JP2016184815A - ゲートドライバ - Google Patents
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Abstract
【課題】 簡易な構成を有するゲートドライバを提供する。
【解決手段】 ゲートドライバは、外部トランジスタのゲートに接続される出力ノードOUTと、外部トランジスタをONさせるための第1の電位を供給可能な第1のスイッチSW1と、外部トランジスタをOFFさせるための第2の電位を供給可能な第2のスイッチSW2と、第1のスイッチSW1と出力ノードOUTとを接続するための第1の経路に設けられた第1の抵抗R1と、第2のスイッチSW2と出力ノードOUTとを接続するための第2の経路に設けられた第2の抵抗R2と、第1の経路と第2の経路とが合流する合流ノードと出力ノードOUTとを接続するための第3の経路に設けられた回路と、を備えている。回路は、第3の抵抗R3及び第3のスイッチSW3を介して電源電位に接続されるコンデンサを有し、第3の抵抗R3は、第3のスイッチSW3と並列に接続されている。
【選択図】 図2
【解決手段】 ゲートドライバは、外部トランジスタのゲートに接続される出力ノードOUTと、外部トランジスタをONさせるための第1の電位を供給可能な第1のスイッチSW1と、外部トランジスタをOFFさせるための第2の電位を供給可能な第2のスイッチSW2と、第1のスイッチSW1と出力ノードOUTとを接続するための第1の経路に設けられた第1の抵抗R1と、第2のスイッチSW2と出力ノードOUTとを接続するための第2の経路に設けられた第2の抵抗R2と、第1の経路と第2の経路とが合流する合流ノードと出力ノードOUTとを接続するための第3の経路に設けられた回路と、を備えている。回路は、第3の抵抗R3及び第3のスイッチSW3を介して電源電位に接続されるコンデンサを有し、第3の抵抗R3は、第3のスイッチSW3と並列に接続されている。
【選択図】 図2
Description
本発明は、例えばIGBT、MOSFET等のトランジスタのゲートに印加するゲート電圧を制御し、そのトランジスタを駆動可能であるゲートドライバに関する。
例えば特許文献1は、ゲートドライバとして、駆動回路を開示し、その駆動回路は、電力変換装置の3相ブリッジインバータを構成する1つのIGBTのゲートに印加するゲート電圧(具体的には、ゲート−エミッタ電圧)を制御することができる。また、特許文献1の駆動回路は、IGBTのONさせるためのオン用トランジスタとIGBTのOFFさせるためのオフ用トランジスタとを有し、IGBTのON及び/又はOFFを実行する時のゲート電圧の立ち上がり時間及び/又は立ち下がり時間を異ならせるために、切替スイッチを更に有している。切替スイッチによって2つの経路が切り替えられ、言い換えれば、2つの経路のうちの1つの経路が選択され、経路毎に、オン抵抗及びオフ抵抗、又は、オン・オフ抵抗が設けられている。
特許文献1の駆動回路は、経路毎に抵抗を有する必要があり、抵抗の数が多くなってしまう。具体的には、経路毎にオン抵抗及びオフ抵抗が設けられる時に、駆動回路は、2つのオン抵抗と2つのオフ抵抗(即ち、全体として4つの抵抗)を有する必要がある。従って、特許文献1の駆動回路では、例えば4つの抵抗を有し、更に例えば2つの経路を構成するために、それらの4つの抵抗に接続される配線の数が多くなってしまう。同様に、4つの抵抗に接続されるオン用トランジスタ及びオフ用トランジスタ(スイッチ)の数も多くなってしまう。このように、特許文献1の駆動回路は、複雑な構成となってしまう。言い換えれば、駆動回路の回路規模が大きく、また、駆動回路の製造コストも増加してしまう。
本発明の1つの目的は、簡易な構成を有するゲートドライバを提供することである。本発明の他の目的は、以下に例示する態様及び最良の実施形態、並びに添付の図面を参照することによって、当業者に明らかになるであろう。
以下に、本発明の概要を容易に理解するために、本発明に従う態様を例示する。
第1の態様において、ゲートドライバは、
