit (40) to the gate terminal of the lower arm side switching element (20) is referred to as a drive voltage (Vgx).
調整回路（50）は、下アーム側ドライブ回路（40）が印加する駆動電圧（Vgx）を、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子の電位変動に応じて調整する。本関連技術では、この調整回路（50）は、接続線（52）とインピーダンス素子（51）とを備えている。 The adjustment circuit (50) adjusts the drive voltage (Vgx) applied by the lower arm side drive circuit (40) according to the potential fluctuation of the source terminal of the lower arm side switching element (20). In this related technology , the adjustment circuit (50) includes a connection line (52) and an impedance element (51).
接続線（52）は、図１に示すように、各下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子、各下アーム側ドライブ回路（40）の負側、及び駆動電源（Vg）の負側（駆動電源グランドライン）を共通に接続する。なお、駆動電源グランドラインはパワーグランドライン（60）とは別のものである。また、それぞれの下アーム側ドライブ回路（40）には、駆動電源（Vg）と並列にコンデンサ（C2）が接続されている。これらのコンデンサ（C2）は、駆動電源（Vg）から供給される電圧を平滑化するために設けてある。 As shown in FIG. 1, the connection line (52) is connected to the source terminal of each lower arm side switching element (20), the negative side of each lower arm side drive circuit (40), and the negative side of the drive power supply (Vg) ( Connect the drive power supply ground line in common. The drive power supply ground line is different from the power ground line (60). In addition, a capacitor (C2) is connected to each lower arm side drive circuit (40) in parallel with the drive power supply (Vg). These capacitors (C2) are provided to smooth the voltage supplied from the drive power supply (Vg).
また、インピーダンス素子（51）は具体的にはコイルである。このインピーダンス素子（51）は、駆動電源（Vg）の負側（駆動電源グランドライン）とパワーグランドライン（60）との間に設けられ、各下アーム側スイッチング素子（20）のスイッチングに起因する高周波成分の電圧変動を低減させる。接続線（52）等はインピーダンスを有しているので各下アーム側スイッチング素子（20）のスイッチングに起因する高周波成分の電圧変動（ノイズ）が生じ、接続線（52）にはこのノイズが流れる場合がある。インピーダンス素子（51）はこのノイズはが低減させる。なお、コイルは直流抵抗の成分も有していることから、図１では、直列接続したコイル（51a）と抵抗（51b）とによってインピーダンス素子（51）を表記してある。 The impedance element (51) is specifically a coil. This impedance element (51) is provided between the negative side (drive power supply ground line) of the drive power supply (Vg) and the power ground line (60), and is caused by switching of each lower arm side switching element (20). Reduce voltage fluctuation of high frequency components. Since the connection line (52) and the like have impedance, voltage fluctuations (noise) of high frequency components caused by switching of the lower arm side switching elements (20) occur, and this noise flows in the connection line (52). There is a case. The impedance element (51) reduces this noise. Since the coil also has a DC resistance component, in FIG. 1, the impedance element (51) is represented by a series-connected coil (51a) and resistance (51b).
−インバータ回路（1）における駆動電圧（Vgx）の変動−
インバータ回路（1）では、図２に示すように、例えばＵ相に対応したアームの下アーム側ドライブ回路（40）に入力された駆動信号（Gx）がアクティブ状態（この例ではＨレベル）になると、下アーム側ドライブ回路（40）は、駆動電源（Vg）から供給された直流電圧を、抵抗（R2）を介して下アーム側スイッチング素子（20）のゲート端子に印加する。これにより、Ｕ相に対応した下アーム側スイッチング素子（20）がオンになり、図１に実線矢印で示した経路に電流（Ｕ相電流（iu））が流れる。Ｕ相電流（iu）は、図２に示すように、駆動信号（Gx）がアクティブ状態になってから所定の立ち上がり時間をかけて増大して一定状態になる。
−Fluctuation of drive voltage (Vgx) in inverter circuit (1) −
In the inverter circuit (1), as shown in FIG. 2, for example, the drive signal (Gx) input to the lower arm side drive circuit (40) corresponding to the U phase is in an active state (H level in this example). Then, the lower arm side drive circuit (40) applies the DC voltage supplied from the drive power supply (Vg) to the gate terminal of the lower arm side switching element (20) via the resistor (R2). As a result, the lower arm side switching element (20) corresponding to the U phase is turned on, and a current (U phase current (iu)) flows through the path indicated by the solid line arrow in FIG. As shown in FIG. 2, the U-phase current (iu) increases over a predetermined rise time after the drive signal (Gx) becomes active, and becomes a constant state.
