JP2013225820A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動電圧を出力する駆動回路と駆動回路を制御する制御回路とを有する駆動装置であって、より簡単な制御信号により適切なタイミングで駆動電圧を変化させる。
【解決手段】この駆動装置は、スイッチング素子に駆動電圧を印加する駆動回路と、駆動回路を制御する制御回路を備えている。駆動回路は、電圧源と、制御回路によりオンオフ制御されるスイッチと、駆動回路の内部抵抗を決める抵抗と、をそれぞれ１つずつ有する単位回路を複数有している。そして、所定の制御信号でオン状態となる単位回路が回路群を成している。
この回路群において、複数の単位回路それぞれの電圧源は互いに異なる電圧を出力し、複数の単位回路それぞれの抵抗は互いに異なる抵抗値を有している。また、各単位回路のスイッチは、同一の入力端子と電気的に接続され、各単位回路の抵抗の一端は、同一の出力端子と電気的に接続されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、スイッチング素子に駆動電圧を印加する駆動装置に関する。

自動車などのモータを駆動することを目的に、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などの電圧駆動型のスイッチング素子が利用されている。このスイッチング素子には、スイッチング素子に駆動電圧を印加するための電圧源を有する駆動回路が接続されている。また、スイッチング素子のターンオンあるいはターンオフのタイミングを制御するため、スイッチング素子には、駆動回路を介して、制御回路が接続されている。

ところで、スイッチング素子のオンオフ切り替え時において、印加される駆動電圧にオーバーシュートやアンダーシュート、あるいは、リンギングなどのノイズが生じる。このノイズを低減するために、駆動回路の内部抵抗を大きくすると、スイッチング素子のオンオフ時のスイッチング速度が遅くなり、スイッチング損失を生じてしまう。

このノイズとスイッチング損失とのトレードオフを解消するため、特許文献１には、駆動電圧の変化率を変化させる機能を有する駆動回路を備えた駆動装置が提案されている。この駆動装置は、駆動電圧およびその変化率を、複数の検出回路により検出し、制御回路にフィードバックする。そして、制御回路は駆動回路に制御信号を送出して、駆動電圧およびその変化率を変化させる。

特開２００９−２７３０７１号公報

特許文献１に提案された駆動装置では、上記したように、検出回路を介して駆動電圧およびその変化率を制御回路にフィードバックする機構が必要となり、回路構成が複雑になる。さらに、スイッチング素子に印加される駆動電圧は、例えば、１０ｎｓオーダーというごく短時間で変動させる場合（高速でスイッチング素子を駆動させ、スイッチング損失を低減させる場合）、フィードバック信号の遅延により、適切なタイミングで駆動電圧を変動させることが困難であった。また、制御回路は、複数の検出回路からフィードバック信号を受け取り、これを基に、駆動回路を構成する複数のスイッチング素子それぞれに、制御信号を送出しなければならなかった。換言すれば、制御回路は、複数の入力信号と複数の出力信号を、ごく短時間に、制御しなければならなかった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、駆動電圧を出力する駆動回路と該駆動回路を制御する制御回路とを有する駆動装置であって、より簡単な制御信号により適切なタイミングで駆動電圧を変化させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、請求項１に記載のように、
スイッチング素子（１４）に駆動電圧を印加する駆動装置であって、
入力端子（２０ａ）と出力端子（２０ｂ）とを有し、出力端子を介してスイッチング素子に駆動電圧を印加する駆動回路（２０）と、
駆動回路を制御するＨｉ信号とＬｏ信号の２種類の制御信号を、駆動回路の入力端子に出力する制御回路（２１）と、を備え、
駆動回路は、
電圧源（３１，４１，５１，６１）と、
制御信号によりオンオフ制御されるスイッチ（３２，４２，５２，６２）と、
電圧源と出力端子との間でスイッチと直列接続された抵抗（３３，４３，５３，６３）と、をそれぞれ１つずつ有する単位回路（７０）を複数有し、
同一の制御信号によりオンする単位回路を複数含む回路群（７１，７２）を有し、
回路群において、
複数の単位回路それぞれの電圧源は、互いに異なる電圧を出力し、
複数の単位回路それぞれの抵抗は、互いに異なる抵抗値を有しており、
駆動回路において、
全ての単位回路のスイッチは、同一の入力端子と電気的に接続され、
全ての単位回路の抵抗の一端は、同一の出力端子と電気的に接続されていることを特徴としている。

これによれば、駆動回路は、１つの入力端子のみを介して制御回路と接続されている。すなわち、制御回路は、１つの入力端子から、Ｈｉ信号およびＬｏ信号の２種類の制御信号のみを送出することにより、駆動回路におけるスイッチのオンオフを制御し、駆動装置に印加する駆動電圧およびその変化率を、所定のタイミングで変化させることができる。

