JP2019103147A - Power converter - Google Patents

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Abstract

To provide a power converter which can reduce switching elements for boosting.SOLUTION: A power converter has at least a single switching element and converts power from a main power supply by a switching operation of the switching element. The power converter has a boosting circuit boosting by the switching operation of the switching element, a first capacitor charged by boosted voltage, a second capacitor generating negative voltage by charging electric charge discharged from the first capacitor in a charge state by the switching operation, a conducting drive circuit controlling the switching element into a conduction state by applying the boosted voltage to a control terminal of the switching element, and an intercepting drive circuit controlling the switching element into an interception state by applying the negative voltage to the control terminal of the switching element by discharging the second capacitor of the charged state.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電力変換器に関する。   The present invention relates to a power converter.

従来、インバータやコンバータ等の電力変換器は、上アーム用のスイッチング素子及び下アーム用のスイッチング素子が直列接続されたスイッチングレグと、そのスイッチングレグを駆動するゲート駆動回路とで構成されている。このゲート駆動回路は、上記スイッチングレグの各スイッチング素子のオン,オフを制御することで直流電力を交流電力に変換することができる。   Conventionally, a power converter such as an inverter or converter is configured of a switching leg in which a switching element for the upper arm and a switching element for the lower arm are connected in series, and a gate drive circuit for driving the switching leg. The gate drive circuit can convert DC power into AC power by controlling on / off of each switching element of the switching leg.

ところで、特許文献1には、下アーム用のスイッチング素子を駆動する駆動電圧を、昇圧チョッパ回路を用いて昇圧し、その昇圧した電圧を上アーム用のスイッチング素子を駆動する駆動電圧とするゲート駆動回路が開示されている。この昇圧チョッパ回路は、インダクタ及びMOSFETを備え、このMOSFETのオン,オフによりインダクタの蓄積エネルギーを放出することで、上記昇圧を行う。   Incidentally, in Patent Document 1, a drive voltage for driving the lower-arm switching element is boosted using a step-up chopper circuit, and a gate drive is used to use the boosted voltage as a drive voltage for driving the upper-arm switching element. A circuit is disclosed. The boosting chopper circuit includes an inductor and a MOSFET, and performs boosting by releasing energy stored in the inductor by turning on and off the MOSFET.

特開2003−18821号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-18821

しかしながら、電力変換器に、特許文献1に記載のゲート駆動回路を用いると、直流電力を交流電力に変換するスイッチングレグのスイッチング素子の他に、昇圧チョッパ回路用のスイッチング素子(MOSFET)が必要になり、高コストとなる。   However, when the gate drive circuit described in Patent Document 1 is used for the power converter, in addition to the switching element of the switching leg that converts DC power into AC power, a switching element (MOSFET) for a boost chopper circuit is required. Become expensive.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、昇圧用のスイッチング素子を削減可能な電力変換器を提供することである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a power converter capable of reducing switching devices for boosting.

本発明の一態様は、少なくとも一のスイッチング素子を備え、当該スイッチング素子のスイッチング動作により主電源からの電力を変換する電力変換器であって、前記スイッチング動作により昇圧する昇圧回路と、前記昇圧された電圧により充電される第1のコンデンサと、前記スイッチング動作により充電状態の前記第1のコンデンサから放電された電荷を充電することで負電圧を生成する第2のコンデンサと、前記昇圧された電圧を前記スイッチング素子の制御端子に印加することにより前記スイッチング素子を導通状態に制御する導通用駆動回路と、充電状態の前記第2のコンデンサを放電させることにより前記スイッチング素子の制御端子に前記負電圧を印加して前記スイッチング素子を遮断状態に制御する遮断用駆動回路と、を備えることを特徴とする電力変換器である。   One embodiment of the present invention is a power converter including at least one switching element and converting power from a main power source by a switching operation of the switching element, wherein the boosting circuit boosts by the switching operation; A second capacitor that generates a negative voltage by charging a first capacitor charged by a second voltage, a second capacitor that generates a negative voltage by charging the charge discharged from the first capacitor in a charged state by the switching operation, and the boosted voltage A conduction drive circuit for controlling the switching element to a conductive state by applying the voltage to the control terminal of the switching element, and discharging the second capacitor in a charged state to the control terminal of the switching element so as to cause the negative voltage A cutoff drive circuit that controls the switching element into a cutoff state by applying A power converter according to claim Rukoto.

本発明の一態様は、上述の電力変換器であって、前記昇圧回路は、インダクタと、前記インダクタの一端に接続された第3のコンデンサと、前記インダクタの他端に接続された第4のコンデンサと、前記スイッチング素子が導通状態から遮断状態になることで前記インダクタに発生した起電圧と、前記第3のコンデンサが充電した電圧と、により前記第4のコンデンサを充電させる第1の充電回路と、をさらに備える。   One embodiment of the present invention is the power converter described above, wherein the booster circuit includes an inductor, a third capacitor connected to one end of the inductor, and a fourth connected to the other end of the inductor. A first charging circuit for charging the fourth capacitor by the capacitor, the electromotive voltage generated in the inductor when the switching element is switched from the conductive state to the disconnected state, and the voltage by which the third capacitor is charged And further comprising

本発明の一態様は、上述の電力変換器であって、前記第1のコンデンサは、一端が前記インダクタの他端に接続され、他端が第2のコンデンサの一端に接続され、前記導通用駆動回路は、前記スイッチング素子を導通状態に制御することにより、充電状態の前記第1のコンデンサの一端と前記第2のコンデンサの他端とを電気的に接続して前記第2のコンデンサを充電させる第2の充電回路を形成する。   One embodiment of the present invention is the power converter described above, wherein one end of the first capacitor is connected to the other end of the inductor, and the other end is connected to one end of a second capacitor, The drive circuit electrically connects one end of the first capacitor in the charged state and the other end of the second capacitor by controlling the switching element to a conductive state to charge the second capacitor. Form a second charging circuit.