本関連技術のように、ワイドバンドギャップ半導体（例えばＳｉＣ）を用いて、従来のＳｉ（Ｓｉｌｉｃｏｎ）半導体を用いたスイッチング素子よりも高速にスイッチングを行うと、Ｕ相電流（iu）が急峻に変化する（すなわちｄｉ／ｄｔが大きくなる）。その結果、図２に示すように、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とパワーグランドライン（60）との間の配線のインピーダンス（Z1）によって電圧（Vz1）が発生し、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子の電位が変動する。図２の例では、Ｕ相電流（iu）が立ち上がる場合には、電圧（Vz1）が０Ｖよりも上がり、Ｕ相電流（iu）が立ち下がる場合には、電圧（Vz1）が０Ｖよりも下がっている。なお、Ｖ相やＷ相に対応したアームでも同様に、下アーム側スイッチング素子（20）がスイッチング動作を行うと、それぞれのアームにおける、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とパワーグランドライン（60）との間の配線のインピーダンス（Z2,Z3）によってそれぞれ電圧（Vz2,Vz3）が発生する。 As in this related technology , when a wide band gap semiconductor (for example, SiC) is used for switching at a higher speed than a conventional switching element using a Si (Silicon) semiconductor, the U-phase current (iu) changes sharply. (Ie, di / dt increases). As a result, a voltage (Vz1) is generated by the impedance (Z1) of the wiring between the source terminal of the lower arm side switching element (20) and the power ground line (60) as shown in FIG. The potential of the source terminal of the switching element (20) varies. In the example of FIG. 2, when the U-phase current (iu) rises, the voltage (Vz1) rises above 0V, and when the U-phase current (iu) falls, the voltage (Vz1) falls below 0V. ing. Similarly, in the arms corresponding to the V phase and the W phase, when the lower arm side switching element (20) performs the switching operation, the source terminal and the power ground line of the lower arm side switching element (20) in each arm. Voltage (Vz2, Vz3) is generated by the impedance (Z2, Z3) of the wiring between (60).
このとき、もし従来のインバータ回路のように、下アーム側のスイッチング素子のソース端子と、下アーム側のスイッチング素子を駆動する駆動回路の電源回路とが、パワーグランドライン（60）に接続されているとすれば、ソース端子の電位がＶｚ１なので、駆動電圧（Vgx）はＶｇｘ＝Ｖｃｘ−Ｖｚ１となる。ただし、Ｖｃｘは駆動電源（Vg）の両端子間の電位差である。したがって、この場合には、電圧（Vz1）の変動に応じて、駆動電圧（Vgx）も変動することになる。例えば、図２に示すように、電圧（Vz1）が増大すると駆動電圧（Vgx）が低下し、逆に電圧（Vz1）が低下すると駆動電圧（Vgx）が増大する。 At this time, as in the conventional inverter circuit, the source terminal of the switching element on the lower arm side and the power supply circuit of the driving circuit for driving the switching element on the lower arm side are connected to the power ground line (60). If so, since the potential of the source terminal is Vz1, the drive voltage (Vgx) is Vgx = Vcx−Vz1. Vcx is a potential difference between both terminals of the drive power supply (Vg). Therefore, in this case, the drive voltage (Vgx) also varies according to the variation of the voltage (Vz1). For example, as shown in FIG. 2, when the voltage (Vz1) increases, the drive voltage (Vgx) decreases, and conversely, when the voltage (Vz1) decreases, the drive voltage (Vgx) increases.
これに対し本関連技術では、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子の電位変動に応じ、調整回路（50）が駆動電圧（Vgx）を以下のようにして調整する。すなわち、このインバータ回路（1）では、接続線（52）が、各下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子、各下アーム側ドライブ回路（40）の負側、及び駆動電源（Vg）の負側を共通に接続する。このとき、接続線（52）等はインピーダンスを有しているので各下アーム側スイッチング素子（20）のスイッチングに起因する高周波成分の電圧変動（ノイズ）が生じ、接続線（52）にはこのノイズが流れる場合があるが、このノイズはインピーダンス素子（51）が低減させる。すなわち、スイッチングに起因する高周波成分の電圧変動は打ち消され、接続線（52）で接続された、各下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子、各下アーム側ドライブ回路（40）の負側、及び駆動電源（Vg）の負側は同電位になる。これにより、下アーム側ドライブ回路（40）が下アーム側スイッチング素子（20）のゲート端子に印加する直流電圧は、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子と同じ電位が基準となる。このとき、下アーム側ドライブ回路（40）が印加する電圧は一定の直流電圧（大きさはＶｃｘ）なので、下アーム側スイッチング素子（20）のゲート端子の電位は、ソース端子の電位の変動に合わせて変動する。すなわち、駆動電圧（Vgx）（すなわち、ゲート・ソース端子間の電圧）の大きさは一定のＶｃｘになる。すなわち、インバータ回路（1）では、調整回路（50）によって駆動電圧（Vgx）の変動を低減させることができるのである。 On the other hand, in this related technology , the adjustment circuit (50) adjusts the drive voltage (Vgx) as follows according to the potential fluctuation of the source terminal of the lower arm side switching element (20). That is, in this inverter circuit (1), the connection line (52) is connected to the source terminal of each lower arm side switching element (20), the negative side of each lower arm side drive circuit (40), and the drive power supply (Vg). Connect the negative side in common. At this time, since the connection line (52) and the like have impedance, a voltage fluctuation (noise) of a high frequency component due to switching of each lower arm side switching element (20) occurs, and the connection line (52) Noise may flow, but this noise is reduced by the impedance element (51). That is, the voltage fluctuation of the high frequency component due to switching is canceled out, the source terminal of each lower arm switching element (20) connected by the connection line (52), the negative side of each lower arm side drive circuit (40) And the negative side of the drive power supply (Vg) have the same potential. Thus, the DC voltage applied to the gate terminal of the lower arm side switching element (20) by the lower arm side drive circuit (40) is based on the same potential as the source terminal of the lower arm side switching element (20). At this time, since the voltage applied by the lower arm side drive circuit (40) is a constant DC voltage (the magnitude is Vcx), the potential of the gate terminal of the lower arm side switching element (20) is caused by the fluctuation of the potential of the source terminal. It fluctuates together. That is, the magnitude of the drive voltage (Vgx) (that is, the voltage between the gate and the source terminal) is a constant Vcx. That is, in the inverter circuit (1), the fluctuation of the drive voltage (Vgx) can be reduced by the adjustment circuit (50).
