JP2014150654A - Gate Drive circuit - Google Patents

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Masumi Tanaka
真澄 田中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gate drive circuit that has a small-sized pulse transformer and includes a circuit for preventing malfunction.SOLUTION: A diode 7 is connected between a secondary-side terminal of a pulse transformer 2 and a gate of a MOS FET 1, and as first switch means for discharging between the gate and a source of the MOS FET 1 and turning off the MOS FET 1, a PNP transistor 8 is connected between the gate and the source of the MOS FET 1. Further, a capacitance 11 is connected between a control input terminal of the PNP transistor 8 and the source of the MOS FET 1. Moreover, as second switch means for charging the capacitance 11 by a positive input voltage, turning off the PNP transistor 8, discharging the capacitance 11 by a negative input voltage, and turning on the PNP transistor 8, an NPN transistor 9 and a diode 10 are connected between the other end of the secondary-side terminal of the pulse transformer 2 and the control input terminal of the PNP transistor 8.

Description

本発明は、スイッチング電源等に使用される容量性スイッチ素子のゲート駆動回路に関する。   The present invention relates to a gate drive circuit for a capacitive switch element used in a switching power supply or the like.

スイッチング電源やACインバータのスイッチ素子にはMOS FETやIGBTなどの容量性スイッチ素子が複数個使用される。これらのゲート駆動回路として図7に示す様な、パルストランスで制御回路と絶縁した回路が使用されている。   A plurality of capacitive switching elements such as MOS FETs and IGBTs are used as switching elements for switching power supplies and AC inverters. As these gate drive circuits, a circuit insulated from the control circuit by a pulse transformer as shown in FIG. 7 is used.

動作は次の通りである。制御回路からの制御信号によりスイッチ5をオンすると、パルストランス2の一次側には直流電源電圧(Vcc)にほぼ等しい電圧が印加される。パルストランス2の巻線比が1:1であれば、二次巻線にもVccの電圧が生じる。抵抗3を通してMOS FET 1のゲート・ソース間容量が充電され、ゲート・ソース間VGSもVccにほぼ等しい電圧となり、MOS FET 1がオンする。この様子を図8に示す。   The operation is as follows. When the switch 5 is turned on by a control signal from the control circuit, a voltage substantially equal to the DC power supply voltage (Vcc) is applied to the primary side of the pulse transformer 2. If the winding ratio of the pulse transformer 2 is 1: 1, a voltage of Vcc is also generated in the secondary winding. The gate-source capacitance of the MOS FET 1 is charged through the resistor 3, the gate-source VGS is also a voltage substantially equal to Vcc, and the MOS FET 1 is turned on. This is shown in FIG.

パルストランス2の一次巻線には上記ゲート・ソース間容量充電電流の外に、図8に示す励磁電流が流れる。その後、スイッチ5をオフすると、パルストランス2の一次巻線電圧はパルストランスリセット回路4により与えられる逆極性の電圧となり、MOS FET 1はゲートに印加されていた電圧か放電され、オフとなる。この時パルストランス2に流れていた励磁電流は減少に転じ、いずれは0Aとなる。   In addition to the gate-source capacitance charging current, an exciting current shown in FIG. 8 flows in the primary winding of the pulse transformer 2. Thereafter, when the switch 5 is turned off, the primary winding voltage of the pulse transformer 2 becomes a reverse polarity voltage given by the pulse transformer reset circuit 4, and the voltage applied to the gate of the MOS FET 1 is discharged and turned off. At this time, the excitation current flowing in the pulse transformer 2 starts to decrease and eventually becomes 0A.

スイッチ5がオンの時に流れる励磁電流Iは数式1のように表すことができる。
I = (Vcc×Ton)/L
但し、Tonはスイッチ1のオン時間、Lはパルストランス一次側巻線のインダクタンスである。
The exciting current I that flows when the switch 5 is on can be expressed as Equation 1.
I = (Vcc x Ton) / L
Where Ton is the ON time of the switch 1 and L is the inductance of the primary winding of the pulse transformer.

数式1より明らかなように、励磁電流は印加電圧即ち電源電圧Vcc、オン時間Tonに比例する。そのため、オン時間が長い場合は大きな励磁電流が流れるという問題があった。これを避けるため、インダクタンスの大きな大型のパルストランスが必要となっていた。   As is clear from Equation 1, the excitation current is proportional to the applied voltage, that is, the power supply voltage Vcc, and the on time Ton. Therefore, there is a problem that a large excitation current flows when the on-time is long. In order to avoid this, a large-sized pulse transformer with a large inductance is required.