本発明の一態様は、上述の電力変換器であって、前記導通用駆動回路は、前記第4のコンデンサと前記スイッチング素子の制御端子とを接続することにより、前記第4のコンデンサに充電された電圧を前記制御端子に印加し、前記遮断用駆動回路は、前記第2のコンデンサの一端と前記制御端子とを接続することにより前記負電圧を前記制御端子に印加する。   One embodiment of the present invention is the power converter described above, wherein the drive circuit for conduction is charged in the fourth capacitor by connecting the fourth capacitor and the control terminal of the switching element. Voltage is applied to the control terminal, and the disconnecting drive circuit applies the negative voltage to the control terminal by connecting one end of the second capacitor to the control terminal.

本発明の一態様は、上述の電力変換器であって、前記昇圧回路は、前記第3のコンデンサから放電された電荷を、導通状態の前記スイッチング素子を経由する経路で前記インダクタに供給することにより、前記インダクタにエネルギーを蓄積させるエネルギー蓄積回路をさらに備える。   One embodiment of the present invention is the power converter described above, wherein the booster circuit supplies the charge discharged from the third capacitor to the inductor through a path passing through the switching element in a conductive state. And the energy storage circuit for storing energy in the inductor.

本発明の一態様は、上述の電力変換器であって、前記スイッチング素子は、上アーム用の半導体スイッチング素子と下アーム用の半導体スイッチング素子とが直列接続されたスイッチングレグを備え、前記スイッチング素子は、前記上アーム用の半導体スイッチング素子である。   One embodiment of the present invention is the power converter described above, wherein the switching element includes a switching leg in which a semiconductor switching element for the upper arm and a semiconductor switching element for the lower arm are connected in series, the switching element Is a semiconductor switching element for the upper arm.

以上説明したように、本発明によれば、昇圧用のスイッチング素子を削減することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the switching element for boosting.

本発明の一実施形態に係る電力変換器1の回路図である。It is a circuit diagram of power converter 1 concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る動作モード1における上アーム用駆動回路6aの動作の流れを示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory view showing a flow of operation of the upper arm drive circuit 6a in the operation mode 1 according to the embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る動作モード2における上アーム用駆動回路6aの動作の流れを示す説明図である。FIG. 14 is an explanatory view showing a flow of operation of the upper arm drive circuit 6a in the operation mode 2 according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る動作モード3における上アーム用駆動回路6aの動作の流れを示す説明図である。FIG. 14 is an explanatory view showing a flow of operation of the upper arm drive circuit 6 a in the operation mode 3 according to the embodiment of the present invention.

以下に、本発明の一実施形態に係る電力変換器1について、説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る電力変換器1の回路図である。例えば、電力変換器1は、インバータ、DC−DCコンバータ又はモータドライブ回路である。
Hereinafter, a power converter 1 according to an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a circuit diagram of a power converter 1 according to an embodiment of the present invention. For example, the power converter 1 is an inverter, a DC-DC converter, or a motor drive circuit.

図1に示すように、電力変換器1は、スイッチング素子2,3(半導体スイッチング素子)、負荷駆動用電源4、半導体スイッチング素子駆動回路6、及び制御信号発生部7を備える。   As shown in FIG. 1, the power converter 1 includes switching elements 2 and 3 (semiconductor switching elements), a load driving power supply 4, a semiconductor switching element driving circuit 6, and a control signal generating unit 7.

スイッチング素子2は、負荷駆動用電源4とグランドとの間に接続された上アーム用の半導体スイッチング素子である。例えば、スイッチング素子2は、MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、SiC(炭化珪素)やGaN(窒化ガリウム)等のワイドギャップ半導体のスイッチング素子等である。本実施形態では、スイッチング素子2は、n型のMOSFETである場合について、説明する。   The switching element 2 is a semiconductor switching element for the upper arm connected between the load driving power supply 4 and the ground. For example, the switching element 2 is a switching element of a wide gap semiconductor such as MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor), IGBT (insulated gate bipolar transistor), SiC (silicon carbide) or GaN (gallium nitride). . In the present embodiment, a case where the switching element 2 is an n-type MOSFET will be described.