以上のように本関連技術によれば、駆動電圧（Vgx）の変動を低減させることができ、ＳｉＣのようなワイドバンドギャップ半導体を各スイッチング素子（10,20）に用いて高速スイッチングを行っても、スイッチング素子のオン抵抗の増大、オン損失の増大、駆動電力の増大、或いはターンオフ時間や損失の増大といった問題が起こらないようにできる。 As described above, according to the related technology , the fluctuation of the drive voltage (Vgx) can be reduced, and a wide band gap semiconductor such as SiC is used for each switching element (10, 20) to perform high-speed switching. However, problems such as an increase in on-resistance of the switching element, an increase in on-loss, an increase in driving power, or an increase in turn-off time and loss can be prevented.
《発明の関連技術２》
図３は、本発明の関連技術２に係るインバータ回路（2）の主要部分を抜粋した回路図である。このインバータ回路（2）は、調整回路（50）の構成が関連技術１のインバータ回路（1）とは異なっている。
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FIG. 3 is a circuit diagram in which main parts of the inverter circuit (2) according to the
本関連技術の調整回路（50）もインピーダンス素子（51）と接続線（52）を備えているが、これらの配置が関連技術１のインバータ回路（1）とは異なっている。具体的には、図３に示すように、インピーダンス素子（51）と接続線（52）とが、それぞれのアームに設けられている。すなわち、それぞれのアームの接続線（52）は、それぞれのアームにおいて、下アーム側ドライブ回路（40）の負側と下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とを接続する。また、インピーダンス素子（51）は、それぞれのアームにおいて、そのアームの接続線（52）と駆動電源（Vg）の負側とを接続し、駆動電源（Vg）の負側とインバータ回路における接地線（60）とを接続する。 The adjustment circuit (50) of the related technology also includes the impedance element (51) and the connection line (52), but the arrangement of these is different from the inverter circuit (1) of the related technology 1. Specifically, as shown in FIG. 3, an impedance element (51) and a connection line (52) are provided on each arm. That is, the connection line (52) of each arm connects the negative side of the lower arm side drive circuit (40) and the source terminal of the lower arm side switching element (20) in each arm. In addition, the impedance element (51), in each arm, connects the connecting line (52) of the arm and the negative side of the drive power supply (Vg), and connects the negative side of the drive power supply (Vg) to the ground line in the inverter circuit. Connect to (60).
また、本関連技術では、各アームにおいて下アーム側ドライブ回路（40）の正側と駆動電源（Vg）の正側とを接続するインピーダンス素子（70）を設けている。このように、下アーム側ドライブ回路（40）の正側にもインピーダンス素子（70）を設けることにより、そのアーム内の下アーム側スイッチング素子（20）のスイッチングに起因する高周波成分の電圧変動をより効果的に低減させることができる。なお、コイルは直流抵抗の成分も有していることから、図３では、直列接続したコイル（70a）と抵抗（70b）とによってインピーダンス素子（70）を表記してある。 Further, in this related technology , an impedance element (70) that connects the positive side of the lower arm side drive circuit (40) and the positive side of the drive power supply (Vg) is provided in each arm. Thus, by providing the impedance element (70) also on the positive side of the lower arm side drive circuit (40), the voltage fluctuation of the high frequency component caused by the switching of the lower arm side switching element (20) in the arm is reduced. It can reduce more effectively. Since the coil also has a DC resistance component, in FIG. 3, the impedance element (70) is represented by a series-connected coil (70a) and resistance (70b).