外部トランジスタのゲートに接続される出力ノードと、前記外部トランジスタをONさせるための第1の電位を供給可能な第1のスイッチと、前記外部トランジスタをOFFさせるための第2の電位を供給可能な第2のスイッチと、前記第1のスイッチと前記出力ノードとを接続するための第1の経路に設けられた第1の抵抗と、前記第2のスイッチと前記出力ノードとを接続するための第2の経路に設けられた第2の抵抗と、前記第1の経路と前記第2の経路とが合流する合流ノードと前記出力ノードとを接続するための第3の経路に設けられた回路と、を備え、
前記回路は、第3の抵抗及び第3のスイッチを介して電源電位に接続されるコンデンサを有し、前記第3の抵抗は、第3のスイッチと並列に接続されている。
外部トランジスタのゲートに接続される出力ノードと、前記外部トランジスタをONさせるための第1の電位を供給可能な第1のスイッチと、前記外部トランジスタをOFFさせるための第2の電位を供給可能な第2のスイッチと、前記第1のスイッチと前記出力ノードとを接続するための第1の経路に設けられた第1の抵抗と、前記第2のスイッチと前記出力ノードとを接続するための第2の経路に設けられた第2の抵抗と、前記第1の経路と前記第2の経路とが合流する合流ノードと前記出力ノードとを接続するための第3の経路に設けられた回路と、を備え、
前記回路は、第3の抵抗及び第3のスイッチを介して電源電位に接続されるコンデンサを有し、前記第3の抵抗は、第3のスイッチと並列に接続されている。
第1の態様では、2つのスイッチ(オン用トランジスタ及びオフ用トランジスタ)に対応する2つの経路(第1及び第2の経路)が設定される時に、2つの経路の合流ノードと出力ノードとを接続する経路(第3の経路)に、簡易な構成を有する回路(追加回路)を追加するだけでよい。これにより、簡易な構成を有するゲートドライバが提供される。
当業者は、例示した本発明に従う態様が、本発明の精神を逸脱することなく、さらに変更され得ることを容易に理解できるであろう。
以下に説明する最良の実施形態は、本発明を容易に理解するために用いられている。従って、当業者は、本発明が、以下に説明される実施形態によって不当に限定されないことを留意すべきである。
図1は、ゲートドライバDR1〜DR6で制御されるトランジスタTR1〜TR6で構成されるインバータ回路でモータMTを制御するモータ制御装置を示す。モータMT等の負荷に電流を流す回路として、インバータ回路が一般に知られており、図1のインバータ回路(3相インバータ)は、例えば6つのトランジスタTR1〜TR6を有している。図1において、インバータ回路に採用されるトランジスタTR1の種類は、IGBTであり、そのIGBTのゲートには、ゲートドライバDR1が接続されている。なお、IGBTのエミッタ−コレクタ間には、ダイオードが接続され、言い換えれば、各トランジスタTR1,TR2,TR3,TR4,TR5,TR6は、1つの転流ダイオード(還流ダイオード)D1,D2,D3,D4,D5,D6を内蔵している。
図1のインバータ回路には、IGBTが採用されているが、MOSFET等の他の種類のトランジスタが採用されてもよい。また、インバータ回路は、3相インバータに限定されず、例えば2相インバータ等であってもよく、従って、モータMTも、3相モータに限定されない。また、図1は、モータ制御装置の簡易構成例を示し、モータ制御装置は、モータMTの回転角を検出する回転角センサ、モータMTに流れる電流を検出する電流センサ等のセンサ(図示せず)を更に備えることができる。加えて、6つのトランジスタTR1〜TR6に6つのトランジスタTR1〜TR6のON又はOFFを指示するIC、ECU等の制御回路(図示せず)を6つのトランジスタTR1〜TR6に接続することができる。或いは、IC、ECU等の制御回路は、6つのトランジスタTR1〜TR6を内蔵してもよい。
図1において、バッテリBTは、直流電源であるが、モータ制御装置は、例えばその直流電源を生成するための交流電源(図示せず)及びコンバータ回路(図示せず)を更に備えてもよい。また、負荷は、モータMTに限定されず、従って、モータ制御装置は、ゲートドライバDR1〜DR6の全部又は一部等を備える他の装置であってもよい。