この解決手段として、定電圧手段と容量を追加する方式が特許文献1に提案されている。図9、図10を用いてこの従来の技術を説明する。図9に示す通り、当該ゲート駆動回路はパルストランス2の二次側端子とMOS FET1のゲートとの間に定電圧手段である定電圧ダイオード12を接続し、MOS FET1のゲート・ソース間に容量11を接続したものである。   As a solution to this problem, Patent Document 1 proposes a method of adding constant voltage means and capacity. This conventional technique will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 9, in the gate drive circuit, a constant voltage diode 12 as a constant voltage means is connected between the secondary terminal of the pulse transformer 2 and the gate of the MOS FET 1, and a capacitance is connected between the gate and source of the MOS FET 1. 11 is connected.

動作は次の通りで、パルス電圧源6からパルストランス2の一次巻線に正の電圧Vpを印加すると、パルストランス2の二次巻線にも正のVpが生じ、定電圧ダイオード12を通して容量11とMOS FET1のゲート・ソース間容量が充電されて、MOS FET1がオンする。この時のVGSはVpから定電圧ダイオード12の順電圧を引いたVp1となる。   The operation is as follows. When a positive voltage Vp is applied from the pulse voltage source 6 to the primary winding of the pulse transformer 2, a positive Vp is also generated in the secondary winding of the pulse transformer 2, and the capacitance is passed through the constant voltage diode 12. 11 and MOS FET1 gate-source capacitance is charged and MOS FET1 is turned on. VGS at this time is Vp1 obtained by subtracting the forward voltage of the constant voltage diode 12 from Vp.

その後、パルストランス2の一次側電圧を0Vにすると定電圧ダイオード12の作用によりMOS FET1のゲート・ソース間電圧はVpに保たれる。MOS FET1のオン期間よりもパルストランス2の電圧印加期間を短くすることができ、励磁電流の増加を抑えることが可能となる。   Thereafter, when the primary side voltage of the pulse transformer 2 is set to 0V, the gate-source voltage of the MOS FET 1 is maintained at Vp by the action of the constant voltage diode 12. The voltage application period of the pulse transformer 2 can be made shorter than the ON period of the MOS FET 1, and an increase in excitation current can be suppressed.

MOS FET1をオフにする場合は、負のVnを印加する。これにより、定電圧ダイオード12が導通し、MOS FET1のゲート・ソース間電圧は放電され、オフとなる。   To turn off MOS FET1, apply negative Vn. As a result, the constant voltage diode 12 becomes conductive, and the gate-source voltage of the MOS FET 1 is discharged and turned off.

しかし、特許文献1に提案されている方式には次のような問題があった。MOS FET1がオフの期間に何らかの経路、例えばドレイン・ゲート間の漏洩電流やドレイン・ゲート間容量を通してもたらされるドレイン側のノイズ成分により、MOS FET1のゲート・ソース間に電圧が印加された場合を考える。図7に示す回路では、当該電圧は直ちに放電されるのであるが、特許文献1に提案されている方式では、定電圧手段の作用により電圧は維持され、MOS FET1が誤オンしてしまう。   However, the method proposed in Patent Document 1 has the following problems. Consider the case where a voltage is applied between the gate and source of MOS FET 1 due to some path, such as drain-to-gate leakage current or drain-side noise components caused by drain-to-gate capacitance, while MOS FET 1 is off. . In the circuit shown in FIG. 7, the voltage is immediately discharged. However, in the method proposed in Patent Document 1, the voltage is maintained by the action of the constant voltage means, and the MOS FET 1 is erroneously turned on.

特開2010−279225号公報JP 2010-279225 A

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、励磁電流の増加を抑えることにより、小型のパルストランスの使用を可能としつつ、誤オンを防ぐ回路を備えたゲート駆動回路を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a circuit for preventing erroneous turn-on while enabling the use of a small pulse transformer by suppressing an increase in excitation current. Another object is to provide a gate driving circuit.