−インバータ回路（2）における駆動電圧（Vgx）の変動−
インバータ回路（2）でも、例えばＵ相に対応した下アーム側スイッチング素子（20）がスイッチング動作を行うと、図３に実線矢印で示した経路にＵ相電流（iu）が流れる。そして、このスイッチング動作が高速なほど、Ｕ相電流（iu）が急峻に変化し、これに伴って配線のインピーダンス（Z1）によって、電圧（Vz1）が発生し、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子の電位が変動する。
−Fluctuation of drive voltage (Vgx) in inverter circuit (2) −
Also in the inverter circuit (2), for example, when the lower arm side switching element (20) corresponding to the U phase performs a switching operation, the U phase current (iu) flows through the path indicated by the solid line arrow in FIG. The faster this switching operation is, the sharper the U-phase current (iu) changes. Along with this, the voltage (Vz1) is generated by the impedance (Z1) of the wiring, and the lower arm side switching element (20) The source terminal potential fluctuates.
このように電圧（Vz1）が発生しても、駆動電圧（Vgx）の変動は、本関連技術においても調整回路（50）により低減される。すなわち、このインバータ回路（2）では、それぞれのアームにおいて、接続線（52）が、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子と下アーム側ドライブ回路（40）の負側を接続する。このとき、接続線（52）等はインピーダンスを有しているので各下アーム側スイッチング素子（20）のスイッチングに起因する高周波成分の電圧変動（ノイズ）が生じ、接続線（52）にはこのノイズが流れる場合があるが、このノイズはそれぞれの接続線（52）と駆動電源（Vg）との間に接続されたインピーダンス素子（51）が低減させる。すなわち、スイッチングに起因する高周波成分の電圧変動は打ち消され、接続線（52）で接続された下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子と下アーム側ドライブ回路（40）の負側は同電位になる。このように、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子と下アーム側ドライブ回路（40）の負側が同電位になると、関連技術１のインバータ回路（1）と同様にして、駆動電圧（Vgx）（すなわち、ゲート・ソース端子間の電圧）の大きさは一定電圧になる。すなわち、インバータ回路（2）でも、調整回路（50）によって駆動電圧（Vgx）の変動を低減させることができる。 Even when the voltage (Vz1) is generated in this way, the fluctuation of the drive voltage (Vgx) is reduced by the adjustment circuit (50) in this related technology . That is, in this inverter circuit (2), in each arm, the connection line (52) connects the source terminal of the lower arm side switching element (20) and the negative side of the lower arm side drive circuit (40). At this time, since the connection line (52) and the like have impedance, a voltage fluctuation (noise) of a high frequency component due to switching of each lower arm side switching element (20) occurs, and the connection line (52) Noise may flow, but this noise is reduced by the impedance element (51) connected between each connection line (52) and the drive power supply (Vg). That is, the voltage fluctuation of the high-frequency component caused by switching is canceled, and the source terminal of the lower arm side switching element (20) connected by the connection line (52) and the negative side of the lower arm side drive circuit (40) are at the same potential. become. Thus, the negative side of the source terminal and the lower arm drive circuit of the lower-arm switching element (20) (40) becomes the same potential, in the same manner as the inverter circuit of the related art 1 (1), the driving voltage (Vgx ) (That is, the voltage between the gate and the source terminal) is a constant voltage. That is, also in the inverter circuit (2), the adjustment circuit (50) can reduce the fluctuation of the drive voltage (Vgx).
したがって、本関連技術でもやはり駆動電圧（Vgx）の変動を低減させることができ、ＳｉＣのようなワイドバンドギャップ半導体を各スイッチング素子（10,20）に用いて高速スイッチングを行っても、スイッチング素子のオン抵抗の増大、オン損失の増大、駆動電力の増大、或いはターンオフ時間や損失の増大といった問題が起こらないようにできる。 Therefore, even in this related technology , the fluctuation of the driving voltage (Vgx) can be reduced, and even if a wide band gap semiconductor such as SiC is used for each switching element (10, 20), high-speed switching is performed. Thus, problems such as an increase in on-resistance, an increase in on-loss, an increase in driving power, or an increase in turn-off time and loss can be prevented.
なお、本関連技術では、下アーム側ドライブ回路（40）の正側にもインピーダンス素子を設けたが、これは必ずしも必須ではない。すなわち、スイッチングによる電圧変動の大きさによっては省略してもかまわない。 In this related technology , the impedance element is also provided on the positive side of the lower arm side drive circuit (40), but this is not always necessary. In other words, it may be omitted depending on the magnitude of voltage fluctuation due to switching.
《発明の実施形態》
図４は、本発明の実施形態に係るインバータ回路（3）の主要部分を抜粋した回路図である。このインバータ回路（3）は、調整回路（50）の構成が関連技術１のインバータ回路（1）とは異なっている。
"Implementation-shaped state of the invention"
Figure 4 is a circuit diagram abstract of the main portion of the inverter circuit according to an exemplary shape condition of the present invention (3). This inverter circuit (3) is different from the inverter circuit (1) of Related Technology 1 in the configuration of the adjustment circuit (50).