図2(A)は、ゲートドライバの基本構成例(比較例)を示し、図2(B)は、本発明に従うゲートドライバの具体構成例を示す。図1の6つのトランジスタTR1〜TR6の各々は、例えば図2(A)に示す回路で構成することができる。もちろん、図1の6つのトランジスタTR1〜TR6の各々は、図2(A)に示す回路を変更又は改良してもよく、言い換えれば、例えば特許文献1で開示されるような他の素子(構成)を更に備えてもよい。具体的には、図2(A)において、ゲートドライバの入力ノードIN1及び入力ノードIN2は、例えば特許文献1で開示されるインバータ素子(反転素子)及びフォトカプラ(絶縁素子)を介して、特許文献1のオン・オフ信号(共通の入力信号)を入力してもよい。或いは、ゲートドライバの入力ノードIN1及び入力ノードIN2は、例えば第1及び第2のスイッチSW1及びSW2が同時にONされる時に生じる貫通電流を防ぐデットタイム回路を介して、IC、ECU等の制御回路からのオン・オフ信号又はPWM信号を入力してもよい。
図2(A)において、ゲートドライバは、外部トランジスタ(例えば図1のトランジスタTR1)のゲートに接続される出力ノードOUTと、外部トランジスタをONさせるための第1の電位を供給可能な第1のスイッチSW1と、外部トランジスタをOFFさせるための第2の電位を供給可能な第2のスイッチSW2と、第1のスイッチSW1と出力ノードOUTとを接続するための第1の経路に設けられた第1の抵抗R1と、第2のスイッチSW2と出力ノードOUTとを接続するための第2の経路に設けられた第2の抵抗R2と、第1の経路と第2の経路とが合流する合流ノードと出力ノードOUTとを接続するための第3の経路と、を備えている。
図2(A)において、第1のスイッチSW1及び第2のスイッチSW2に採用されるスイッチは、トランジスタ型のスイッチであり、そのトランジスタの種類は、MOSFETである。言い換えれば、第1のスイッチSW1及び第2のスイッチSW2の各々は、MOSFETに限定されず、他の種類のトランジスタで構成されるスイッチ(スイッチングトランジスタ)であってもよい。
図2(A)のゲートドライバの第1のスイッチSW1は、例えば図1のトランジスタTR1をONさせるために、第1のスイッチSW1の高電位(具体的には、高電源電位である電源電位(Vdd))を出力ノードOUTに供給又は出力することができる。言い換えれば、第1のスイッチSW1を構成する例えばP型のMOSFETのゲートである入力ノードIN1に第1のスイッチSW1の閾値電圧よりも高い電圧が印加される時に、第1のスイッチSW1がONされて、P型のMOSFETのソース側の高電位が第1の抵抗R1を介して出力ノードOUTに供給され、出力ノードOUTの電圧(ゲートドライバの出力電圧)で例えば図1のトランジスタTR1がONされる。
ここで、図1のトランジスタTR1(外部トランジスタ)がONする時のONスイッチング速度は、第1の抵抗R1の抵抗値によって決定又は制限される。言い換えれば、第1の抵抗R1(オン用抵抗)の抵抗値を小さくし、ONスイッチング速度を上昇させることも可能であるが、その上昇に伴ってトランジスタTR1(外部トランジスタ)に発生するサージ(ONスイッチングサージ)が大きくなるので、トランジスタTR1がブレークダウンしないように、トランジスタTR1の耐圧電圧に基づき第1の抵抗R1の抵抗値を決定又は設計する必要がある。
図2(A)のゲートドライバの第2のスイッチSW2は、例えば図1のトランジスタTR1をOFFさせるために、第2のスイッチSW2の低電位(具体的には、低電源電位である接地電位(Vss))を出力ノードOUTに供給又は出力することができる。言い換えれば、第2のスイッチSW2を構成する例えばN型のMOSFETのゲートである入力ノードIN2に第2のスイッチSW2の閾値電圧よりも低い電圧が印加される時に、第2のスイッチSW2がONされて、N型のMOSFETのソース側の低電位が第2の抵抗R2を介して出力ノードOUTに供給され、出力ノードOUTの電圧(ゲートドライバの出力電圧)で例えば図1のトランジスタTR1がOFFされる。