上記の課題を解決するために、本発明は、正の入力電圧によりスイッチ素子のゲート・ソース間容量を充電して前記スイッチ素子をオンさせ、負の入力電圧により前記スイッチ素子のゲート・ソース間容量を放電して前記スイッチ素子をオフする、入力端子の一端がスイッチ素子ソース端子に接続されたスイッチ素子ゲート駆動回路であって、前記入力端子の他の一端と前記スイッチ素子のゲート間に接続され、正の入力電圧により前記スイッチ素子のゲート・ソース間を充電するダイオードと、前記スイッチ素子のゲート・ソース間を放電して前記スイッチ素子をオフする第一のスイッチ手段と、前記第一のスイッチ手段制御入力端子と前記スイッチ素子ソース間に接続された容量と、前記入力端子の他の一端と前記第一のスイッチ手段制御入力端子間に接続され、正の入力電圧により前記容量を充電すると共に、前記第一のスイッチ手段をオフし、負の入力電圧により前記容量を放電すると共に、前記第一のスイッチ手段をオンする第二のスイッチ手段とを備えたことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention charges a switch-element gate-source capacitance with a positive input voltage to turn on the switch element, and a negative input voltage causes the switch-element gate-source capacitance to turn on. A switch element gate drive circuit in which one end of an input terminal is connected to a switch element source terminal to discharge the capacitance and turn off the switch element, and is connected between the other end of the input terminal and the gate of the switch element A diode that charges between the gate and the source of the switch element by a positive input voltage, a first switch means that turns off the switch element by discharging between the gate and the source of the switch element, and the first A capacitor connected between the switch means control input terminal and the switch element source; the other end of the input terminal; and the first switch means control. Connected between input terminals, the capacitor is charged by a positive input voltage, the first switch means is turned off, the capacitor is discharged by a negative input voltage, and the first switch means is turned on. And a second switch means.

請求項2に記載の発明は、請求項1記載のゲート駆動回路において、前記容量に並列に接続された抵抗を備えることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the gate drive circuit according to the first aspect of the present invention, a resistor connected in parallel to the capacitor is provided.

請求項3に記載の発明は、請求項1記載のゲート駆動回路において、前記入力端子は、パルストランスの二次側巻線の端子であり、前記パルストランスの一次側巻線を含む回路は、直流電源の両端に接続された、第一のスイッチと第二のスイッチとからなる直列回路と、前記第一のスイッチの両端に接続された、前記パルストランスの一次側巻線と第二の容量とからなる直列回路と、前記パルストランスの一次側巻線に並列に接続されたクランプ素子と、を備え、前記第一のスイッチがオフ、かつ、前記第二のスイッチがオンのとき、前記パルストランスの一次巻線と前記第二の容量に正の駆動電圧が印加されて前記入力端子間に正の入力電圧を発生し、前記第一のスイッチがオン、かつ、前記第二のスイッチがオフのとき、前記第二の容量の電圧により前記パルストランスの一次巻線に負の駆動電圧が印加されて前記入力端子間に負の入力電圧を発生させることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the gate drive circuit according to the first aspect, the input terminal is a terminal of a secondary winding of the pulse transformer, and the circuit including the primary winding of the pulse transformer is: A series circuit composed of a first switch and a second switch connected to both ends of the DC power supply, and a primary side winding and a second capacitor of the pulse transformer connected to both ends of the first switch And a clamp element connected in parallel to the primary winding of the pulse transformer, and when the first switch is off and the second switch is on, the pulse A positive drive voltage is applied to the primary winding of the transformer and the second capacitor to generate a positive input voltage between the input terminals, the first switch is turned on, and the second switch is turned off. The second capacity Characterized in that for generating a negative input voltage between the pulse transformer of the negative drive voltage is applied to the primary winding the input terminal by the voltage.

本発明は、励磁電流の増加を抑えることにより、小型のパルストランスの使用を可能としつつ、誤オンを防ぐ効果を奏する。   The present invention has an effect of preventing erroneous turn-on while enabling the use of a small-sized pulse transformer by suppressing an increase in excitation current.

本発明の実施例1に係るゲート駆動回路の回路図である。1 is a circuit diagram of a gate drive circuit according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 本発明の実施例1に係るゲート駆動回路上の電圧・電流波形図である。FIG. 3 is a voltage / current waveform diagram on the gate drive circuit according to the first embodiment of the invention. 本発明の実施例2に係るゲート駆動回路の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a gate drive circuit according to Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施例3に係るゲート駆動回路の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a gate drive circuit according to Example 3 of the invention. 本発明の実施例4に係るゲート駆動回路の回路図である。It is a circuit diagram of the gate drive circuit based on Example 4 of this invention. 本発明の実施例4に係るゲート駆動回路上の電圧波形図である。It is a voltage waveform diagram on the gate drive circuit which concerns on Example 4 of this invention. 従来の技術を説明するゲート駆動回路の回路図である。It is a circuit diagram of the gate drive circuit explaining a prior art. 前記ゲート駆動回路の波形図である。It is a wave form diagram of the said gate drive circuit. 従来の技術を説明するゲート駆動回路の回路図である。It is a circuit diagram of the gate drive circuit explaining a prior art. 前記ゲート駆動回路の波形図である。It is a wave form diagram of the said gate drive circuit.