本実施形態の調整回路（50）もインピーダンス素子（51）と接続線（52）を備えているが、これらの配置が関連技術１のインバータ回路（1）とは異なっている。具体的には、図４に示すように、接続線（52）が、それぞれのアームに設けられている。これら接続線（52）は、各アームにおいて、下アーム側ドライブ回路（40）の負側と下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とを接続する。 The adjustment circuit (50) of the present embodiment also includes an impedance element (51) and a connection line (52), but their arrangement is different from that of the inverter circuit (1) of Related Art 1. Specifically, as shown in FIG. 4, a connection line (52) is provided on each arm. These connection lines (52) connect the negative side of the lower arm side drive circuit (40) and the source terminal of the lower arm side switching element (20) in each arm.
また、少なくとも何れか１つのアームに対応して、インピーダンス素子（51）が設けられている。このインピーダンス素子（51）は、対応したアームにおける接続線（52）と駆動電源（Vg）の負側とを接続するようになっている。本実施形態では、インピーダンス素子（51）は２つ設けられている。２つのインピーダンス素子（51）一方は、Ｖ相に対応したアームにおいて、Ｖ相の接続線（52）と駆動電圧（Vgx）の負側とを接続する。また、もう一方のインピーダンス素子（51）は、Ｗ相に対応したアームにおいて、Ｗ相の接続線（52）と駆動電圧（Vgx）の負側とを接続する。 An impedance element (51) is provided corresponding to at least one of the arms. This impedance element (51) connects the connection line (52) in the corresponding arm to the negative side of the drive power supply (Vg). In the present embodiment, two impedance elements (51) are provided. One of the two impedance elements (51) connects the V-phase connection line (52) and the negative side of the drive voltage (Vgx) in the arm corresponding to the V-phase. The other impedance element (51) connects the W-phase connection line (52) and the negative side of the drive voltage (Vgx) in the arm corresponding to the W-phase.
上記の構成により、駆動電圧（Vgx）の負側とパワーグランドライン（60）を直接接続せず、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子と下アーム側ドライブ回路（40）の負側が接続線（52）により接続されているので、本実施形態においてもやはり、電圧（Vz1）が変動しても、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子と下アーム側ドライブ回路（40）の負側が同電位になっている。これにより、電圧（Vz1）の変動に応じて下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子の電位が変動すると、この変動に応じて下アーム側ドライブ回路（40）の負側の電位も変動（平行移動）する。 With the above configuration, the negative side of the drive voltage (Vgx) and the power ground line (60) are not directly connected, but the source terminal of the lower arm side switching element (20) and the negative side of the lower arm side drive circuit (40) are connected. In this embodiment as well, even if the voltage (Vz1) varies, the source terminal of the lower arm side switching element (20) and the negative terminal of the lower arm side drive circuit (40) are also connected. The sides are at the same potential. As a result, when the potential of the source terminal of the lower arm side switching element (20) varies according to the variation of the voltage (Vz1), the potential of the negative side of the lower arm side drive circuit (40) also varies according to this variation ( Translate).
また、他相の下アーム側スイッチング素子がスイッチングをした場合に、駆動電圧（Vgx）の変動も、調整回路（50）により低減される。すなわち、このインバータ回路（3）では、それぞれのアームにおいて、接続線（52）が、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子と下アーム側ドライブ回路（40）の負側を共通に接続する。このとき、接続線（52）等はインピーダンスを有しているので他相下アーム側スイッチング素子（20）のスイッチングに起因する高周波成分の電圧変動（ノイズ）が生じ、接続線（52）にはこのノイズが流れる場合があるが、このノイズはインピーダンス素子（51）が低減させる。すなわち、スイッチングに起因する高周波成分の電圧変動は打ち消され、接続線（52）で接続された下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子と下アーム側ドライブ回路（40）の負側は同電位になる。このように、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子と下アーム側ドライブ回路（40）の負側が同電位になると、関連技術１のインバータ回路（1）と同様にして、駆動電圧（Vgx）（すなわち、ゲート・ソース端子間の電圧）の大きさは一定電圧になる。すなわち、インバータ回路（3）でも、調整回路（50）によって駆動電圧（Vgx）の変動を低減させることができる。 Further, when the lower arm side switching element of the other phase performs switching, the fluctuation of the drive voltage (Vgx) is also reduced by the adjustment circuit (50). That is, in this inverter circuit (3), in each arm, the connection line (52) commonly connects the source terminal of the lower arm side switching element (20) and the negative side of the lower arm side drive circuit (40). . At this time, since the connection line (52) has an impedance, a voltage fluctuation (noise) of a high frequency component due to switching of the lower-phase switching element (20) in the other phase occurs, and the connection line (52) Although this noise may flow, the impedance element (51) reduces this noise. That is, the voltage fluctuation of the high-frequency component caused by switching is canceled, and the source terminal of the lower arm side switching element (20) connected by the connection line (52) and the negative side of the lower arm side drive circuit (40) are at the same potential. become. Thus, the negative side of the source terminal and the lower arm drive circuit of the lower-arm switching element (20) (40) becomes the same potential, in the same manner as the inverter circuit of the related art 1 (1), the driving voltage (Vgx ) (That is, the voltage between the gate and the source terminal) is a constant voltage. That is, also in the inverter circuit (3), the adjustment circuit (50) can reduce the fluctuation of the drive voltage (Vgx).