具体的には、駆動装置に印加されている駆動電圧によって、スイッチがオンとなっている単位回路のうち、電圧源から出力端子に向かう電流が流れる単位回路が決定される。このため、入力端子と出力端子との間の合成抵抗が駆動電圧により決定される。駆動電圧の変化率は、駆動回路の合成抵抗の抵抗値と、スイッチング素子の寄生容量とにより規定される時定数によって決まる。これにより、駆動電圧の変化前後の電圧が決まれば、駆動電圧の変化に要する時間が決定される。すなわち、同一の制御信号でオン状態となる回路群において、各単位回路の電圧源の電圧と、抵抗の抵抗値を所定の値とすることにより、設計者は、駆動電圧が変化するタイミングを任意に決定することができる。

この構成において、制御回路は、特許文献１のように、検出回路からの信号を受けるための複数の入力端子を必要としない。また、制御回路は複数の出力端子を必要としない。これにより、制御回路のロジック構成を簡略化することができる。また、上記したように、駆動電圧の変化するタイミングは、駆動回路内の電圧源および抵抗により規定される。このため、検出回路を介して駆動電圧を制御回路にフィードバックする機構を省くことができる。換言すれば、フィードバックに要する時間、および、制御回路が駆動回路に制御信号を送出するのに要する時間を省くことができる。したがって、より簡単な制御信号により、駆動回路の制御遅延を生じさせることなく、駆動電圧を適切なタイミングで変化させることができる。

第１実施形態に係る駆動装置を備えたインバータ回路の構成を示す図である。 駆動装置の回路構成を示す図である。 駆動回路の具体的な構成を示す図である。 制御回路からの制御信号、駆動回路における各スイッチのオンオフの状態、駆動回路の合成抵抗、および、出力端子の電圧を時系列で示す図である。 第２実施形態に係る駆動装置において、駆動回路の具体的な構成を示す図である。 制御回路からの制御信号、駆動回路における各スイッチのオンオフの状態、駆動回路の合成抵抗、および、出力端子の電圧を時系列で示す図である。 第３実施形態に係る駆動装置において、駆動回路の具体的な構成を示す図である。 第４実施形態における、制御回路からの制御信号、駆動回路における各スイッチのオンオフの状態、駆動回路の合成抵抗、および、出力端子の電圧を時系列で示す図である。 第５実施形態に係る駆動装置において、駆動回路および保護回路の具体的な構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。

（第１実施形態）
最初に、図１および図２を参照して、本実施形態に係る駆動装置の概略構成を説明する。

本実施形態に係る駆動装置は、例えば、図１に示すように、直流電圧を所定の周波数および電圧（交流電圧）に変換するインバータ回路１００に用いられる。インバータ回路１００は、直流電圧源１０と、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部１１と、コンデンサ１２と、を有する。コンデンサ１２は、インバータ部１１と並列に接続され、インバータ部１１を構成するスイッチング素子のスイッチング動作により生じる直流電圧の変動を抑制する。そして、インバータ部１１により得られた交流電圧がモータ１３に印加される。

本実施形態において、インバータ部１１を構成するスイッチング素子は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ１４（以下、ＩＧＢＴと示す）とすることができる。ＩＧＢＴ１４には還流用のダイオード１５が並列接続されている。２つのＩＧＢＴ１４は直列接続され、その接続点（中間点）がモータ１３と電気的に接続されている。本実施形態では、直列接続された２つのＩＧＢＴ１４を１組として、３組の直列接続されたＩＧＢＴ１４が並列接続され、それぞれの中間点がモータ１３と接続されている。上記した６つのＩＧＢＴ１４のゲート電極は、駆動装置１６に接続されている。駆動装置１６は、本発明の特徴部分であり、所定のタイミングをもって、各ＩＧＢＴ１４に駆動電圧を印加し、ＩＧＢＴ１４のオンオフを制御する。

本実施形態において、駆動装置１６は、図２に示すように、ＩＧＢＴ１４に駆動電圧を供給する駆動回路２０と、駆動回路２０のオンオフを制御する制御回路２１から成る。駆動回路２０は、入力端子２０ａと出力端子２０ｂを、それぞれ１つずつ有している。駆動回路２０は本発明の特徴部分であり、具体的な構成を後に詳述する。また、制御回路２１は、駆動回路２０の入力端子２０ａに、後述するスイッチのオンオフを制御するためのＨｉ信号およびＬｏ信号を入力する。

次に、図３を参照して、駆動回路２０の具体的な構成を説明する。

駆動回路２０は、図３に示すように、最大電圧回路３０と、ターンオン回路４０と、ターンオフ回路５０と、基準電圧回路６０と、を有している。各回路は、電圧源３１，４１，５１，６１と、スイッチ３２，４２，５２，６２と、抵抗３３，４３，５３，６３とが直列接続された単位回路７０を１つずつ有している。なお、本実施形態において、スイッチ３２，４２，５２，６２はＭＯＳトランジスタであり、図２に示す制御回路２１からの制御信号（図３中、Ｓｉｇと示す）がゲート電極に入力されることによって電圧源３１，４１，５１，６１と出力端子（図３中、ＯＵＴと示す）とが電気的に接続される。スイッチ３２，４２，５２，６２は、制御信号によって電圧源３１，４１，５１，６１と出力端子とが電気的に接続されるものであればよく、例えば、バイポーラトランジスタ等の３端子以上を有する素子であればよい。