[実施例1]
図1に本発明の実施例1に係るゲート駆動回路の回路図を示し、図2にそのゲート駆動回路上の電圧・電流波形図を示す。パルストランス2の二次側端子とMOS FET1のゲートとの間にダイオード7を接続し、MOS FET1のゲート・ソース間を放電してMOS FET1をオフする第一のスイッチ手段としてPNPトランジスタ8をMOS FET1のゲート・ソース間に接続している。また、PNPトランジスタ8の制御入力端子とMOS FET1のソースとの間に容量11を接続している。更らに、正の入力電圧により容量11を充電すると共に、PNPトランジスタ8をオフし、負の入力電圧により容量11を放電すると共に、PNPトランジスタ8をオンする第二のスイッチ手段としてNPNトランジスタ9とダイオード10をパルストランス2の二次側端子とPNPトランジスタ8の制御入力端子間に接続している。
[Example 1]
FIG. 1 shows a circuit diagram of a gate drive circuit according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 shows voltage / current waveform diagrams on the gate drive circuit. A diode 7 is connected between the secondary terminal of the pulse transformer 2 and the gate of the MOS FET 1, and the PNP transistor 8 is used as the first switch means to turn off the MOS FET 1 by discharging between the gate and source of the MOS FET 1. Connected between the gate and source of FET1. A capacitor 11 is connected between the control input terminal of the PNP transistor 8 and the source of the MOS FET 1. Further, the capacitor 11 is charged by a positive input voltage, the PNP transistor 8 is turned off, the capacitor 11 is discharged by a negative input voltage, and the NPN transistor 9 is used as a second switching means for turning on the PNP transistor 8. And a diode 10 are connected between the secondary terminal of the pulse transformer 2 and the control input terminal of the PNP transistor 8.

パルストランス2の一次巻線に正の駆動電圧Vpを印加すると、パルストランス2の二次巻線にも正のVpが生じ、ダイオード7を通してMOS FET1のゲート・ソース間容量が充電されてVGSが上昇し、MOS FET1がオンする。この時、VGSはVpからダイオード7の順電圧等を差し引いたVp1となる。   When a positive drive voltage Vp is applied to the primary winding of the pulse transformer 2, a positive Vp is also generated in the secondary winding of the pulse transformer 2, and the gate-source capacitance of the MOS FET 1 is charged through the diode 7 and VGS is charged. Rises and MOS FET1 turns on. At this time, VGS becomes Vp1 obtained by subtracting the forward voltage of the diode 7 from Vp.

同時にダイオード10を通して容量11も充電される。このとき、トランジスタ8は制御入力端子であるベースとエミッタが同電位となりオフとなる。トランジスタ9はベースがエミッタに対し逆バイアスされるため、同様にオフとなる。   At the same time, the capacitor 11 is charged through the diode 10. At this time, the transistor 8 is turned off because the base and emitter, which are control input terminals, have the same potential. Transistor 9 is similarly off because its base is reverse-biased with respect to the emitter.

VGSが充分上昇した後、パルストランス2の一次巻線電圧を0Vにすると、V1も0Vになる。しかし、トランジスタ9はオフ状態を保つため、トランジスタ8もオフのままである。更に、ダイオード7の作用により、VGSは放電することなくオン電圧が保たれる。   After VGS rises sufficiently, when the primary winding voltage of pulse transformer 2 is set to 0V, V1 also becomes 0V. However, since the transistor 9 remains off, the transistor 8 also remains off. Further, the VGS is kept on without being discharged by the action of the diode 7.

パルストランス2の一次巻線に負の駆動電圧Vnを印加すると、パルストランス2の二次巻線にも負のVnが生じ、トランジスタ9がオンする。すると、容量10が放電されると共にトランジスタ8もオンとなり、MOS FET1のゲート・ソース間容量が放電されてVGSが下降し、MOS FET1がオフする。   When a negative drive voltage Vn is applied to the primary winding of the pulse transformer 2, negative Vn is also generated in the secondary winding of the pulse transformer 2, and the transistor 9 is turned on. Then, the capacitor 10 is discharged and the transistor 8 is turned on, the gate-source capacitance of the MOS FET 1 is discharged, VGS falls, and the MOS FET 1 is turned off.

VGSが充分下降した後、パルストランス2の一次巻線電圧を0Vとし、オン・オフサイクルを終了する。   After VGS has dropped sufficiently, the primary winding voltage of the pulse transformer 2 is set to 0 V, and the on / off cycle is completed.