スイッチング素子3は、負荷駆動用電源4とグランドとの間に接続された下アーム用の半導体スイッチング素子である。例えば、スイッチング素子3は、MOSFET、IGBT、SiCやGaN等のワイドギャップ半導体のスイッチング素子等である。本実施形態では、スイッチング素子3は、n型のMOSFETである場合について、説明する。このような一対のスイッチング素子2、3は、互いに直列接続されており、スイッチングレグを構成している。   The switching element 3 is a semiconductor switching element for the lower arm connected between the load driving power supply 4 and the ground. For example, the switching element 3 is a MOSFET, an IGBT, or a switching element of a wide gap semiconductor such as SiC or GaN. In the present embodiment, a case where the switching element 3 is an n-type MOSFET will be described. Such a pair of switching elements 2 and 3 are connected in series with each other to constitute a switching leg.

スイッチング素子2のドレイン端子(入力端子)は、負荷駆動用電源4に接続されている。スイッチング素子2のソース端子(出力端子)は、スイッチング素子3のドレイン端子に接続されている。スイッチング素子3のソース端子は、グランドに接続されている。
スイッチング素子2,3のそれぞれのゲート端子(制御端子)は、半導体スイッチング素子駆動回路6に接続されている。
スイッチング素子2,3は、半導体スイッチング素子駆動回路6から供給されるゲート電圧に基づいてオン又オフする。これにより、スイッチング素子2,3は、負荷駆動用電源4から供給される入力電圧Vinを交流電圧に変換して負荷に出力する。すなわち、電力変換器1は、スイッチング素子2,3のスイッチング動作により主電源である負荷駆動用電源4からの電力を変換して負荷に出力する。
The drain terminal (input terminal) of the switching element 2 is connected to the load driving power supply 4. The source terminal (output terminal) of the switching element 2 is connected to the drain terminal of the switching element 3. The source terminal of the switching element 3 is connected to the ground.
The gate terminals (control terminals) of the switching elements 2 and 3 are connected to the semiconductor switching element drive circuit 6.
The switching elements 2 and 3 are turned on or off based on the gate voltage supplied from the semiconductor switching element drive circuit 6. Thereby, the switching elements 2 and 3 convert the input voltage Vin supplied from the load driving power supply 4 into an alternating voltage and output the alternating voltage to the load. That is, the power converter 1 converts the power from the load driving power source 4 which is the main power source by the switching operation of the switching elements 2 and 3 and outputs the power to the load.

負荷駆動用電源4は、電力変換器1から負荷に供給される電力の供給源である。負荷駆動用電源4の出力端子は、スイッチング素子2のドレイン端子に接続されている。したがって、負荷駆動用電源4から供給される入力電圧Vinは、スイッチング素子2のドレイン端子に供給されることになる。   The load driving power supply 4 is a supply source of power supplied from the power converter 1 to the load. The output terminal of the load driving power supply 4 is connected to the drain terminal of the switching element 2. Therefore, the input voltage Vin supplied from the load driving power supply 4 is supplied to the drain terminal of the switching element 2.

制御用電源5は、正極性の制御用電源である。例えば、制御用電源5は、スイッチング素子2,3を駆動するための電源であってもよいし、不図示の他の装置を駆動するための電源であってもよい。例えば、制御用電源5は、マイコン用の電源であって、低電圧である。なお、制御用電源5の電圧は、電圧VDDである。   The control power supply 5 is a control power supply of positive polarity. For example, the control power supply 5 may be a power supply for driving the switching elements 2 and 3 or may be a power supply for driving another device (not shown). For example, the control power supply 5 is a power supply for a microcomputer and has a low voltage. The voltage of the control power supply 5 is a voltage VDD.

半導体スイッチング素子駆動回路6は、片電源である制御用電源5からの電圧VDDを昇圧し、その昇圧した電圧をゲート電圧としてスイッチング素子2,3のそれぞれのゲート端子に出力する。これにより、半導体スイッチング素子駆動回路6は、スイッチング素子2,3のそれぞれをオン(導通状態)に制御することができる。
また、半導体スイッチング素子駆動回路6は、昇圧した電圧から負電源を生成し、その生成した負電源をゲート電圧としてスイッチング素子2,3のそれぞれのゲート端子に出力する。これにより、半導体スイッチング素子駆動回路6は、スイッチング素子2,3のそれぞれをオフ(遮断状態)に制御することができる。
The semiconductor switching element drive circuit 6 boosts the voltage VDD from the control power source 5 which is a single power source, and outputs the boosted voltage to the gate terminals of the switching elements 2 and 3 as the gate voltage. Thus, the semiconductor switching element drive circuit 6 can control each of the switching elements 2 and 3 to be on (conductive state).
Further, the semiconductor switching element drive circuit 6 generates a negative power supply from the boosted voltage, and outputs the generated negative power supply to the gate terminals of the switching elements 2 and 3 as a gate voltage. Thereby, the semiconductor switching element drive circuit 6 can control each of the switching elements 2 and 3 to be off (cut off state).

半導体スイッチング素子駆動回路6は、上アーム用駆動回路6a及び下アーム用駆動回路6bを備える。   The semiconductor switching element drive circuit 6 includes an upper arm drive circuit 6a and a lower arm drive circuit 6b.