以下、本実施形態における各回路３０，４０，５０，６０の構成をそれぞれ説明する。

最大電圧回路３０において、電圧源３１は、他の電圧源４１，５１，６１よりも高い最大電圧（図３中、Ｖｍａｘと示す）とされている。スイッチ３２は、ＰＭＯＳトランジスタであり、ＳｉｇとしてＬｏ信号が入力されることによりオン状態となる。抵抗３３は、少なくとも、ターンオン回路４０を構成する抵抗４３よりも抵抗値（図３中、Ｒａと示す）が大きくされている。本実施形態では，一例として、Ｒａが、ターンオフ回路５０を構成する抵抗５３の抵抗値よりも大きくされている。

ターンオン回路４０において、電圧源４１は、最大電圧回路３０の電圧源３１よりも低い電圧（図３中、Ｖｂと示す）とされている。スイッチ４２は、最大電圧回路３０と同様、ＰＭＯＳトランジスタである。抵抗４３は、最大電圧回路３０の抵抗３３の抵抗値Ｒａよりも低い抵抗値（図３中、Ｒｂと示す）とされている。また、このターンオン回路４０は、出力端子２０ｂから電圧源４１への電流の逆流を阻止するダイオード４４を有している。

ターンオフ回路５０において、電圧源５１は、最大電圧回路３０の電圧源３１よりも低い電圧（図３中、Ｖｃと示す）とされている。スイッチ５２は、ＮＭＯＳトランジスタであり、ＳｉｇとしてＨｉ信号が入力されることによりオン状態となる。抵抗５３は、後述する基準電圧回路６０の抵抗６３の抵抗値Ｒｄよりも低い抵抗値（図３中、Ｒｃと示す）とされている。また、このターンオフ回路５０は、電圧源５１から出力端子２０ｂへの電流の逆流を阻止するダイオード５４を有している。

基準電圧回路６０において、電圧源６１は、他の電圧源３１，４１，５１よりも低い基準電圧とされている。本実施形態において、電圧源６１はグランド電位（図３中、ＧＮＤと示す）とされている。スイッチ６２は、ターンオフ回路５０と同様、ＮＭＯＳトランジスタである。抵抗６３は、ターンオフ回路５０の抵抗５３の抵抗値Ｒｃよりも高い抵抗値（図３中、Ｒｄと示す）とされている。

なお、本実施形態において、同一の制御信号（Ｌｏ信号）によりオンする最大電圧回路３０とターンオン回路４０とが、特許請求の範囲に記載の、一つの回路群７１を構成している。すなわち、この回路群７１は、駆動電圧が上昇するターンオン期間にオン状態となる。一方、同一の制御信号（Ｈｉ信号）によりオンするターンオフ回路５０と基準電圧回路６０とが、別の回路群７２を構成している。この回路群７２は、駆動電圧が下降するターンオフ期間にオン状態となる。

上記したように、駆動回路２０における電圧源３１，４１，５１，６１の電圧Ｖｍａｘ，Ｖｂ，Ｖｃ，ＧＮＤの大小関係は、Ｖｍａｘ＞（Ｖｂ，Ｖｃ）＞ＧＮＤとされている。また、抵抗３３，４３，５３，６３の抵抗値Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄの大小関係は、Ｒａ＞Ｒｂ、Ｒｄ＞Ｒｃとされている。なお、ＶｂとＶｃの大小関係および、ＲｂとＲｃおよびＲａとＲｄ、の大小関係は任意に設定することができ、限定されるものではない。

次に、図４を参照して、本実施形態における駆動回路２０の動作および作用効果を説明する。なお、上記したように、ＶｂとＶｃの大小関係および、ＲｂとＲｃおよびＲａとＲｄ、の大小関係は限定されるものではないが、本実施形態においては、Ｖｂ＞Ｖｃ、Ｒｂ＞Ｒｃ、Ｒａ＞Ｒｄとしている。

図４は、出力端子２０ｂ、ひいてはＩＧＢＴ１４に、駆動電圧を印加するタイミングチャートの一例である。この例では、出力端子２０ｂに出力される駆動電圧が、グランド電位ＧＮＤの状態から最大電圧Ｖｍａｘに遷移するターンオン期間（ｔ１〜ｔ３）と、ＶｍａｘからＧＮＤに遷移するターンオフ期間（ｔ４〜ｔ６）を有している。時刻ｔ１でターンオンが開始され、時刻ｔ２を経て時刻ｔ３でターンオンが終了する。そして、時刻ｔ３から時刻ｔ４では出力端子２０ｂに最大電圧Ｖｍａｘが出力される。そして、時刻ｔ４でターンオフが開始され、時刻ｔ５を経て時刻ｔ６でターンオフが終了する。以下、時系列で駆動の様子を具体的に説明する。