図2より明らかな通り、MOS FET1オン期間が長い場合であっても、パルストランス2に駆動電圧が印加される期間は短くて済むため、励磁電流は低い値に抑えられる。また、負の駆動電圧Vn印加後、パルストランス2の一次巻線電圧を0VにしてもMOS FET1はオフ状態を保つのであるが、ドレイン・ゲート間の漏洩電流やドレイン・ゲート間容量を通してもたらされるドレイン側のノイズ成分により、MOS FET1のゲート・ソース間に電圧が印加された場合には、容量11を通してトランジスタ8のベース電流が流れ、その直流電流増幅率倍された電流がトランジスタ8エミッタ・コレクタ間に流れるため、MOS FET1のゲート・ソース間電圧VGSの上昇が抑えられる。これにより、MOS FET1の誤オンを防ぐことができる。   As is apparent from FIG. 2, even when the MOS FET 1 ON period is long, the period during which the drive voltage is applied to the pulse transformer 2 can be short, so that the excitation current can be suppressed to a low value. In addition, even after the negative drive voltage Vn is applied, the MOS FET 1 remains off even if the primary winding voltage of the pulse transformer 2 is set to 0 V. However, this is caused through the drain-gate leakage current and the drain-gate capacitance When a voltage is applied between the gate and source of MOS FET 1 due to noise components on the drain side, the base current of transistor 8 flows through capacitor 11, and the current multiplied by the DC current amplification factor is the transistor 8 emitter-collector. Therefore, the rise of the gate-source voltage VGS of the MOS FET 1 is suppressed. As a result, erroneous turn-on of the MOS FET 1 can be prevented.

[実施例2]
図3に、本発明の実施例2に係るゲート駆動回路の回路図を示す。実施例2は、実施例1に対して容量11と並列に抵抗13を接続したものである。前述の通り、ドレイン・ゲート間の漏洩電流やドレイン・ゲート間容量を通してもたらされるドレイン側のノイズ成分に起因する電流は容量11を流れるのであるが、容量11端子間の絶縁抵抗が高い場合、容量11は徐々に充電されていき、MOS FET1がオンに至る場合がある。これを防ぐため本発明では抵抗13を追加し、容量11を放電する。尚、MOS FET1オン期間中にゲート・ソース間電圧VGSを大きく低下させMOS FET1の損失が増大することのないよう、抵抗13の値を選ぶ必要がある。
[Example 2]
FIG. 3 shows a circuit diagram of a gate drive circuit according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, a resistor 13 is connected in parallel with the capacitor 11 with respect to the first embodiment. As described above, the leakage current between the drain and gate and the current due to the drain-side noise component caused by the drain-gate capacitance flow through the capacitor 11, but if the insulation resistance between the capacitor 11 terminals is high, the capacitance 11 is gradually charged, and MOS FET1 may turn on. In order to prevent this, in the present invention, a resistor 13 is added and the capacitor 11 is discharged. It should be noted that the value of the resistor 13 needs to be selected so that the gate-source voltage VGS is not greatly reduced during the MOS FET 1 ON period and the loss of the MOS FET 1 is not increased.

[実施例3]
図4に、本発明の実施例3に係るゲート駆動回路の回路図を示す。実施例3は、実施例1に対し、第二のスイッチ手段として、NPNトランジスタ9とダイオード10に替えてNチャンネルMOS FET14を使用したものである。
[Example 3]
FIG. 4 shows a circuit diagram of a gate drive circuit according to Embodiment 3 of the present invention. The third embodiment uses an N-channel MOS FET 14 instead of the NPN transistor 9 and the diode 10 as the second switch means with respect to the first embodiment.

[実施例4]
図5に、本発明の実施例4に係るゲート駆動回路の回路図を示し、図6にそのゲート駆動回路上の電圧波形図を示す。実施例4は、パルストランス2の一次側回路として、MOS FET1ゲート駆動電圧を供給する直流電源18、クランプ素子4、容量15、スイッチ16、17を備えたものである。パルストランス2の一次側端子間にクランプ素子4が接続され、クランプ素子4のアノードが接続されたパルストランス2の一次側端子と直流電源18の一端との間に容量15が接続されている。クランプ素子4のカソードが接続されたパルストランス2の一次側端子にスイッチ16、17を接続し、スイッチ16、17の他端を直流電源18の両端とそれぞれ接続している。尚、容量15は、クランプ素子4のカソードが接続されたパルストランス2の一次側端子とスイッチ16との間に接続してもよい。
[Example 4]
FIG. 5 shows a circuit diagram of a gate drive circuit according to Embodiment 4 of the present invention, and FIG. 6 shows a voltage waveform diagram on the gate drive circuit. The fourth embodiment includes a DC power supply 18 that supplies a MOS FET1 gate drive voltage, a clamp element 4, a capacitor 15, and switches 16 and 17 as a primary circuit of the pulse transformer 2. A clamp element 4 is connected between the primary terminals of the pulse transformer 2, and a capacitor 15 is connected between the primary terminal of the pulse transformer 2 to which the anode of the clamp element 4 is connected and one end of the DC power supply 18. Switches 16 and 17 are connected to the primary side terminal of the pulse transformer 2 to which the cathode of the clamp element 4 is connected, and the other ends of the switches 16 and 17 are connected to both ends of the DC power source 18, respectively. The capacitor 15 may be connected between the switch 16 and the primary terminal of the pulse transformer 2 to which the cathode of the clamp element 4 is connected.

