JP2016167978A - 同期整流回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スイッチング素子の順方向に電流を流す期間は、制御回路へ入力される所定の入力信号に基づいてスイッチング素子を制御し、スイッチング素子の逆方向に電流を流す期間は、半導体素子に備えられたセンスセルを流れる全電流を検出する検出手段を用いて、半導体素子の動作中のパラメータの値を検出し、この検出されたパラメータの値に基づいて作成された制御信号によりスイッチング素子を制御するようにした。
【選択図】図1
Description
図1は本発明の実施の形態1による同期整流回路に用いる電力用スイッチング回路100を示す回路図である。ここでは、スイッチング素子としてMOSFETを用いた電力用スイッチング回路100を例として説明する。半導体素子10を構成するスイッチング素子は、メインスイッチング素子であるメインMOSFET1とセンススイッチング素子であるセンスMOSFET2とで構成されている。それぞれのMOSFETは、それぞれ並列にボディダイオードを備えている。ここで、メインMOSFET1とこれに並列なメインボディダイオード3とを合わせてメインセル20、センスMOSFET2とこれに並列なセンスボディダイオード4を合わせてセンスセル30と呼ぶ。なお、ボディダイオードはMOSFETに寄生されたものであるが、理解の容易さから並列と記載している。駆動回路はメインMOSFET1、センスMOSFET2のオン、オフ動作を行う制御回路5、センスMOSFET2とこれに並列なセンスボディダイオード4をあわせた電流、すなわち、センスセル30に流れる全電流、およびその電流変化率を検出するためのセンス抵抗6、電流検出回路7、電流変化率検出回路8より構成される。
図4に本発明の実施の形態2による同期整流回路に用いる電力用スイッチング回路の回路図を示す。特許文献1では貫通電流とリカバリー電流がいずれも小さくなるようにデッドタイムを調整していくが、本発明では電流や電流変化率に基づいて、オン、オフ動作を行うため、スイッチング素子のスイッチング速度が速い場合にはボディダイオードに電流が流れている側のスイッチング素子のオン、オフが遅れる可能性がある。本実施の形態2はそのような場合に対応するもので、実施の形態1とは、制御回路5がスイッチング速度調節回路11を備えている点が異なっている。
図5に本発明の実施の形態3による同期整流回路に用いる電力用スイッチング回路の回路図を示す。半導体素子10にSiC等のワイドバンドギャップ半導体を用いる場合、ボディダイオードに通電すると劣化や破壊を引き起こす可能性がある。本実施の形態3はそのような場合にも対応するもので、実施の形態2、すなわち図4の回路に還流ダイオード12を追加したものである。
図6に本発明の実施の形態4による同期整流回路に用いる電力用スイッチング回路の回路図を示す。実施の形態3では還流ダイオード12を備えているが、還流ダイオード12の特性と、ボディダイオードの特性によっては、ダイオードの順方向電流が流れ始める場合に、還流ダイオード12のみに流れ、ボディダイオードに流れない場合も考えられる。本実施の形態4はそのような場合にも対応するもので、実施の形態3の電流検出回路7に換えて、電圧検出回路13を備えている。電圧検出回路13は、メインスイッチング素子1、メインボディダイオード3、還流ダイオード12の並列体の電圧がある値以下になった場合に検出信号を出力するものである。還流ダイオード12を追加した場合でも、図2と同様に、上アームの電力用スイッチング回路100aをスイッチングすると、下アームの電力用スイッチング回路100bの電圧Vds2は低下し、ダイオードの順方向に電流が流れ始める。電圧が低下し、所定の値以下になると、電圧検出回路13は制御回路5に検出信号を出力し、制御回路5がメインMOSFET1、センスMOSFET2をオンする。電圧検出回路13は電圧が所定の値以下の期間は検出信号を出力し、メインMOSFET1、センスMOSFET2のオン状態が保たれる。なお、別途、電流検出回路も設け、オン状態を保つには電流検出回路の出力を用いても良い。
2:センスMOSFET(センススイッチング素子)
3:メインボディダイオード 4:センスボディダイオード
5:制御回路 6:センス抵抗
7:電流検出回路 8:電流変化率検出回路
9:直流電源 10:電力用半導体素子
11:スイッチング速度調節回路 12:還流ダイオード
13:電圧検出回路 14:誘導性負荷