上アーム用駆動回路6aは、制御用電源5からの電圧VDDに基づいて、上アームであるスイッチング素子2のオン又はオフを制御する。具体的には、上アーム用駆動回路6aは、上アームのスイッチング素子2を十分にオンさせるために、電圧VDDを昇圧し、その昇圧した電圧をスイッチング素子2のゲート端子に印加する。
また、上アーム用駆動回路6aは、上アームであるスイッチング素子2を十分にオフさせるために、昇圧した電圧から負電圧を生成し、その生成した負電圧をスイッチング素子2のゲート端子に印加する。
The upper arm drive circuit 6 a controls on / off of the switching element 2 as the upper arm based on the voltage VDD from the control power supply 5. Specifically, the upper arm drive circuit 6a boosts the voltage VDD and applies the boosted voltage to the gate terminal of the switching element 2 in order to sufficiently turn on the switching element 2 of the upper arm.
Further, the upper arm drive circuit 6 a generates a negative voltage from the boosted voltage and applies the generated negative voltage to the gate terminal of the switching element 2 in order to sufficiently turn off the switching element 2 which is the upper arm. .

下アーム用駆動回路6bは、制御用電源5からの電圧VDDに基づいて、下アームであるスイッチング素子3のオン又はオフを制御する。具体的には、下アーム用駆動回路6bは、下アームであるスイッチング素子3を十分にオンさせるために、電圧VDDを昇圧し、その昇圧した電圧をスイッチング素子3のゲート端子に印加する。
また、下アーム用駆動回路6bは、下アームであるスイッチング素子3を十分にオフさせるために、昇圧した電圧から負電圧を生成し、その生成した負電圧をスイッチング素子3のゲート端子に印加する。
The lower arm drive circuit 6 b controls on / off of the switching element 3 which is the lower arm based on the voltage VDD from the control power supply 5. Specifically, the lower arm drive circuit 6 b boosts the voltage VDD and applies the boosted voltage to the gate terminal of the switching element 3 in order to sufficiently turn on the switching element 3 which is the lower arm.
The lower arm drive circuit 6b generates a negative voltage from the boosted voltage and applies the generated negative voltage to the gate terminal of the switching element 3 in order to sufficiently turn off the switching element 3 which is the lower arm. .

制御信号発生部7は、上アーム用駆動回路6a及び下アーム用駆動回路6bのそれぞれに接続されている。制御信号発生部7は、上アーム用駆動回路6a及び下アーム用駆動回路6bのそれぞれに、上記ゲート電圧の生成を指示する制御信号を出力する。この制御信号とは、例えば、PWM(pulse width modulation)信号である。   The control signal generator 7 is connected to each of the upper arm drive circuit 6a and the lower arm drive circuit 6b. The control signal generator 7 outputs a control signal instructing generation of the gate voltage to each of the upper arm drive circuit 6a and the lower arm drive circuit 6b. The control signal is, for example, a pulse width modulation (PWM) signal.

以下に、本発明の一実施形態に係る上アーム用駆動回路6a、下アーム用駆動回路6bの構成について、具体的に説明する。   Below, the structure of the drive circuit 6a for upper arms which concerns on one Embodiment of this invention, and the drive circuit 6b for lower arms is demonstrated concretely.

上アーム用駆動回路6aは、逆流防止用ダイオード8、昇圧用コンデンサ9(第3のコンデンサ)、インダクタ10、逆流防止用ダイオード11、逆流防止用ダイオード12、負電源バッファ用コンデンサ13(第1のコンデンサ)、平滑用コンデンサ14(第4のコンデンサ)、充放電制御部15、整流用ダイオード16、逆流防止用ダイオード17、及び負電源用コンデンサ18(第2のコンデンサ)を備える。そして、昇圧用コンデンサ9、インダクタ10、逆流防止用ダイオード12、平滑用コンデンサ14、及びスイッチング素子2は昇圧回路を構成する。   The upper arm drive circuit 6 a includes a backflow preventing diode 8, a boosting capacitor 9 (third capacitor), an inductor 10, a backflow preventing diode 11, a reverse flow preventing diode 12, and a negative power supply buffer capacitor 13 (first And a smoothing capacitor 14 (fourth capacitor), a charge / discharge control unit 15, a rectifying diode 16, a backflow preventing diode 17, and a negative power supply capacitor 18 (second capacitor). The boosting capacitor 9, the inductor 10, the backflow preventing diode 12, the smoothing capacitor 14, and the switching element 2 constitute a boosting circuit.

逆流防止用ダイオード8は、アノードが制御用電源5の正極端子に接続され、カソードが昇圧用コンデンサ9の一端に接続されている。   The anode of the backflow prevention diode 8 is connected to the positive terminal of the control power supply 5, and the cathode is connected to one end of the boosting capacitor 9.

昇圧用コンデンサ9は、一端がインダクタの一端に接続され、他端がスイッチング素子2のソース端子に接続されている。   One end of the boosting capacitor 9 is connected to one end of the inductor, and the other end is connected to the source terminal of the switching element 2.

インダクタ10は、一端が逆流防止用ダイオード8のカソードに接続され、他端が負電源バッファ用コンデンサ13の一端に接続される。   One end of the inductor 10 is connected to the cathode of the backflow prevention diode 8, and the other end is connected to one end of the negative power supply buffer capacitor 13.

逆流防止用ダイオード11は、アノードがインダクタ10の他端に接続され、カソードがスイッチング素子2のドレイン端子に接続されている。   The anode of the backflow prevention diode 11 is connected to the other end of the inductor 10, and the cathode is connected to the drain terminal of the switching element 2.