ターンオンが開始する前（ｔ１以前）、すなわち、初期電源投入時または時刻ｔ６終了後に時刻ｔ１に至るまでの間の初期状態において、入力端子２０ａには、制御信号ＳｉｇとしてＨｉ信号が入力されている。このため、スイッチ３２，４２はオフ状態であり、電圧源３１，４１と出力端子２０ｂは電気的に分離されている。一方、スイッチ５２，６２はオン状態であり、電圧源５１，６１と出力端子２０ｂは電気的に接続されている。すなわち、回路群７１はオフ状態であり、回路群７２はオン状態である。ただし、初期状態において、出力端子２０ｂはＧＮＤとされているため、ターンオフ回路５０のダイオード５４により、ＧＮＤより電圧の高い電圧源５１から出力端子２０ｂへの電流の流れは阻止されている。したがって、出力端子２０ｂはＧＮＤであり、駆動回路２０の合成抵抗はＲｄと等しくなっている。

時刻ｔ１において、ＳｉｇがＨｉ信号からＬｏ信号に変化する。これにより、スイッチ３２，４２はオン状態となり、電圧源３１，４１と出力端子２０ｂとが電気的に接続される。一方、スイッチ５２，６２はオフ状態となり、電圧源５１，６１と出力端子２０ｂとが電気的に分離される。すなわち、回路群７１がオン状態となり、回路群７２がオフ状態となる。ＶｍａｘおよびＶｂはＧＮＤよりも電圧が高いため、出力端子２０ｂに出力される駆動電圧は、ＧＮＤから上昇を開始する。

時刻ｔ１以降、駆動電圧は所定の変化率を以って上昇する。この変化率は、駆動回路２０の内部抵抗の大きさにより決まり、抵抗値が大きいほど、経過時間に対する駆動電圧の変化は小さくなる。時刻ｔ１から駆動電圧がＶｂに至る時刻ｔ２までの期間では、最大電圧回路３０およびターンオン回路４０の両方の回路で、電圧源３１，４１から出力端子２０ｂに向かって電流が流れる。すなわち、駆動回路２０の合成抵抗は、Ｒａ・Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）となる。したがって、時刻ｔ１〜時刻ｔ２においては、駆動電圧が、この合成抵抗に対応した変化率でＧＮＤからＶｂに遷移する。

時刻ｔ２において、駆動電圧がＶｂに達する。このため、ターンオン回路４０において、電圧源４１と出力端子２０ｂとの間に電流が流れなくなる。

時刻ｔ２以降、駆動電圧はＶｂからＶｍａｘに至るまで上昇する。なお、時刻ｔ２から駆動電圧がＶｍａｘとなる時刻ｔ３の間では、出力端子２０ｂの電圧がＶｂより大きい。しかしながら、ダイオード４４を有しているため、ターンオン回路４０において、出力端子２０ｂから電圧源４１への電流の逆流は阻止される。すなわち、ターンオン回路４０において、電圧源４１と出力端子２０ｂとの間に電流は流れず、駆動回路２０の合成抵抗はＲａに等しくなる。なお、本実施形態では、Ｒａ＞Ｒｂであるため、時刻ｔ２〜時刻ｔ３における合成抵抗Ｒａは、時刻ｔ１〜時刻ｔ２における合成抵抗Ｒａ・Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）よりも大きい。すなわち、Ｒａ＞Ｒａ・Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）である。したがって、時刻ｔ２〜時刻ｔ３における駆動電圧の変化率は、時刻ｔ１〜時刻ｔ２よりも小さくなる。換言すれば、時刻ｔ２において、駆動回路２０の合成抵抗が自動的に切り替わり、駆動電圧の変化率を自動的に変化させることができる。この時刻ｔ２は、抵抗３３，４３の抵抗値Ｒａ，Ｒｂと、電圧源３１，４１の電圧Ｖｍａｘ，Ｖｂと、で決まる。そして、これらの抵抗値と電圧は、設計者が任意に設定することができる。本実施形態においては、駆動電圧を切り替えるための制御信号を必要としない。すなわち、より簡単な制御信号により、駆動電圧の変化率を、任意の時刻（本実施形態では時刻ｔ２）を以って変化させることができる。

ターンオンが終了する時刻ｔ３とターンオフが開始される時刻ｔ４の間は、ＩＧＢＴ１４のゲート電極にＶｍａｘなる電圧が印加される期間である。Ｖｍａｘを、例えば、１５Ｖ程度とすることにより、飽和電圧（ＯＮ抵抗）を抑えつつ、ＩＧＢＴをオン状態とすることができる。

時刻ｔ４において、ＳｉｇがＬｏ信号からＨｉ信号に変化する。これにより、スイッチ３２，４２はオフ状態となり、電圧源３１，４１と出力端子２０ｂとが電気的に分離される。一方、スイッチ５２，６２はオン状態となり、電圧源５１，６１と出力端子２０ｂとが電気的に接続される。すなわち、回路群７１がオフ状態となり、回路群７２がオン状態となる。ＧＮＤおよびＶｃはＶｍａｘよりも電圧が低いため、出力端子２０ｂに出力される駆動電圧は、Ｖｍａｘから下降を開始する。

時刻ｔ４から駆動電圧がＶｃに至る時刻ｔ５の期間では、ターンオフ回路５０および基準電圧回路６０の両方の回路で、出力端子２０ｂから電圧源５１，６１に向かって電流が流れる。すなわち、駆動回路２０の合成抵抗は、Ｒｃ・Ｒｄ／（Ｒｃ＋Ｒｄ）となる。したがって、時刻ｔ４〜時刻ｔ５においては、駆動電圧が、この合成抵抗に対応した変化率でＶｍａｘからＶｃに遷移する。