ここで、図1のトランジスタTR1(外部トランジスタ)がOFFする時のOFFスイッチング速度は、第2の抵抗R2の抵抗値によって決定又は制限される。言い換えれば、第2の抵抗R2(オン用抵抗)の抵抗値を小さくし、OFFスイッチング速度を上昇させることも可能であるが、その上昇に伴ってトランジスタTR1(外部トランジスタ)に発生するサージ(OFFスイッチングサージ)が大きくなるので、トランジスタTR1がブレークダウンしないように、トランジスタTR1の耐圧電圧に基づき第2の抵抗R2の抵抗値を決定又は設計する必要がある。
図2(A)のゲートドライバ(比較例)では、出力ノードOUT側の外部トランジスタのブレークダウンを防ぐために、第1及び第2の抵抗R1及びR2の抵抗値をある程度高く設定しなければならないというトレードオフの関係が存在してしまう。このようなトレードオフを解消するために、特許文献1の教授に従い、例えば第1のスイッチSW1の二重化、第2のスイッチSW2の二重化、第1の抵抗R1の二重化、第2の抵抗R2の二重化及び切替スイッチの追加が必要となる。しかしながら、このようなゲートドライバ(比較例)の変更又は改良は、複雑な構成を必要としてしまう。また、ゲートドライバの回路規模の増加だけでなく、ゲートドライバの製造コストも引き起こしてしまう。
図2(B)のゲートドライバ(本発明)では、合流ノードと出力ノードOUTとを接続するための第3の経路に、簡易な構成を有する回路を追加するだけで、上記トレードオフを解消することができる。図2(B)において、追加回路は、第3の抵抗R3及び第3のスイッチSW3を介して例えば低電源電位に接続されるコンデンサC1を有し、第3の抵抗R3は、第3のスイッチSW3と並列に接続されている。第3のスイッチSW3に採用されるスイッチは、トランジスタ型のスイッチであり、そのトランジスタの種類は、MOSFETである。言い換えれば、第3のスイッチSW3は、MOSFETに限定されず、他の種類のトランジスタで構成されるスイッチ(スイッチングトランジスタ)であってもよい。
図2(B)において、第2のスイッチSW2を構成する例えばN型のMOSFETのゲートである入力ノードIN3に第3のスイッチSW3の閾値電圧以上の高い電圧が印加される時に、第3のスイッチSW3がOFFされる。この時に、コンデンサC1の電荷の移動は、第3の抵抗R3によって制限することができる。言い換えれば、第3のスイッチSW3がOFFされる時に、外部トランジスタのONスイッチング速度及びOFFスイッチング速度は、それぞれ、第1の抵抗R1及び第2の抵抗R2の抵抗値によって決定される。
他方、入力ノードIN3に第3のスイッチSW3の閾値電圧よりも低い電圧が印加される時に、第3のスイッチSW3がONされる。この時に、追加回路の等価回路は、低電源電位である接地電位に接続されるコンデンサC1になる。従って、図2(B)のゲートドライバは、外部トランジスタのゲート容量がコンデンサC1の分だけ大きくなったように動作する。従って、図2(B)のゲートドライバは、第1のスイッチSW1の二重化、第2のスイッチSW2の二重化、第1の抵抗R1の二重化及び第2の抵抗R2の二重化を行うことなく、外部トランジスタのONスイッチング速度及びOFFスイッチング速度を低下又は遅延させることができる。言い換えれば、外部トランジスタのONスイッチング速度及びOFFスイッチング速度は、それぞれ、第1の抵抗R1及び第2の抵抗R2の抵抗値と、コンデンサC1の容量と、によって決定される。
入力ノードIN3の電圧を決定するIC、ECU等の制御回路は、サージに伴う外部トランジスタのブレークダウン又は図1のインバータ回路のブレークダウンが発生する可能性を判断することができる。ブレークダウンが発生し易い時に、制御回路は、図2(B)の第3のスイッチSW3をONすることができる。他方、ブレークダウンが発生し難い時に、制御回路は、図2(B)の第3のスイッチSW3をOFFすることができる。言い換えれば、第1の抵抗R1及び第2の抵抗R2の抵抗値を下げることで、通常駆動時には、或いは、ブレークダウンが発生し難い時には、外部トランジスタのスイッチング速度を高めることができる。これにより、外部トランジスタのスイッチング損失又は図1のインバータ回路のスイッチング損失を低減させることができる。特に、図2(B)のゲートドライバが車両に採用される時に、言い換えれば、ゲートドライバが車両に接地される負荷を制御する時に、車両の燃費を改善することができる。