動作は次の通りである。スイッチ16をオン、スイッチ17をオフにすると、パルストランス2の一次巻線と容量15の直列回路に正の駆動電圧Vccが印加される。これにより、MOS FETゲート・ソース間電圧VGSは上昇すると共に、パルストランス2一次巻線を流れる電流により容量15も充電される。VGSはVccをMOS FET1ゲート・ソース間容量と容量15で分圧した電圧からダイオード7の順電圧等を引いた値であるVcc1まで上昇する。この様子を図6に示す。   The operation is as follows. When the switch 16 is turned on and the switch 17 is turned off, the positive drive voltage Vcc is applied to the series circuit of the primary winding of the pulse transformer 2 and the capacitor 15. As a result, the MOS FET gate-source voltage VGS rises, and the capacitor 15 is also charged by the current flowing through the primary winding of the pulse transformer 2. VGS rises to Vcc1, which is a value obtained by subtracting the forward voltage of the diode 7 from the voltage obtained by dividing Vcc by the capacitance between the gate and source of the MOS FET 1 and the capacitance 15. This is shown in FIG.

VGSに配分される電圧をMOS FET1のオン電圧より充分大きな値とするため、容量15の静電容量はMOS FET1ゲート・ソース間容量より充分大きな値とする必要が有る。   In order to make the voltage distributed to VGS sufficiently larger than the on-voltage of MOS FET 1, the capacitance of capacitor 15 needs to be sufficiently larger than the capacitance between the gate and source of MOS FET 1.

VGS上昇後もスイッチ16がオン状態を続けると、励磁電流により容量15は充電され続けるため、容量15の電圧VCが上昇し、パルストランス2の一次巻線電圧及びV1は減少に転じる。しかし、ダイオード7等の作用により、VGSは保たれる。   If the switch 16 continues to be in the ON state even after VGS rises, the capacitor 15 continues to be charged by the exciting current, so the voltage VC of the capacitor 15 rises, and the primary winding voltage V1 of the pulse transformer 2 starts to decrease. However, VGS is maintained by the action of the diode 7 and the like.

所定の時間経過後、スイッチ16をオフする。パルストランス2の各巻線にはクランプ素子4で制限された負の電圧が発生する。この電圧がスイッチ手段であるトランジスタ9のオン電圧(およそ0.6V)以下にする必要が有る。トランジスタ9及び8がオンしてしまい、VGSを放電してしまうためである。例として、クランプ素子をショットキーダイオードにすることによりトランジスタ9に印加される電圧は約0.2Vとなり、この要求を満たす。尚、容量15の電圧は励磁電流により充電された値であるVn1のまま保持される。   After a predetermined time has elapsed, the switch 16 is turned off. A negative voltage limited by the clamp element 4 is generated in each winding of the pulse transformer 2. This voltage needs to be lower than the ON voltage (approximately 0.6 V) of the transistor 9 as the switch means. This is because the transistors 9 and 8 are turned on and VGS is discharged. As an example, by using a Schottky diode as the clamp element, the voltage applied to the transistor 9 is about 0.2 V, which satisfies this requirement. Note that the voltage of the capacitor 15 is maintained as Vn1, which is a value charged by the exciting current.

次に、スイッチ17をオンにすると、容量15の電圧VCがパルストランス2の一次巻線に負の駆動電圧-Vn1として印加される。トランジスタ9及び8がオンし、MOS FET1がオフとなる。   Next, when the switch 17 is turned on, the voltage VC of the capacitor 15 is applied to the primary winding of the pulse transformer 2 as a negative drive voltage -Vn1. Transistors 9 and 8 are turned on, and MOS FET 1 is turned off.

図6に示すように、実施例4においても、MOS FET1のオン期間に対してパルストランス2に駆動電圧が印加される期間は短くて済むため、励磁電流は低い値に抑えられる。   As shown in FIG. 6, also in the fourth embodiment, the period during which the drive voltage is applied to the pulse transformer 2 with respect to the ON period of the MOS FET 1 can be shortened, so that the excitation current can be suppressed to a low value.