時刻ｔ５において、駆動電圧がＶｃに達する。このため、ターンオフ回路５０において、電圧源５１と出力端子２０ｂとの間に電流が流れなくなる。

時刻ｔ５以降、駆動電圧はＶｃからＧＮＤに至るまで下降する。なお、時刻ｔ５から駆動電圧がＧＮＤとなる時刻ｔ６の間では、出力端子２０ｂの電圧がＶｃより小さい。しかしながら、ダイオード５４を有しているため、ターンオフ回路５０において、電圧源５１から出力端子２０ｂへの電流の逆流は阻止される。すなわち、ターンオフ回路５０において、電圧源５１と出力端子２０ｂとの間に電流は流れず、駆動回路２０の合成抵抗はＲｄに等しくなる。なお、本実施形態では、Ｒｄ＞Ｒｃであるため、時刻ｔ５〜時刻ｔ６における合成抵抗Ｒｄは、時刻ｔ４〜時刻ｔ５における合成抵抗Ｒｃ・Ｒｄ／（Ｒｃ＋Ｒｄ）よりも大きい。すなわち、Ｒｄ＞Ｒｃ・Ｒｄ／（Ｒｃ＋Ｒｄ）である。したがって、時刻ｔ５〜時刻ｔ６における駆動電圧の変化率は、時刻ｔ４〜時刻ｔ５よりも小さくなる。換言すれば、時刻ｔ５において、駆動回路２０の合成抵抗が自動的に切り替わり、駆動電圧の変化率を自動的に変化させることができる。この時刻ｔ５は、抵抗５３，６３の抵抗値Ｒｃ，Ｒｄと、電圧源５１，６１の電圧Ｖｃ，ＧＮＤと、で決まる。そして、これらの抵抗値と電圧は、設計者が任意に設定することができる。本実施形態においては、駆動電圧を切り替えるための制御信号を必要としない。すなわち、より簡単な制御信号により、駆動電圧の変化率を、任意の時刻（本実施形態では時刻ｔ５）を以って変化させることができる。

なお、本実施形態において、ＶｂおよびＶｃは、ＩＧＢＴ１４の閾値以上の電圧に設定されればよく、例えば、５Ｖ〜１０Ｖ程度とすることができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、駆動回路２０として、ターンオン回路４０およびターンオフ回路５０の両方を有する例を示した。しかしながら、ターンオン回路４０とターンオフ回路５０のいずれか一方を有する構成としてもよい。本実施形態では、例えば、図５に示すように、駆動回路２０が、最大電圧回路３０、ターンオン回路４０、基準電圧回路６０により構成される例を示す。

本実施形態における駆動回路２０の構成は、第１実施形態に対して、ターンオフ回路５０を除いた構成であるため、詳細の記載を省略する。なお、本実施形態に係る駆動回路２０における電圧源３１，４１，６１の電圧Ｖｍａｘ，Ｖｂ，ＧＮＤの大小関係は、Ｖｍａｘ＞Ｖｂ＞ＧＮＤとされている。また、抵抗３３，４３の抵抗値Ｒａ，Ｒｂの大小関係は、Ｒａ＞Ｒｂとされている。なお、ＲａとＲｄ、および、ＲｂとＲｄの大小関係は任意に設定することができ、限定されるものではない。

本実施形態における駆動回路２０の動作および作用効果を、図６を参照して説明する。図６は、出力端子２０ｂ、ひいてはＩＧＢＴ１４に、駆動電圧を印加するタイミングチャートの一例である。第１実施形態と同様に、出力端子２０ｂに出力される駆動電圧が、グランド電位ＧＮＤの状態から最大電圧Ｖｍａｘに遷移するターンオン期間（ｔ１〜ｔ３）と、ＶｍａｘからＧＮＤに遷移するターンオフ期間（ｔ４以降）を有している。

ターンオン期間については、第１実施形態と同一の動作であるため、説明を省略する。ターンオフ動作は、ターンオン期間を経て、駆動電圧がＶｍａｘとなった状態から、時刻ｔ４において開始される。すなわち、時刻ｔ４において、ＳｉｇがＬｏ信号からＨｉ信号に変化する。これにより、スイッチ３２，４２はオフ状態となり、電圧源３１，４１と出力端子２０ｂとが電気的に分離される。すなわち、回路群７１がオフ状態となる。一方、基準電圧回路６０におけるスイッチ６２はオン状態となり、電圧源６１（ＧＮＤ）と出力端子２０ｂとが電気的に接続される。ＧＮＤはＶｍａｘよりも電圧が低いため、出力端子２０ｂに出力される駆動電圧は、Ｖｍａｘから下降を開始する。時刻ｔ４以降は、電圧源３１，４１と出力端子２０ｂとが電気的に分離されているため、駆動回路２０の合成抵抗はＲｄに等しくなる。したがって、駆動電圧は抵抗値Ｒｄに対応した変化率で下降する。換言すれば、第１実施形態において、駆動電圧がＶｃに至った後（時刻ｔ５以降）の変化率と同一の変化率で下降する。なお、図６には、本実施形態におけるターンオフ期間の駆動電圧の変化とともに、一点鎖線により第１実施形態における駆動電圧の変化を示した。