本発明は、上述の例示的な実施形態に限定されず、また、当業者は、上述の例示的な実施形態を特許請求の範囲に含まれる範囲まで、容易に変更することができるであろう。
BT・・・バッテリ(直流電源)、C,C1・・・コンデンサ、D1〜D6・・・転流ダイオード、DR1〜DR6・・・ゲートドライバ、IN1〜IN3・・・入力ノード、MT・・・モータ(負荷)、R1,R2,R3・・・抵抗(オン用抵抗,オフ用抵抗,共通抵抗)、SW1,SW2,SW3・・・スイッチ(オン用トランジスタ,オフ用トランジスタ,切替用トランジスタ)、TR1〜TR6・・・トランジスタ(外部トランジスタ)、OUT・・・出力ノード。
Claims (1)
- 外部トランジスタのゲートに接続される出力ノードと、前記外部トランジスタをONさせるための第1の電位を供給可能な第1のスイッチと、前記外部トランジスタをOFFさせるための第2の電位を供給可能な第2のスイッチと、前記第1のスイッチと前記出力ノードとを接続するための第1の経路に設けられた第1の抵抗と、前記第2のスイッチと前記出力ノードとを接続するための第2の経路に設けられた第2の抵抗と、前記第1の経路と前記第2の経路とが合流する合流ノードと前記出力ノードとを接続するための第3の経路に設けられた回路と、を備え、
前記回路は、第3の抵抗及び第3のスイッチを介して電源電位に接続されるコンデンサを有し、前記第3の抵抗は、第3のスイッチと並列に接続されていることを特徴とするゲートドライバ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015063099A JP2016184815A (ja) | 2015-03-25 | 2015-03-25 | ゲートドライバ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2015063099A JP2016184815A (ja) | 2015-03-25 | 2015-03-25 | ゲートドライバ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=57243213
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2015063099A Pending JP2016184815A (ja) | 2015-03-25 | 2015-03-25 | ゲートドライバ |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2016184815A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113794358A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-12-14 | 广东美的白色家电技术创新中心有限公司 | 一种驱动电路、芯片、智能功率模块和家用电器 |
-
2015
- 2015-03-25 JP JP2015063099A patent/JP2016184815A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN113794358A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-12-14 | 广东美的白色家电技术创新中心有限公司 | 一种驱动电路、芯片、智能功率模块和家用电器 |
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