逆流防止用ダイオード12は、アノードがインダクタ10の他端に接続され、カソードが平滑用コンデンサ14の一端に接続されている。   The anode of the backflow prevention diode 12 is connected to the other end of the inductor 10, and the cathode is connected to one end of the smoothing capacitor 14.

負電源バッファ用コンデンサ13の一端は、インダクタ10の他端及び逆流防止用ダイオード11,12のカソードに接続されている。また、負電源バッファ用コンデンサ13の他端は、整流用ダイオード16のカソード及び逆流防止用ダイオード17のアノードに接続されている。   One end of the negative power supply buffer capacitor 13 is connected to the other end of the inductor 10 and the cathodes of the backflow preventing diodes 11 and 12. The other end of the negative power supply buffer capacitor 13 is connected to the cathode of the rectifying diode 16 and the anode of the reverse current preventing diode 17.

平滑用コンデンサ14は、一端が充放電制御部15に接続され、他端がスイッチング素子2のソース端子に接続されている。   One end of the smoothing capacitor 14 is connected to the charge / discharge control unit 15, and the other end is connected to the source terminal of the switching element 2.

充放電制御部15は、制御信号発生部7から出力される制御信号に基づいて、昇圧用コンデンサ9、負電源バッファ用コンデンサ13、平滑用コンデンサ14、及び負電源用コンデンサ18の充放電を制御する。以下に、充放電制御部15の構成について、具体的に説明する。   The charge / discharge control unit 15 controls the charge / discharge of the boosting capacitor 9, the negative power supply buffer capacitor 13, the smoothing capacitor 14, and the negative power supply capacitor 18 based on the control signal output from the control signal generation unit 7. Do. The configuration of the charge / discharge control unit 15 will be specifically described below.

充放電制御部15は、スイッチング素子151(導通用駆動回路)及びスイッチング素子152(遮断用駆動回路)を備える。   The charge / discharge control unit 15 includes a switching element 151 (drive circuit for conduction) and a switching element 152 (drive circuit for cutoff).

スイッチング素子151は、スイッチング素子2のゲート端子に導通用駆動信号を供給する。導通用駆動信号とは、スイッチング素子151をオンさせる信号であり、例えば、昇圧回路で昇圧された電圧(ゲート電圧)である。例えば、スイッチング素子151は、NPN型のIGBTである。   The switching element 151 supplies a drive signal for conduction to the gate terminal of the switching element 2. The conduction drive signal is a signal for turning on the switching element 151, and is, for example, a voltage (gate voltage) boosted by a booster circuit. For example, the switching element 151 is an NPN IGBT.

スイッチング素子152は、スイッチング素子2のゲート端子に遮断用駆動信号を供給する。遮断用駆動信号とは、スイッチング素子151をオフさせる信号であり、例えば、負電圧(ゲート電圧)である。例えば、スイッチング素子152は、PNP型のIGBTである。   The switching element 152 supplies a blocking drive signal to the gate terminal of the switching element 2. The blocking drive signal is a signal for turning off the switching element 151, and is, for example, a negative voltage (gate voltage). For example, the switching element 152 is a PNP IGBT.

スイッチング素子151のコレクタ端子は、平滑用コンデンサの一端及び逆流防止用ダイオード12のカソードに接続されている。スイッチング素子151のエミッタ端子は、スイッチング素子152のエミッタ端子に接続されている。スイッチング素子151のベース端子とスイッチング素子152のベース端子とは制御信号発生部7に接続されている。スイッチング素子151のエミッタ端子とスイッチング素子152のエミッタ端子との接続点は、スイッチング素子2のゲート端子に接続されている。スイッチング素子152のコレクタ端子は、負電源用コンデンサ18の一端に接続されている。   The collector terminal of the switching element 151 is connected to one end of the smoothing capacitor and the cathode of the backflow preventing diode 12. The emitter terminal of the switching element 151 is connected to the emitter terminal of the switching element 152. The base terminal of the switching element 151 and the base terminal of the switching element 152 are connected to the control signal generator 7. The connection point between the emitter terminal of the switching element 151 and the emitter terminal of the switching element 152 is connected to the gate terminal of the switching element 2. The collector terminal of the switching element 152 is connected to one end of the negative power supply capacitor 18.

なお、本実施形態では、充放電制御部15は、スイッチング素子151及びスイッチング素子152を用いたプッシュプル回路であるが、これに限定されず、スイッチング素子2のオン又はオフを制御する制御回路であれば特に限定されない。   In the present embodiment, the charge / discharge control unit 15 is a push-pull circuit using the switching element 151 and the switching element 152. However, the present invention is not limited to this. The control circuit controls on / off of the switching element 2 There is no particular limitation as long as it is.

整流用ダイオード16は、アノードがスイッチング素子152のコレクタ端子に接続され、カソードが負電源バッファ用コンデンサ13の他端に接続されている。   The anode of the rectifying diode 16 is connected to the collector terminal of the switching element 152, and the cathode is connected to the other end of the negative power supply buffer capacitor 13.