本実施形態に係る駆動回路２０は、ターンオン期間において、駆動電圧の変化率を所望のタイミングで変化させたい駆動装置に有効である。換言すれば、ターンオフ期間において、駆動電圧の変化率に注目する必要のない駆動装置に採用することができる。これにより、ターンオン動作において、第１実施形態に記載の作用効果と同一の効果を奏することができるとともに、第１実施形態の構成に対して、駆動回路２０の構成を簡略化することができる。

（第３実施形態）
第２実施形態では、第１実施形態に対して、ターンオフ回路５０を除いた駆動回路２０の例を示した。これに対して、本実施形態では、第１実施形態に対して、ターンオン回路４０を除いた駆動回路２０の例を示す。

本実施形態における駆動回路２０の構成は、図７に示すように、第１実施形態に対して、ターンオン回路４０を除いた構成であるため、詳細の記載を省略する。なお、本実施形態に係る駆動回路２０における電圧源３１，５１，６１の電圧Ｖｍａｘ，Ｖｃ，ＧＮＤの大小関係は、Ｖｍａｘ＞Ｖｃ＞ＧＮＤとされている。また、抵抗３３，５３，６３の抵抗値Ｒｃ，Ｒｄの大小関係はＲｄ＞Ｒｃとされている。なお、ＲａとＲｃ、および、ＲａとＲｄの大小関係は任意に設定することができ、限定されるものではない。

本実施形態における駆動回路２０の動作および作用効果を説明する。タイミングチャートの図示は省略するが、上記した各実施形態と同様に、出力端子２０ｂに出力される駆動電圧が、グランド電位ＧＮＤの状態から最大電圧Ｖｍａｘに遷移するターンオン期間と、ターンオン期間後、ＶｍａｘからＧＮＤに遷移するターンオフ期間を有するような動作を説明する。なお、ターンオフ期間については、上記した各実施形態と同一の動作であるため、説明を省略する。

ターンオン期間が開始される時刻において、ＳｉｇがＨｉ信号からＬｏ信号に変化する。これにより、スイッチ３２はオン状態となり、電圧源３１と出力端子２０ｂとが電気的に接続される。一方、スイッチ５２，６２はオフ状態となり、電圧源５１，６１と出力端子２０ｂとが電気的に分離される。すなわち、回路群７２はオフ状態となる。ＶｍａｘはＧＮＤよりも電圧が高いため、出力端子２０ｂに出力される駆動電圧は、ＧＮＤから上昇を開始する。電圧源５１，６１と出力端子２０ｂとが電気的に分離されているため、駆動回路２０の内部抵抗はＲａに等しくなる。したがって、駆動電圧は抵抗値Ｒａに対応した変化率で上昇する。換言すれば、第１実施形態において、駆動電圧がＶｂに至った後（時刻ｔ２以降）の変化率と同一の変化率で上昇する。

本実施形態に係る駆動回路２０は、ターンオフ期間において、駆動電圧の変化率を所望のタイミングで変化させたい駆動装置に有効である。換言すれば、ターンオン期間において、駆動電圧の変化率に注目する必要のない駆動装置に採用することができる。これにより、ターンオフ動作において、第１実施形態に記載の作用効果と同一の効果を奏することができるとともに、第１実施形態の構成に対して、駆動回路２０の構成を簡略化することができる。

（第４実施形態）
上記した各実施形態では、出力端子２０ｂに接続されるスイッチング素子（例えば、本実施形態ではＩＧＢＴ１４）の寄生容量であるミラー容量が駆動電圧に与える影響を無視して説明してきた。本実施形態では、スイッチングスピードを必要とする高周波数の駆動装置について、ミラー容量の影響を考慮した場合の例を示す。すなわち、基準電圧（例えばグランド電位ＧＮＤ）と最大電圧（Ｖｍａｘ）との間の遷移時間がごく短時間、例えば１０ｎｓオーダーであるような駆動装置について説明する。

このような駆動装置においては、図８に示すように、ターンオン期間およびターンオフ期間において、出力端子２０ｂに出力される駆動電圧が、ＧＮＤとＶｍａｘの間の電圧（図８中、ＶＭと示す）で一定となるミラー期間８０を有する。ターンオン期間において、ＩＧＢＴ１４のゲート電極に駆動電圧が印加され、ゲート−コレクタ間容量に電荷が蓄積される期間は、ゲート電極の電位、すなわち駆動電圧は変化しない。また、ターンオフ期間において、ゲート−コレクタ間容量に蓄積された電荷が放電される期間は、ゲート電極の電位は変化しない。これがミラー期間８０に相当し、このミラー期間における駆動電圧ＶＭをミラー電圧と称する。

