JP2014027795A - スイッチング回路及びインバータ回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スイッチング回路7は、遮断状態又は導通状態に制御するための第1の制御端子を有する第1のスイッチング素子と、遮断状態又は導通状態に制御するための第2の制御端子を有する第2のスイッチング素子とを、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子のそれぞれに寄生する第1の寄生ダイオード及び第2の寄生ダイオードの各導通方向が互いに逆方向を向くよう直列に接続してなる直列回路と、前記第1の寄生ダイオードの導通方向と同じ導通方向を有するように、前記直列回路に並列に接続された整流素子と、前記第2のスイッチング素子を導通状態に制御しているときに、前記第1のスイッチング素子を遮断状態から導通状態へ切り替えるように制御する制御手段とを備える。
【選択図】図2
Description
遮断状態又は導通状態に制御するための第1の制御端子を有する第1のスイッチング素子と、遮断状態又は導通状態に制御するための第2の制御端子を有する第2のスイッチング素子とを、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子のそれぞれに寄生する第1の寄生ダイオード及び第2の寄生ダイオードの各導通方向が互いに逆方向を向くよう直列に接続してなる直列回路と、
前記第1の寄生ダイオードの導通方向と同じ導通方向を有するように、前記直列回路に並列に接続された整流素子と、
前記第2のスイッチング素子を導通状態に制御しているときに、前記第1のスイッチング素子を遮断状態から導通状態へ切り替えるように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
図1は、本発明の実施の形態1に係るインバータ回路30とその周囲の回路の構成を示す回路図である。図1の回路は、直流主電源9と、直流主電源9からの直流電圧を三相の交流電圧へ変換するインバータ回路30と、負荷モータ8とを備えて構成される。インバータ回路30はスイッチング回路7a〜7f(以下、総称して符号7を付す。)を備えて構成され、スイッチング回路7a,7d、スイッチング回路7b,7e、スイッチング回路7c,7fはそれぞれ、ラインPとラインNの間に接続されたハーフブリッジ41,42,43を構成する。ここで、ハーフブリッジ41は、ラインPに接続されたP側のスイッチング回路7aとラインNに接続されたN側のスイッチング回路7dとが、中性点Oをはさんで直列に接続され、同様に、ハーフブリッジ42はP側のスイッチング回路7bとN側のスイッチング回路7eとが中性点Oをはさんで直列に接続されて構成され、ハーフブリッジ43はP側のスイッチング回路7cとN側のスイッチング回路7fとが中性点Oをはさんで直列に接続されて構成される。正極側のラインP及び負極側のラインNとの間に直流主電源9により直流電圧が印加され、三相の交流電圧は各ハーフブリッジ41,42,43の各中性点Oから負荷モータ8へ出力される。
(1)遮断状態又は導通状態に制御するためのゲート端子Gを有する主MOSFET1と、遮断状態又は導通状態に制御するためのゲート端子Gを有する従MOSFET3とを、主MOSFET1及び従MOSFET3のそれぞれに寄生する主ボディダイオード2及び従ボディダイオード4の各導通方向が互いに逆方向を向くよう直列に接続してなる直列回路と、
(2)主ボディダイオード2の導通方向と同じ導通方向を有するように、直列回路に並列に接続された外付けダイオード5と、
(3)従MOSFET3を導通状態に制御しているときに、主MOSFET1を遮断状態から導通状態へ切り替えるように制御する駆動回路6とを備えたことを特徴としている。
図4は、本発明の実施の形態2に係るスイッチング回路7aの構成を示す回路図である。図4において、駆動回路6aのさらに詳細な構成が示されている。駆動回路6aは、主MOSFET1aのゲート駆動回路12aと、従MOSFET3aのゲート駆動回路13aと、各ゲート駆動回路12a,13aに駆動のための電圧を印加するゲート駆動用電源16aと、ゲート信号を各ゲート駆動回路12a,13aへ印加する信号生成回路14a,15aとを備えて構成される。ここで、各信号生成回路14a,15aはそれぞれ、例えばパルス幅変調(Pulse Width Modulation)信号を生成する回路を備えて構成され、オン信号及びオフ信号からなるパルスの信号をゲート信号として出力する。ゲート駆動用電源は、ゲート駆動回路12a,13aのそれぞれの電源正極端子と電源負極端子との間に駆動のための電圧を印加する。ゲート駆動回路12aは、信号生成回路14aからのゲート信号を増幅等し開閉信号としてゲート抵抗10aを介して主MOSFET1aのゲート端子Gへ印加する。同様に、ゲート駆動回路13aは信号生成回路15aからのゲート信号を増幅等し開閉信号としてゲート抵抗11aを介して従MOSFET3aのゲート端子Gへ印加する。