逆流防止用ダイオード17は、アノードが負電源バッファ用コンデンサ13の他端に接続され、カソードがスイッチング素子2のソース端子に接続されている。   The anode of the backflow prevention diode 17 is connected to the other end of the negative power supply buffer capacitor 13, and the cathode is connected to the source terminal of the switching element 2.

負電源用コンデンサ18の一端は、整流用ダイオード16のアノード及びスイッチング素子152のコレクタ端子に接続されている。負電源用コンデンサ18の他端は、昇圧用コンデンサ9の他端、スイッチング素子2のソース端子、及びスイッチング素子3のドレイン端子に接続されている。   One end of the negative power supply capacitor 18 is connected to the anode of the rectifying diode 16 and the collector terminal of the switching element 152. The other end of the negative power supply capacitor 18 is connected to the other end of the boosting capacitor 9, the source terminal of the switching element 2, and the drain terminal of the switching element 3.

下アーム用駆動回路6bは、上アーム用駆動回路6aと同様の構成を備える。なお、説明の便宜上、上アーム用駆動回路6aの構成(逆流防止用ダイオード8、昇圧用コンデンサ9、インダクタ10、逆流防止用ダイオード11、逆流防止用ダイオード12、負電源バッファ用コンデンサ13、平滑用コンデンサ14、充放電制御部15、整流用ダイオード16、逆流防止用ダイオード17、及び負電源用コンデンサ18)のそれぞれの符号の末尾にaを付し、下アーム用駆動回路6bの構成のそれぞれの末尾にbを付す。   The lower arm drive circuit 6b has the same configuration as the upper arm drive circuit 6a. For convenience of explanation, the configuration of upper arm drive circuit 6a (backflow prevention diode 8, boosting capacitor 9, inductor 10, backflow prevention diode 11, reverse flow prevention diode 12, negative power supply buffer capacitor 13, smoothing) Each of the reference numerals of the capacitor 14, the charge / discharge control unit 15, the rectifying diode 16, the backflow preventing diode 17, and the negative power supply capacitor 18) is suffixed with a, and each of the configurations of the lower arm driving circuit 6b Add b at the end.

次に、本発明の一本実施形態における上アーム用駆動回路6aの動作の流れについて、図2〜図4を用いて説明する。本実施形態では、上アーム用駆動回路6aの動作モードとして、3つの動作モードを備え、上アーム用駆動回路6aは、動作モード1→動作モード2→動作モード3→動作モード2→動作モード1の順に動作モードを切り替えることで、スイッチング素子2をオン又はオフに制御する。なお、図2〜図4において、破線で示したスイッチング素子2,3,151,152はオフであることを示し、実線で示したスイッチング素子2,3,151,152はオンであることを示す。なお、下アーム用駆動回路6bの動作については、上アーム用駆動回路6aの動作と同様であるため、説明を省略する。   Next, the flow of the operation of the upper arm drive circuit 6a according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, three operation modes are provided as the operation modes of the upper arm drive circuit 6a, and the upper arm drive circuit 6a is: operation mode 1 → operation mode 2 → operation mode 3 → operation mode 2 → operation mode 1 The switching element 2 is controlled to be turned on or off by switching the operation mode in the order of. In FIGS. 2 to 4, switching elements 2, 3, 151 and 152 indicated by broken lines indicate that they are off, and switching elements 2, 3, 151 and 152 indicated by solid lines indicate that they are on. . The operation of the lower arm drive circuit 6b is the same as the operation of the upper arm drive circuit 6a, so the description will be omitted.

<動作モード1>
図2は、本発明の一実施形態に係る動作モード1における上アーム用駆動回路6aの動作の流れを示す説明図である。図2に示すように、動作モード1は、スイッチング素子151aがオフであり、スイッチング素子152aがオンである。また、スイッチング素子151bがオンであり、スイッチング素子152bがオフである。なお、説明の便宜上、初期条件として、負電源用コンデンサ18aに電荷が充電されているとする。
<Operation mode 1>
FIG. 2 is an explanatory view showing the flow of the operation of the upper arm drive circuit 6a in the operation mode 1 according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, in the operation mode 1, the switching element 151a is off and the switching element 152a is on. Also, the switching element 151b is on and the switching element 152b is off. For convenience of explanation, it is assumed that the negative power supply capacitor 18a is charged as an initial condition.

図2に示すように、スイッチング素子3がオンである。そのため、制御用電源5からの電流は、逆流防止用ダイオード8a、昇圧用コンデンサ9a、スイッチング素子3及びグランドを経由する経路W1を通る。したがって、昇圧用コンデンサ9aは、下アームのスイッチング素子3がオンである場合には、経路W1を通る電流により充電される。   As shown in FIG. 2, the switching element 3 is on. Therefore, the current from the control power supply 5 passes through the backflow preventing diode 8a, the boosting capacitor 9a, the switching element 3 and the path W1 passing through the ground. Therefore, the boosting capacitor 9a is charged by the current passing through the path W1 when the switching element 3 of the lower arm is on.