《発明の関連技術３》
図５は、本発明の関連技術３に係るインバータ回路（4）の主要部分を抜粋した回路図である。このインバータ回路（4）は、調整回路（50）の構成が関連技術１のインバータ回路（1）とは異なっている。
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FIG. 5 is a circuit diagram in which main parts of the inverter circuit (4) according to the
本関連技術の調整回路（50）は、図５に示すように、駆動電源（Vg1,Vg2,Vg3）と、接続線（52）とが、それぞれのアームに設けられている。すなわち、接続線（52）は、各アームにおいて、下アーム側ドライブ回路（40）の負側と下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とを接続する。また、各アームの下アーム側ドライブ回路（40）は、それぞれ別個の駆動電源に接続されて駆動電圧（Vgx）を生成する。 As shown in FIG. 5, in the adjustment circuit (50) of the related technology , a drive power supply (Vg1, Vg2, Vg3) and a connection line (52) are provided in each arm. That is, in each arm, the connection line (52) connects the negative side of the lower arm side drive circuit (40) and the source terminal of the lower arm side switching element (20). Further, the lower arm side drive circuit (40) of each arm is connected to a separate driving power source to generate a driving voltage (Vgx).
−インバータ回路（4）における駆動電圧（Vgx）の変動−
インバータ回路（4）でも、例えばＵ相に対応した下アーム側スイッチング素子（20）がスイッチング動作を行うと、図５に実線矢印で示した経路にＵ相電流（iu）が流れる。そして、このスイッチング動作が高速なほど、Ｕ相電流（iu）が急峻に変化し（すなわちｄｉ／ｄｔが大きくなる）、これに伴って配線のインピーダンス（Z1）によって電圧（Vz1）が発生し、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子の電位が変動する。
−Fluctuation of drive voltage (Vgx) in inverter circuit (4) −
In the inverter circuit (4), for example, when the lower arm side switching element (20) corresponding to the U phase performs the switching operation, the U phase current (iu) flows through the path indicated by the solid line arrow in FIG. As the switching operation becomes faster, the U-phase current (iu) changes sharply (that is, di / dt increases), and accordingly, the voltage (Vz1) is generated by the impedance (Z1) of the wiring, The potential of the source terminal of the lower arm switching element (20) varies.
このように電圧（Vz1）が変動しても、駆動電圧（Vgx）の変動は、本関連技術においても調整回路（50）により低減される。すなわち、インバータ回路（4）でも、それぞれのアームでは、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子と下アーム側ドライブ回路（40）の負側が接続線（52）により接続されて、下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子と下アーム側ドライブ回路（40）の負側が同電位になっている。これにより、電圧（Vz1）の変動に応じて下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子の電位が変動すると、この変動に応じて下アーム側ドライブ回路（40）の負側の電位も変動（平行移動）する。したがって、このインバータ回路（4）でもやはり、駆動電圧（Vgx）の変動を低減することが可能になる。 Even if the voltage (Vz1) fluctuates in this way, the fluctuation of the drive voltage (Vgx) is also reduced by the adjustment circuit (50) in this related technology . That is, in the inverter circuit (4), in each arm, the source terminal of the lower arm side switching element (20) and the negative side of the lower arm side drive circuit (40) are connected by the connection line (52), and the lower arm side The source terminal of the switching element (20) and the negative side of the lower arm side drive circuit (40) are at the same potential. As a result, when the potential of the source terminal of the lower arm side switching element (20) varies according to the variation of the voltage (Vz1), the potential of the negative side of the lower arm side drive circuit (40) also varies according to this variation ( Translate). Therefore, the inverter circuit (4) can also reduce the fluctuation of the drive voltage (Vgx).