図5は、実施の形態3に係るスイッチング回路7aaの回路構成を示す回路図である。図5のスイッチング回路7aaは、上記実施の形態2に係る図4のスイッチング回路7aに比較して、駆動回路6aに代えて駆動回路6aaを備えたことを特徴とする。駆動回路6aaは、駆動回路6aに比較して、以下の点が異なる。
(1)オフディレイ回路44aが、信号生成回路14aとゲート駆動回路12aの間に挿入されて接続されたこと。
(2)ゲート抵抗21a及びショットキーダイオード22aが直列に接続されて形成され、ゲート抵抗10aに並列接続された直列回路をさらに備えたこと。ここで、ショットキーダイオード22aの順方向は、主MOSFET1aからゲート駆動回路14aを向く方向に同じである。
(3)ゲート駆動回路13a及び信号生成回路15aが削除されたこと。
(4)ゲート抵抗11aの一端が、ゲート駆動回路13aの出力端子に代えて、ゲート駆動回路12aの出力端子に接続されたこと。
図7は、本発明の実施の形態4に係るスイッチング回路7acの構成を示す回路図である。図7のスイッチング回路7acは、上記実施の形態2に係る図4のスイッチング回路に比較して、駆動回路6aに代えて駆動回路6acを備えたことを特徴とする。駆動回路6acは、駆動回路6aに比較して、以下の点が異なる。
(1)オンディレイ回路18aとオフディレイ回路44aの直列回路が、信号生成回路14aとゲート駆動回路12aの間に挿入されて接続されたこと。
(2)信号駆動回路15aが削除されたこと。
(3)ゲート駆動回路13aのゲート信号の入力端子が、信号駆動回路14aの出力端子へ接続されたこと。
図8は、本発明の実施の形態5に係るスイッチング回路7adの構成を示す回路図である。図8のスイッチング回路7adは、上記実施の形態4に係る図7のスイッチング回路7acに比較して、駆動回路6acに代えて駆動回路6adを備えたことを特徴とする。駆動回路6adは、駆動回路6acに比較して、次の点が異なる。
(1)図8のスイッチング回路7adと同様の構成を有する他のスイッチング回路7ddにおけるオンディレイ回路18dから出力されたゲート信号を入力するNOT論理回路19aをさらに備えたこと。他のスイッチング回路7ddは駆動回路6adと同様の構成を有する駆動回路6ddを備える。
(2)ゲート駆動回路13aの入力端子が、NOT論理回路19aの出力端子に接続されたこと。
図9は、本発明の実施の形態6に係るスイッチング回路7aeの構成を示す回路図である。図9のスイッチング回路7aeは、上記実施の形態4に係る図7のスイッチング回路7acに比較して、駆動回路6acに代えて駆動回路6aeを備えたことを特徴とする。駆動回路6aeは、駆動回路6acに比較して、ゲート駆動回路12a,13aの電源負極端子が、従MOSFET3aのドレイン端子Dに接続されている点が異なる。
Claims (12)
- 遮断状態又は導通状態に制御するための第1の制御端子を有する第1のスイッチング素子と、遮断状態又は導通状態に制御するための第2の制御端子を有する第2のスイッチング素子とを、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子のそれぞれに寄生する第1の寄生ダイオード及び第2の寄生ダイオードの各導通方向が互いに逆方向を向くよう直列に接続してなる直列回路と、
前記第1の寄生ダイオードの導通方向と同じ導通方向を有するように、前記直列回路に並列に接続された整流素子と、
前記第2のスイッチング素子を導通状態に制御しているときに、前記第1のスイッチング素子を遮断状態から導通状態へ切り替えるように制御する制御手段とを備えたことを特徴とするスイッチング回路。 - 前記制御手段は、前記整流素子に電流が流れるとき又はこれより前に、前記第2のスイッチング素子を導通状態に制御し、前記整流素子に前記電流が流れた後に前記第1のスイッチング素子を遮断状態から導通状態へ切り替えるよう制御することを特徴とする請求項1に記載のスイッチング回路。
- 前記制御手段は、前記第1のスイッチング素子を遮断状態から導通状態に制御するとき又はこれより後に、前記第2のスイッチング素子を導通状態から遮断状態に切り替えるよう制御することを特徴とする請求項1又は2のいずれか一項に記載のスイッチング回路。
- 前記第2のスイッチング素子のドレイン端子とソース端子の間の耐電圧は、前記第1のスイッチング素子のドレイン端子とソース端子の間の耐電圧よりも低いことを特徴とする請求項1から3までのいずれか一項に記載のスイッチング回路。
- 前記制御手段は、
ゲート信号を生成するゲート信号生成回路と、
前記ゲート信号のうちオフ信号を所定の遅延時間だけ遅延させるともに、オン信号をそのまま出力するオフディレイ回路と、