20:メインセル 30:センスセル
100、100a、100b、100c、100d、100e、100f:電力用スイッチング回路
Claims (9)
- 並列にボディダイオードを有し、順方向と逆方向との双方向の電流をスイッチングできるスイッチング素子を備えた半導体素子と、前記スイッチング素子のオン−オフを制御するための制御回路とを備えた電力用スイッチング回路を直列接続し、この接続点を出力端子とし、前記電力用スイッチング回路の他方の端子を直流電源に接続される入力端子とし、前記直列接続された電力用スイッチング回路のスイッチング素子を交互にオン・オフすることにより前記出力端子から誘導性負荷に電流を流すように構成された同期整流回路において、
前記半導体素子は、並列にメインボディダイオードを有するメインスイッチング素子から成るメインセルと、並列にセンスボディダイオードを有するセンススイッチング素子から成るセンスセルとを備えるとともに、前記センスセルを流れる全電流を検出する検出手段を備え、
前記電力用スイッチング回路においてスイッチング素子の順方向に電流を流す期間は、当該電力用スイッチング回路の制御回路は、この制御回路へ入力される所定の入力信号に基づいて当該電力用スイッチング回路におけるスイッチング素子を制御し、
前記電力用スイッチング回路においてスイッチング素子の逆方向に電流を流す期間は、当該電力用スイッチング回路の制御回路は、前記検出手段により検出される、当該制御対象のスイッチング素子を有する半導体素子におけるセンスセルを流れる全電流を用い、当該電力用スイッチング回路の半導体素子の動作中のパラメータの値を検出し、この検出したパラメータの値に基づいて作成された制御信号により当該電力用スイッチング回路のスイッチング素子を制御することを特徴とする同期整流回路。 - 前記検出手段は、当該制御対象のスイッチング素子を有する半導体素子におけるセンスセルと直列に配置された抵抗より構成され、前記制御回路は、前記スイッチング素子の逆方向に電流を流すスイッチング素子を制御する制御信号を、前記センスセルと直列に配置された抵抗に流れる電流による電圧降下に基づいて作成することを特徴とする請求項1に記載の同期整流回路。
- 前記制御回路は、前記スイッチング素子の逆方向に電流を流すスイッチング素子を制御する制御信号を、前記センスセルと直列に配置された抵抗に流れる電流による電圧降下の変化率に基づいて作成することを特徴とする請求項2に記載の同期整流回路。
- 前記半導体素子と並列に還流ダイオードを備えたことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の同期整流回路。
- 前記制御回路は、前記スイッチング素子の逆方向に電流を流すスイッチング素子を制御する制御信号を、当該制御対象のスイッチング素子を有する半導体素子に発生する電圧に基づいて作成することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の同期整流回路。
- 前記制御回路は、前記スイッチング素子の逆方向に電流を流すために作成する制御信号のうち、オンまたはオフのいずれか一方の信号を、前記制御回路へ入力される所定の入力信号に基づいて作成することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の同期整流回路。
- 前記制御回路は、当該制御対象のスイッチング素子を備えた半導体素子における検出された動作パラメータの値に基づいて作成された制御信号により前記スイッチング素子を制御する場合には、所定の入力信号に基づいて前記スイッチング素子を制御する場合よりも制御対象のスイッチング素子をオン・オフさせるスイッチング速度を早くするためのスイ
ッチング速度調節回路を備えたことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の同期整流回路。 - 前記スイッチング素子がワイドバンドギャップ半導体により形成されていることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の同期整流回路。
- 前記ワイドバンドギャップ半導体の材料は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、ダイヤモンドのいずれかの材料であることを特徴とする請求項8に記載の同期整流回路。
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