図9に示す特許文献1に提案された回路では、MOS FET1をオフする際、定電圧ダイオード12を導通させるため、正の駆動電圧V1とほぼ同じ電圧の負の駆動電圧を印加する必要がある。一方、本発明のゲート駆動回路では、スイッチ手段であるトランジスタ9をオンするに足る負の電圧を印加するだけで済むため、パルストランス一次側回路を簡略化できるという効果もある。   In the circuit proposed in Patent Document 1 shown in FIG. 9, it is necessary to apply a negative drive voltage that is substantially the same voltage as the positive drive voltage V1 in order to turn on the constant voltage diode 12 when the MOS FET 1 is turned off. . On the other hand, in the gate drive circuit of the present invention, it is only necessary to apply a negative voltage sufficient to turn on the transistor 9 as the switch means, so that the primary circuit of the pulse transformer can be simplified.

本発明はスイッチング電源やACインバータ等に使用される容量性スイッチ素子のゲート駆動回路に適用できる。   The present invention can be applied to a gate drive circuit of a capacitive switch element used for a switching power supply, an AC inverter, or the like.

1 MOS FET
2 パルストランス
3 抵抗
4 クランプ素子
5 スイッチ
6 パルス電圧源
7 ダイオード
8 トランジスタ
9 トランジスタ
10 ダイオード
11 容量
12 定電圧ダイオード
13 抵抗
14 MOS FET
15 容量
16 スイッチ
17 スイッチ
18 直流電源
1 MOS FET
2 Pulse transformer 3 Resistance 4 Clamp element 5 Switch 6 Pulse voltage source 7 Diode 8 Transistor 9 Transistor 10 Diode 11 Capacitance 12 Constant voltage diode 13 Resistance 14 MOS FET
15 capacity 16 switch 17 switch 18 DC power supply

Claims (3)

正の入力電圧によりスイッチ素子のゲート・ソース間容量を充電して前記スイッチ素子をオンさせ、負の入力電圧により前記スイッチ素子のゲート・ソース間容量を放電して前記スイッチ素子をオフする、入力端子の一端がスイッチ素子ソース端子に接続されたスイッチ素子ゲート駆動回路であって、
前記入力端子の他の一端と前記スイッチ素子のゲート間に接続され、正の入力電圧により前記スイッチ素子のゲート・ソース間を充電するダイオードと、
前記スイッチ素子のゲート・ソース間を放電して前記スイッチ素子をオフするトランジスタと、
前記トランジスタのベースと前記スイッチ素子のソース間に接続された容量と、
前記入力端子の他の一端と前記トランジスタのベース間に接続され、正の入力電圧により前記容量を充電すると共に、前記トランジスタをオフし、負の入力電圧により前記容量を放電すると共に、前記トランジスタをオンするスイッチ手段と、
を備えたことを特徴とするゲート駆動回路。
The switch element is turned on by charging the gate-source capacitance of the switch element with a positive input voltage, and the switch element is turned off by discharging the gate-source capacity of the switch element with a negative input voltage. A switch element gate drive circuit in which one end of the terminal is connected to the switch element source terminal,
A diode connected between the other end of the input terminal and the gate of the switch element, and charging between the gate and source of the switch element by a positive input voltage;
A transistor that discharges between the gate and source of the switch element to turn off the switch element;
A capacitor connected between the base of the transistor and the source of the switch element;
Connected between the other end of the input terminal and the base of the transistor, the capacitor is charged by a positive input voltage, the transistor is turned off, and the capacitor is discharged by a negative input voltage. Switch means to turn on;
A gate drive circuit comprising:
前記容量に並列に接続された抵抗を備えることを特徴とする請求項1記載のゲート駆動回路。   The gate drive circuit according to claim 1, further comprising a resistor connected in parallel to the capacitor. 前記入力端子は、パルストランスの二次側巻線の端子であり、
前記パルストランスの一次側巻線を含む回路は、
直流電源の両端に接続された、第一のスイッチと第二のスイッチとからなる直列回路と、
前記第一のスイッチの両端に接続された、前記パルストランスの一次側巻線と第二の容量とからなる直列回路と、
前記パルストランスの一次側巻線に並列に接続されたクランプ素子と、
を備え、
前記第一のスイッチがオフ、かつ、前記第二のスイッチがオンのとき、前記パルストランスの一次巻線と前記第二の容量に正の駆動電圧が印加されて前記入力端子間に正の入力電圧を発生し、前記第一のスイッチがオン、かつ、前記第二のスイッチがオフのとき、前記第二の容量の電圧により前記パルストランスの一次巻線に負の駆動電圧が印加されて前記入力端子間に負の入力電圧を発生させることを特徴とする請求項1に記載のゲート駆動回路。
The input terminal is a terminal of a secondary winding of a pulse transformer,
The circuit including the primary winding of the pulse transformer is:
A series circuit composed of a first switch and a second switch connected to both ends of the DC power supply;
A series circuit composed of a primary winding and a second capacitor of the pulse transformer connected to both ends of the first switch;
A clamp element connected in parallel to the primary winding of the pulse transformer;
With
When the first switch is off and the second switch is on, a positive drive voltage is applied to the primary winding of the pulse transformer and the second capacitor, and a positive input is applied between the input terminals. When the first switch is on and the second switch is off, a negative driving voltage is applied to the primary winding of the pulse transformer by the voltage of the second capacitor when the first switch is on and the second switch is off. The gate drive circuit according to claim 1, wherein a negative input voltage is generated between the input terminals.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106877634A (en) * 2015-10-15 2017-06-20 Tdk株式会社 Driving mechanism for switch and switch drive methods
JP2018505411A (en) * 2015-06-16 2018-02-22 エルジー・ケム・リミテッド Transformer relay and battery voltage measurement system using the same
CN113949052A (en) * 2021-10-13 2022-01-18 国网福建省电力有限公司 Transformer winding direct current resistance counter electromotive force suppression circuit
CN114079368A (en) * 2020-08-20 2022-02-22 Tdk株式会社 Drive circuit and switching power supply device
WO2022091903A1 (en) * 2020-10-27 2022-05-05 アオイ電子株式会社 Semiconductor relay device