また、制御用電源5からの電流は、逆流防止用ダイオード8a、インダクタ10a、負電源バッファ用コンデンサ13a、逆流防止用ダイオード17a、スイッチング素子3及びグランドを経由する経路W2を通る。したがって、負電源バッファ用コンデンサ13aは、下アームのスイッチング素子3がオンである場合に、経路W2を通る電流により充電される。   Further, the current from the control power supply 5 passes through the reverse flow prevention diode 8a, the inductor 10a, the negative power supply buffer capacitor 13a, the reverse flow prevention diode 17a, the switching element 3 and the path W2 passing through the ground. Therefore, the negative power supply buffer capacitor 13a is charged by the current passing through the path W2 when the switching element 3 of the lower arm is on.

更に、制御用電源5からの電流は、逆流防止用ダイオード8a、インダクタ10a、逆流防止用ダイオード12a、平滑用コンデンサ14a、スイッチング素子3及びグランドを経由する経路W3を通る。したがって、平滑用コンデンサ14aは、下アームのスイッチング素子3がオンである場合に、経路W3を通る電流により充電される。
なお、このとき、インダクタ10は、経路W2,3を通る電流により充電される。
Further, the current from the control power supply 5 passes through the backflow prevention diode 8a, the inductor 10a, the backflow prevention diode 12a, the smoothing capacitor 14a, the switching element 3 and the path W3 passing through the ground. Therefore, smoothing capacitor 14a is charged by the current passing through path W3 when switching element 3 of the lower arm is on.
At this time, the inductor 10 is charged by the current passing through the paths W2, 3.

動作モード1において、スイッチング素子152aがオンされているため、充放電制御部15aは、負電源用コンデンサ18aの一端とスイッチング素子2のゲート端子とを導通させる。これにより、負電源用コンデンサ18aに充電されていた電荷は、スイッチング素子2の入力容量20、スイッチング素子152aを通り、負電源用コンデンサ18aに戻る経路W4を通る。この場合には、入力容量20に充電されていた電荷が放電されるので、スイッチング素子2がオンからオフに移行する。換言すれば、負電源用コンデンサ18aに充電されていた負電荷は、スイッチング素子152a、入力容量20を通り、負電源用コンデンサ18aの他端に戻る。したがって、スイッチング素子2のゲート端子に負電圧のゲート電圧が印加される。これにより、スイッチング素子2がオフになる。   In the operation mode 1, since the switching element 152a is turned on, the charge / discharge control unit 15a electrically connects one end of the negative power supply capacitor 18a to the gate terminal of the switching element 2. As a result, the charge that has been charged in the negative power supply capacitor 18a passes through the input capacitance 20 of the switching element 2 and the switching element 152a, and the path W4 that returns to the negative power supply capacitor 18a. In this case, since the charge stored in the input capacitor 20 is discharged, the switching element 2 shifts from on to off. In other words, the negative charge stored in the negative power supply capacitor 18a passes through the switching element 152a and the input capacitor 20 and returns to the other end of the negative power supply capacitor 18a. Therefore, a gate voltage of negative voltage is applied to the gate terminal of the switching element 2. Thereby, the switching element 2 is turned off.

<動作モード2>
図3は、本発明の一実施形態に係る動作モード2における上アーム用駆動回路6aの動作の流れを示す説明図である。図3に示すように、動作モード2では、制御信号発生部7からの制御信号により、スイッチング素子151bがオフされ、スイッチング素子152bがオンされる。これにより、スイッチング素子3はオフとなる。
<Operation mode 2>
FIG. 3 is an explanatory view showing the flow of the operation of the upper arm drive circuit 6a in the operation mode 2 according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, in the operation mode 2, the switching element 151 b is turned off and the switching element 152 b is turned on by the control signal from the control signal generation unit 7. Thereby, the switching element 3 is turned off.

図3に示すように、スイッチング素子3がオフからオンになると、インダクタ10に流れる電流Iが減少するため、インダクタ10aに起電圧ΔVが発生する。そして、この起電圧ΔV及び昇圧用コンデンサ9aの電圧V1により、平滑用コンデンサ14aに対して経路W5を通って電荷が充電される。換言すれば、スイッチング素子3が導通状態から遮断状態になることでインダクタ10aに発生した起電圧と、昇圧用コンデンサ9aが充電した電圧V1と、により平滑用コンデンサ14aを充電させる第1の充電回路が形成される。ここで、電圧V1は電圧VDDと略同一である。したがって、平滑用コンデンサ14aは、電圧VDDから起電圧ΔVだけ昇圧された電圧V2で充電されることになる。また、この場合において、負電源バッファ用コンデンサ13aも平滑用コンデンサ14aと同様に電圧V2まで昇圧される。 As shown in FIG. 3, when the switching element 3 is turned on from the off state, the current I L flowing through the inductor 10 is reduced, so that an electromotive voltage ΔV is generated in the inductor 10 a. The smoothing capacitor 14a is charged through the path W5 by the electromotive voltage ΔV and the voltage V1 of the boosting capacitor 9a. In other words, the first charging circuit for charging the smoothing capacitor 14a by the electromotive voltage generated in the inductor 10a by the switching element 3 changing from the conductive state to the cut-off state and the voltage V1 charged by the boosting capacitor 9a. Is formed. Here, the voltage V1 is substantially the same as the voltage VDD. Therefore, the smoothing capacitor 14a is charged with the voltage V2 boosted from the voltage VDD by the electromotive voltage ΔV. Further, in this case, the negative power supply buffer capacitor 13a is also boosted to the voltage V2 in the same manner as the smoothing capacitor 14a.