前記オフディレイ回路からのゲート信号を増幅して出力するゲート駆動回路と、
第1のゲート抵抗と、第2のゲート抵抗及び第1のダイオードの直列回路とを並列に接続してなる並列回路と、
第3のゲート抵抗とを備え、
前記ゲート駆動回路は前記増幅されたゲート信号を前記並列回路を介して前記第1の制御端子に印加し、前記増幅されたゲート信号を前記第3のゲート抵抗を介して前記第2の制御端子に印加し、
前記第1のダイオードは、その順方向が前記ゲート信号の印加方向とは逆方向となるように接続されたことを特徴とする請求項1から4までのいずれか一項に記載のスイッチング回路。 - 前記第1のゲート抵抗は、前記第2及び第3のゲート抵抗より大きい抵抗値を有することを特徴とする請求項5に記載のスイッチング回路。
- 前記制御手段は、前記第1の制御端子と、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子の接続点との間に接続されたコンデンサをさらに備えたことを特徴とする請求項5又は6に記載のスイッチング回路。
- 前記制御手段は、
ゲート信号をそれぞれ生成する第1及び第2のゲート信号生成回路と、
前記各ゲート信号をそれぞれ増幅して出力する第1及び第2のゲート駆動回路と、
第1及び第2のゲート抵抗とを備え、
前記第1のゲート駆動回路は前記増幅されたゲート信号を前記第1のゲート抵抗を介して前記第1の制御端子に印加し、
前記第2のゲート駆動回路は前記増幅されたゲート信号を前記第2のゲート抵抗を介して前記第2の制御端子に印加したことを特徴とする請求項1から4までのいずれか一項に記載のスイッチング回路。 - 前記制御手段は、
オン信号及びオフ信号を含むゲート信号を生成するゲート信号生成回路と、
前記ゲート信号のうちオン信号及びオフ信号をそれぞれ所定の遅延時間だけ遅延させて出力するオンオフディレイ回路と、
前記オンオフディレイ回路からのゲート信号を増幅して出力する第1のゲート駆動回路と、
前記ゲート信号を増幅して出力する第2のゲート駆動回路と、
第1及び第2のゲート抵抗とを備え、
前記第1のゲート駆動回路は前記増幅されたゲート信号を前記第1のゲート抵抗を介して前記第1の制御端子に印加し、
前記第2のゲート駆動回路は前記増幅されたゲート信号を前記第2のゲート抵抗を介して前記第2の制御端子に印加したことを特徴とする請求項1から4までのいずれか一項に記載のスイッチング回路。 - 前記制御手段は、
オン信号及びオフ信号を含みかつ互いに反転関係を有するゲート信号をそれぞれ生成する第1及び第2のゲート信号生成回路と、
前記第1のゲート信号生成回路からのゲート信号のうちのオン信号を所定の遅延時間だけ遅延させるともに、オフ信号をそのまま出力する第1のオンディレイ回路と、
前記第1のオンディレイ回路からのゲート信号のうちのオフ信号を所定の遅延時間だけ遅延させるともに、オン信号をそのまま出力する第1のオフディレイ回路と、
前記第2のゲート信号生成回路からのゲート信号のうちのオン信号を所定の遅延時間だけ遅延させるともに、オフ信号をそのまま出力する第2のオンディレイ回路と、
前記第1のオフディレイ回路からのゲート信号を増幅して出力する第1のゲート駆動回路と、
前記第2のオンディレイ回路からのゲート信号を増幅して出力する第2のゲート駆動回路と、
第1及び第2のゲート抵抗とを備え、
前記第1のゲート駆動回路は前記増幅されたゲート信号を前記第1のゲート抵抗を介して前記第1の制御端子に印加し、
前記第2のゲート駆動回路は前記増幅されたゲート信号を前記第2のゲート抵抗を介して前記第2の制御端子に印加したことを特徴とする請求項1から4までのいずれか一項に記載のスイッチング回路。 - 前記各ゲート駆動回路の電源負極端子は、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子の接続点に接続された前記第2のスイッチング素子の一端とは異なる前記第2のスイッチング素子の他端に接続されたことを特徴とする請求項5から10までのいずれか一項に記載のスイッチング回路。
- 請求項1から11までのいずれか一項に記載のスイッチング回路を備えたインバータ回路。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2017070179A (ja) * | 2015-09-29 | 2017-04-06 | 株式会社明電舎 | インバータ装置の制御方法 |
US11695335B2 (en) * | 2017-09-22 | 2023-07-04 | Huawei Digital Power Technologies Co., Ltd. | Hybrid boost converters |
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