本実施形態では、第１実施形態と同一の構成において、ターンオン回路４０の電圧源４１の電圧Ｖｂをミラー電圧ＶＭよりも小さく設定している。また、ターンオフ回路５０の電圧源５１の電圧ＶｃをＶＭよりも大きく設定している。すなわち、Ｖｂ＜ＶＭ＜Ｖｃとなっている。このため、ターンオン期間においては、駆動電圧がＶＭに至る前の、駆動電圧がＶｂとなった時点（図８における時刻ｔ２）で駆動回路２０の合成抵抗を、電圧がＶｂに至る前よりも大きくさせ、駆動電圧の変化率を小さくさせておくことができる。これにより、ミラー期間に至った瞬間の駆動電圧のオーバーシュートおよびリンギングを抑制することができる。一方、ターンオフ期間においては、駆動電圧がＶＭに至る前の、駆動電圧がＶｃとなった時点（図８における時刻ｔ５）で駆動回路２０の合成抵抗を、電圧がＶｃに至る前よりも大きくさせ、駆動電圧の変化率を小さくさせておくことができる。これにより、ミラー期間に至った瞬間の駆動電圧のアンダーシュートおよびリンギングを抑制することができる。すなわち、出力端子２０ｂに出力される駆動電圧のノイズを低減することができる。

なお、本実施形態では、Ｖｂ＜ＶＭ＜Ｖｃとなっているが、この例に限定されるわけではない。ターンオン期間およびターンオフ期間において、ミラー電圧ＶＭに至った後に駆動電圧の変化率を小さくさせたい場合には、Ｖｃ＜ＶＭ＜Ｖｂの関係を満たす回路構成としてもよい。

（第５実施形態）
本実施形態では、図９に示すように、出力端子２０ｂに接続されるスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ１４）に過電流が流れることを防止するための保護回路９０を有する構成例を示す。本実施形態では、第２実施形態のような最大電圧回路３０、ターンオン回路４０、および、基準電圧回路６０を有する駆動回路２０において、最大電圧回路３０の電圧源３１とスイッチ３２の間に、駆動回路２０への最大電圧Ｖｍａｘの供給の有無を制御する制御スイッチ９１が設けられている。この制御スイッチ９１は、例えば、ＭＯＳトランジスタであり、ゲートに入力される信号によってオンオフする。そして、ＩＧＢＴ１４の電流検出端子１４ｓが、保護回路９０を介して、制御スイッチ９１のゲートと接続されている。保護回路９０は、電流検出端子１４ｓから出力される電流によって、制御スイッチ９１のゲートに対してオンまたはオフするための信号を送出する。

本実施形態では、例えば、以下に記載するような保護回路９０を採用することができる。すなわち、保護回路９０は、図９に示すように、第１内部抵抗９２と、第２内部抵抗９３と、オペアンプ９４と、リファレンス電源９５とを有している。第１内部抵抗９２と第２内部抵抗９３は、ＩＧＢＴ１４の電流検出端子１４ｓとグランド電位との間で直列に接続され、第１内部抵抗９２と第２内部抵抗９３の中間点がオペアンプ９４の一方の入力端子に接続されている。また、オペアンプ９４の他方の入力端子にはリファレンス電源９５が接続されている。オペアンプ９４は、電流検出端子１４ｓから保護回路９０に流れる電流による第１内部抵抗９２の電圧降下量と、リファレンス電源９５の電位を比較する。そして、本実施形態においては、電圧降下量がリファレンス電源９５の電位を超えた場合に、制御スイッチ９１をオフする信号を送出する。

このような構成とすることにより、ＩＧＢＴ１４に異常な電流が流れた場合、駆動回路２０中で最大の電圧を出力する電圧源３１からＩＧＢＴ１４への電圧の供給を遮断することができる。このような保護回路９０は、特に、駆動電圧を低い電圧から高い電圧に遷移させるターンオン動作を行う場合に有効である。

なお、本実施形態では、第２実施形態に示した回路構成に保護回路９０を付加した構成を例に示したが、これに限定されるものではない。すなわち、上記した各実施形態に示した回路構成に対して保護回路９０を付加することができることは言うまでもない。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

上記した各実施形態では、最大電圧回路３０とターンオン回路４０のスイッチ３２，４２がＰＭＯＳトランジスタとされ、ターンオフ回路５０と基準電圧回路６０のスイッチ５２，６２がＮＭＯＳトランジスタとされた例を示した。しかしながら、これらスイッチの種類（極性）は、制御回路から入力端子２０ａに入力される制御信号Ｓｉｇの種類により適切に選択されるべきである。上記した各実施形態では、ＳｉｇがＨｉ信号からＬｏ信号に変化する場合にターンオン動作となる構成を示したが、ＳｉｇがＬｏ信号からＨｉ信号に変化する場合にターンオン動作となる構成とするならば、スイッチ３２，４２をＮＭＯＳトランジスタとし、スイッチ５２，６２をＰＭＯＳトランジスタとすべきである。

また、上記した各実施形態では、駆動回路２０におけるスイッチ３２，４２，５２，６２、および制御スイッチ９１として、ＭＯＳトランジスタを用いる例を示した。しかしながら、これらのスイッチは、制御回路２１からの制御信号や、保護回路９０からの信号によってオンオフされるものであればよく、３端子以上を有し、電流の流れをオンオフ可能な素子であればよい。ただし、これらのスイッチをＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタとして構成すれば、ＩＧＢＴ等の半導体素子と同一プロセスを用いて製造することができる。