《その他の実施形態》
各アームのスイッチング素子と駆動回路を同一パッケージに収納したインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）として本発明を構成する場合には、下アームのドライブ回路それぞれに個別の駆動電源（Vg1,Vg2,Vg3）を設けることや、インピーダンス素子（51）をパッケージ内に設けるのは困難である。そこで、ＩＰＭとして本発明を構成する場合には、そのパッケージには駆動電源（Vg1,Vg2,Vg3）の負側やインピーダンス素子（51）を接続する端子を設けて、該インピーダンス素子（51）を外付けするなどすれば、本発明に係るインバータ回路をＩＰＭとして容易に実現できる。しかも、このようにすることで、実際の使用状態でのノイズレベルに合わせて、インピーダンス素子（51）の特性を調整することが可能になる。
<< Other Embodiments >>
When the present invention is configured as an intelligent power module (IPM) in which the switching elements and drive circuits of each arm are housed in the same package, a separate drive power supply (Vg1, Vg2, Vg3) is provided for each of the lower arm drive circuits. In addition, it is difficult to provide the impedance element (51) in the package. Therefore, when the present invention is configured as an IPM, the package is provided with a terminal for connecting the negative side of the driving power source (Vg1, Vg2, Vg3) and the impedance element (51), and the impedance element (51) is provided. If it is externally attached, the inverter circuit according to the present invention can be easily realized as an IPM. In addition, by doing this, it is possible to adjust the characteristics of the impedance element (51) in accordance with the noise level in the actual use state.
本発明に係るインバータ回路は、直流を交流に変換し、電動機（例えば三相モータ）等の負荷を駆動するインバータ回路として有用である。 The inverter circuit according to the present invention is useful as an inverter circuit that converts a direct current into an alternating current and drives a load such as an electric motor (for example, a three-phase motor).
１，２，３，４ インバータ回路
１０ 上アーム側スイッチング素子
２０ 下アーム側スイッチング素子
３０ 上アーム側ドライブ回路
４０ 下アーム側ドライブ回路
５０ 調整回路
５１ インピーダンス素子
５２ 接続線
６０ パワーグランドライン（接地線）
Ｖｇ１ 駆動電源
Ｖｇ２ 駆動電源
Ｖｇ３ 駆動電源
1,2,3,4 inverter circuit
10 Upper arm side switching element
20 Lower arm side switching element
30 Upper arm drive circuit
40 Lower arm drive circuit
50 Adjustment circuit
51 Impedance element
52 connection line
60 Power ground line (ground wire)
Vg1 drive power supply
Vg2 drive power supply
Vg3 drive power supply
Claims (8)
それぞれの上アーム側スイッチング素子（10）に対応して設けられ、駆動電圧（Vgx） を、対応した上アーム側スイッチング素子（10）のゲート端子に印加して該上アーム側スイッチング素子（10）を駆動する複数の上アーム側ドライブ回路（30）と、
それぞれの下アーム側スイッチング素子（20）に対応して設けられ、駆動電圧（Vgx）を、対応した下アーム側スイッチング素子（20）のゲート端子に印加して該下アーム側スイッチング素子（20）を駆動する複数の下アーム側ドライブ回路（40）と、
前記下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子の電位変動に応じ、前記下アーム側ドライブ回路（40）が印加する駆動電圧（Vgx）を調整する調整回路（50）と、
を備えていることを特徴とするインバータ回路。 An inverter circuit that includes a plurality of arms composed of an upper arm including an upper arm switching element (10) and a lower arm including a lower arm switching element (20), and outputs a plurality of phases of AC power. ,
It is provided corresponding to each upper arm side switching element (10), and a drive voltage (Vgx) is applied to the gate terminal of the corresponding upper arm side switching element (10) to provide the upper arm side switching element (10). A plurality of upper arm side drive circuits (30) for driving
It is provided corresponding to each lower arm side switching element (20), and the drive voltage (Vgx) is applied to the gate terminal of the corresponding lower arm side switching element (20) so that the lower arm side switching element (20) A plurality of lower arm side drive circuits (40) for driving
An adjustment circuit (50) for adjusting a drive voltage (Vgx) applied by the lower arm side drive circuit (40) according to a potential variation of a source terminal of the lower arm side switching element (20);
An inverter circuit comprising:
前記調整回路（50）は、
前記下アーム側ドライブ回路（40）の負側と前記下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とを接続する接続線（52）と、
各下アーム側スイッチング素子（20）のスイッチングに起因する高周波成分の電圧変動を低減させるインピーダンス素子（51）と、
を備えていることを特徴とするインバータ回路。 The inverter circuit according to claim 1,
The adjustment circuit (50)
A connection line (52) connecting the negative side of the lower arm side drive circuit (40) and the source terminal of the lower arm side switching element (20);
An impedance element (51) for reducing voltage fluctuation of a high frequency component caused by switching of each lower arm side switching element (20);
An inverter circuit comprising:
前記下アーム側ドライブ回路（40）に対して前記駆動電圧（Vgx）を供給する駆動電源（Vg）をさらに備え、
前記接続線（52）は、各下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子、各下アーム側ドライブ回路（40）の負側、及び前記駆動電源（Vg）の負側を共通に接続し、
前記インピーダンス素子（51）は、前記駆動電源（Vg）の負側と該インバータ回路における接地線（60）との間に設けられていることを特徴とするインバータ回路。 The inverter circuit according to claim 2,
A drive power supply (Vg) for supplying the drive voltage (Vgx) to the lower arm drive circuit (40);
The connection line (52) commonly connects the source terminal of each lower arm side switching element (20), the negative side of each lower arm side drive circuit (40), and the negative side of the drive power supply (Vg),
The inverter circuit, wherein the impedance element (51) is provided between a negative side of the drive power supply (Vg) and a ground line (60) in the inverter circuit.