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57121323A (en) * 1980-12-04 1982-07-28 Siemens Ag Power fet control circuit
JPH01227521A (en) * 1988-03-07 1989-09-11 Origin Electric Co Ltd Circuit for driving voltage drive element
JPH02123962A (en) * 1988-10-31 1990-05-11 Fuji Electric Co Ltd Gate driving circuit
JPH06164352A (en) * 1992-11-18 1994-06-10 Matsushita Electric Works Ltd Pulse transformer driving circuit
JP2003348817A (en) * 2002-05-29 2003-12-05 Mitsubishi Electric Corp Gate driving circuit
JP2006141177A (en) * 2004-11-15 2006-06-01 Mels Corp Device for driving gate of mosfet and inverter using the same
JP2009012946A (en) * 2007-07-05 2009-01-22 Mitsubishi Electric Corp Driving circuit of brake coil

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57121323A (en) * 1980-12-04 1982-07-28 Siemens Ag Power fet control circuit
JPH01227521A (en) * 1988-03-07 1989-09-11 Origin Electric Co Ltd Circuit for driving voltage drive element
JPH02123962A (en) * 1988-10-31 1990-05-11 Fuji Electric Co Ltd Gate driving circuit
JPH06164352A (en) * 1992-11-18 1994-06-10 Matsushita Electric Works Ltd Pulse transformer driving circuit
JP2003348817A (en) * 2002-05-29 2003-12-05 Mitsubishi Electric Corp Gate driving circuit
JP2006141177A (en) * 2004-11-15 2006-06-01 Mels Corp Device for driving gate of mosfet and inverter using the same
JP2009012946A (en) * 2007-07-05 2009-01-22 Mitsubishi Electric Corp Driving circuit of brake coil

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018505411A (en) * 2015-06-16 2018-02-22 エルジー・ケム・リミテッド Transformer relay and battery voltage measurement system using the same
US10365333B2 (en) 2015-06-16 2019-07-30 Lg Chem, Ltd. Transformation relay and battery voltage measurement system using same
CN106877634A (en) * 2015-10-15 2017-06-20 Tdk株式会社 Driving mechanism for switch and switch drive methods
CN106877634B (en) * 2015-10-15 2019-04-09 Tdk株式会社 Driving mechanism for switch and switch drive methods
CN114079368A (en) * 2020-08-20 2022-02-22 Tdk株式会社 Drive circuit and switching power supply device
WO2022091903A1 (en) * 2020-10-27 2022-05-05 アオイ電子株式会社 Semiconductor relay device
CN113949052A (en) * 2021-10-13 2022-01-18 国网福建省电力有限公司 Transformer winding direct current resistance counter electromotive force suppression circuit
CN113949052B (en) * 2021-10-13 2023-05-16 国网福建省电力有限公司 DC resistance counter electromotive force suppression circuit for transformer winding

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