また、上記した各実施形態では、ターンオン回路４０およびターンオフ回路５０を構成する単位回路７０がそれぞれ１つである構成を示した。しかしながら、ターンオン回路４０およびターンオフ回路５０は、電圧が互いに異なる電圧源と、抵抗値が互いに異なる抵抗とで構成された複数の単位回路７０を有していてもよい。このような構成では、ターンオン期間およびターンオフ期間において、駆動電圧の変化率を２回以上切り替えることができる。すなわち、駆動電圧の変化率が切り替わるタイミングを、より詳細に設定することができる。なお、第１実施形態に示したように、ターンオン回路４０およびターンオフ回路５０を構成する単位回路７０がそれぞれ１つである構成とすることにより、フィードバック機構を設けることなく、駆動電圧の変化率の切り替えを可能としつつ、駆動装置の回路構成を簡素化することができる。

また、第５実施形態において、保護回路９０を有する駆動装置の例を示したが、保護回路９０は第５実施形態に記載した構成に限定されるものではない。スイッチング素子（ＩＧＢＴ１４）の電流を検出して、ある閾電流を以って電圧源３１からスイッチング素子への電源供給を遮断するような回路であればよい。

１６・・・駆動装置
２０・・・駆動回路
２０ａ・・・入力端子
２０ｂ・・・出力端子
３０・・・最大電圧回路
４０・・・ターンオン回路
５０・・・ターンオフ回路
６０・・・基準電圧回路
７０・・・単位回路
３１，４１，５１，６１・・・電圧源
３２，４２，５２，６２・・・スイッチ
３３，４３，５３，６３・・・抵抗

Claims (6)

1. スイッチング素子（１４）に駆動電圧を印加する駆動装置であって、
   入力端子（２０ａ）と出力端子（２０ｂ）とを有し、前記出力端子を介して前記スイッチング素子に前記駆動電圧を印加する駆動回路（２０）と、
   前記駆動回路を制御するＨｉ信号とＬｏ信号の２種類の制御信号を、前記駆動回路の前記入力端子に出力する制御回路（２１）と、を備え、
   前記駆動回路は、
   電圧源（３１，４１，５１，６１）と、
   前記制御信号によりオンオフ制御されるスイッチ（３２，４２，５２，６２）と、
   前記電圧源と前記出力端子との間で前記スイッチと直列接続された抵抗（３３，４３，５３，６３）と、をそれぞれ１つずつ有する単位回路（７０）を複数有し、
   同一の前記制御信号によりオンする前記単位回路を複数含む回路群（７１，７２）を有し、
   前記回路群において、
   複数の前記単位回路それぞれの前記電圧源は、互いに異なる電圧を出力し、
   複数の前記単位回路それぞれの前記抵抗は、互いに異なる抵抗値を有しており、
   前記駆動回路において、
   全ての前記単位回路の前記スイッチは、同一の前記入力端子と電気的に接続され、
   全ての前記単位回路の前記抵抗の一端は、同一の前記出力端子と電気的に接続されていることを特徴とする駆動装置。
2. 前記駆動回路は、
   １つの前記単位回路を有し、前記駆動電圧として最大電圧を前記スイッチング素子に出力する最大電圧回路（３０）と、
   １つの前記単位回路を有し、前記駆動電圧として、前記電圧源のうち、最も低い基準電圧を前記スイッチング素子に出力する基準電圧回路（６０）と、
   前記電圧源の電圧が、前記最大電圧と前記基準電圧の間とされた前記単位回路を少なくとも１つ有し、前記最大電圧回路とともに前記回路群を構成するターンオン回路（４０）、および前記基準電圧回路とともに前記回路群を構成するターンオフ回路（５０）の少なくとも一方と、を有しており、
   前記ターンオン回路において、
   前記抵抗（４３）の抵抗値が、前記最大電圧回路における前記抵抗（３３）の抵抗値よりも小さくされ、
   前記抵抗と前記出力端子との間に、前記出力端子から前記抵抗への電流の逆流を阻止するダイオード（４４）を有し、
   前記ターンオフ回路において、
   前記抵抗（５３）の抵抗値が、前記基準電圧回路における前記抵抗（６３）の抵抗値よりも小さくされ、
   前記抵抗と前記出力端子との間に、前記抵抗から前記出力端子への電流の逆流を阻止するダイオード（５４）を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記ターンオン回路および前記ターンオフ回路において、それぞれ、前記単位回路が１つであることを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
4. 少なくとも前記ターンオン回路を有する請求項２または請求項３に記載の駆動装置であって、
   前記スイッチング素子に流れる電流が所定の電流値を超えることにより、前記最大電圧を供給する前記電圧源（３１）を、前記スイッチング素子から電気的に分離する保護回路（９０）を有することを特徴とする駆動装置。
5. 前記スイッチは、ＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の駆動装置。
6. 前記スイッチング素子は、パワー半導体素子であることを特徴とする請求項１〜５に記載の駆動装置。

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