前記下アーム側ドライブ回路（40）に対して前記駆動電圧（Vgx）を供給する駆動電源（Vg）と、
前記駆動電源（Vg）の負側と該インバータ回路における接地線（60）とを接続する配線と、
をさらに備え、
前記接続線（52）は、アーム毎に対応して設けられ、対応したそれぞれのアームにおいて、前記下アーム側ドライブ回路（40）の負側と下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とを接続し、
前記インピーダンス素子（51）は、アーム毎に対応して設けられ、対応したそれぞれのアームにおいて、前記接続線（52）と前記駆動電源（Vg）の負側とを接続することを特徴とするインバータ回路。 The inverter circuit according to claim 2,
A drive power supply (Vg) for supplying the drive voltage (Vgx) to the lower arm drive circuit (40);
Wiring connecting the negative side of the drive power supply (Vg) and the ground line (60) in the inverter circuit;
Further comprising
The connection line (52) is provided corresponding to each arm, and in each corresponding arm, the negative side of the lower arm side drive circuit (40) and the source terminal of the lower arm side switching element (20) are connected. connection,
The impedance element (51) is provided corresponding to each arm, and the connection line (52) and the negative side of the drive power supply (Vg) are connected to each corresponding arm. circuit.
前記下アーム側ドライブ回路（40）に対して前記駆動電圧（Vgx）を供給する駆動電源（Vg）をさらに備え、
前記接続線（52）は、アーム毎に対応して設けられ、対応したそれぞれのアームにおいて、前記下アーム側ドライブ回路（40）の負側と下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とを接続し、
前記インピーダンス素子（51）は、少なくとも何れか１つのアームに対応して設けられ、対応したアームにおける接続線（52）と前記駆動電源（Vg）の負側とを接続することを特徴とするインバータ回路。 The inverter circuit according to claim 2,
A drive power supply (Vg) for supplying the drive voltage (Vgx) to the lower arm drive circuit (40);
The connection line (52) is provided corresponding to each arm, and in each corresponding arm, the negative side of the lower arm side drive circuit (40) and the source terminal of the lower arm side switching element (20) are connected. connection,
The impedance element (51) is provided corresponding to at least one of the arms, and connects the connection line (52) and the negative side of the drive power supply (Vg) in the corresponding arm. circuit.
前記調整回路（50）は、
それぞれの下アーム側ドライブ回路（40）に対応して設けられた複数の駆動電源（Vg1,Vg2,Vg3）と、
各アームにおいて、そのアームにおける、前記駆動電源（Vg1,Vg2,Vg3）の負側、前記下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子、及び前記下アーム側ドライブ回路（40）の負側を互いに接続する複数の接続線（52）と、
を備えていることを特徴とするインバータ回路。 The inverter circuit according to claim 1,
The adjustment circuit (50)
A plurality of drive power supplies (Vg1, Vg2, Vg3) provided for each lower arm drive circuit (40),
In each arm, the negative side of the drive power supply (Vg1, Vg2, Vg3), the source terminal of the lower arm side switching element (20), and the negative side of the lower arm side drive circuit (40) are connected to each other. A plurality of connecting wires (52) to be connected;
An inverter circuit comprising:
前記調整回路（50）は、
前記下アーム側ドライブ回路（40）の負側と前記下アーム側スイッチング素子（20）のソース端子とを接続する接続線（52）と、
各下アーム側スイッチング素子（20）のスイッチングに起因する高周波成分の電圧変動を低減させるインピーダンス素子（51）もしくは、駆動電源（Vg1,Vg2,Vg3）の負側を個々に接続するための端子と、
を備えていることを特徴とするインバータ回路。 The inverter circuit according to claim 1,
The adjustment circuit (50)
A connection line (52) connecting the negative side of the lower arm side drive circuit (40) and the source terminal of the lower arm side switching element (20);
A terminal for individually connecting the negative side of the drive power supply (Vg1, Vg2, Vg3) or the impedance element (51) that reduces the voltage fluctuation of the high frequency component caused by switching of each lower arm side switching element (20) ,
An inverter circuit comprising:
前記それぞれのスイッチング素子（10,20）は、ワイドバンドギャップ半導体を用いたことを特徴とするインバータ回路。 The inverter circuit according to any one of claims 1 to 7,
Each of the switching elements (10, 20) is an inverter circuit using a wide band gap semiconductor.
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