なお、動作モード2では、動作モード1と同様にスイッチング素子152aがオンされている。そのため、スイッチング素子2のゲート端子に負電圧のゲート電圧が印加されており、スイッチング素子2がオフに維持されている。   In the operation mode 2, the switching element 152a is turned on as in the operation mode 1. Therefore, the gate voltage of the negative voltage is applied to the gate terminal of the switching element 2, and the switching element 2 is maintained off.

<動作モード3>
図4は、本発明の一実施形態に係る動作モード3における上アーム用駆動回路6aの動作の流れを示す説明図である。図4に示すように、動作モード3では、制御信号発生部7からの制御信号により、スイッチング素子151aがオンされ、スイッチング素子152aがオフされる。
<Operation mode 3>
FIG. 4 is an explanatory view showing the flow of the operation of the upper arm drive circuit 6a in the operation mode 3 according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, in the operation mode 3, the switching element 151 a is turned on and the switching element 152 a is turned off by the control signal from the control signal generation unit 7.

図4に示すように、スイッチング素子151aがオンされ、スイッチング素子152aがオフされると、平滑用コンデンサ14に充電されていた電荷は、スイッチング素子151、スイッチング素子2の入力容量20を経由し、平滑用コンデンサ14の他端に戻る経路W6を通る。したがって、入力容量20は、平滑用コンデンサ14から放電された電荷により充電が開始される。そして、動作モード3において入力容量20が十分に充電されるとスイッチング素子2がオンする。   As shown in FIG. 4, when the switching element 151 a is turned on and the switching element 152 a is turned off, the charge stored in the smoothing capacitor 14 passes through the switching element 151 and the input capacitance 20 of the switching element 2, The path W6 is returned to the other end of the smoothing capacitor 14. Therefore, the input capacitor 20 starts charging by the charge discharged from the smoothing capacitor 14. When the input capacitance 20 is sufficiently charged in the operation mode 3, the switching element 2 is turned on.

スイッチング素子2がオンすると、負電源バッファ用コンデンサ13aに充電された電荷が放電される。したがって、負電源バッファ用コンデンサ13aに充電されていた電荷は、逆流防止用ダイオード11a、スイッチング素子2、負電源用コンデンサ18a、整流用ダイオード16aを経由し、負電源バッファ用コンデンサ13aの他端に戻る経路W7を通る。したがって、負電源用コンデンサ18aは、負電源バッファ用コンデンサ13aから放電された電荷により充電される。すなわち、負電源用コンデンサ18aの他端には正電荷が充電され、負電源用コンデンサ18aの一端には負電荷が充電される。   When the switching element 2 is turned on, the charge stored in the negative power supply buffer capacitor 13a is discharged. Therefore, the charge stored in the negative power supply buffer capacitor 13a passes through the backflow prevention diode 11a, the switching element 2, the negative power supply capacitor 18a, and the rectification diode 16a to the other end of the negative power supply buffer capacitor 13a. Go back path W7. Therefore, the negative power supply capacitor 18a is charged by the charge discharged from the negative power supply buffer capacitor 13a. That is, the other end of the negative power supply capacitor 18a is charged with positive charge, and one end of the negative power supply capacitor 18a is charged with negative charge.

換言すれば、動作モード3では、スイッチング素子3がオンされることで、充電状態の負電源バッファ用コンデンサ13aの一端と負電源用コンデンサ18aの他端とを電気的に接続して負電源用コンデンサ18aを充電させる第2の充電回路が形成される。この第2の充電回路は、オンされたスイッチング素子2を経由して負電源用コンデンサ18aを充電させる。本実施形態では、第2の充電回路は、負電源バッファ用コンデンサ13a、逆流防止用ダイオード11a、スイッチング素子2、負電源用コンデンサ18a、及び整流用ダイオード16aを備える。   In other words, in the operation mode 3, when the switching element 3 is turned on, one end of the negative power supply buffer capacitor 13a in a charged state is electrically connected to the other end of the negative power supply capacitor 18a. A second charging circuit is formed to charge capacitor 18a. The second charging circuit charges the negative power supply capacitor 18 a via the switched-on switching element 2. In the present embodiment, the second charging circuit includes the negative power supply buffer capacitor 13a, the backflow prevention diode 11a, the switching element 2, the negative power supply capacitor 18a, and the rectifying diode 16a.

また、スイッチング素子2がオンすると、昇圧用コンデンサ9に充電された電荷は、インダクタ10a、逆流防止用ダイオード11a、スイッチング素子2及びグランドを経由する経路W8を通る。すなわち、昇圧用コンデンサ9に充電された電荷は、スイッチング素子2を経由する経路W8を通って放電されるため、インダクタ10aに電流Iが流れる。これにより、インダクタ10aにエネルギーが蓄積される。換言すれば、スイッチング素子2がオン状態に移行した場合には、昇圧用コンデンサ9に充電された電荷によりインダクタ10aにエネルギーを蓄積するエネルギー蓄積回路が形成される。 When the switching element 2 is turned on, the charge stored in the boosting capacitor 9 passes through the inductor 10a, the backflow preventing diode 11a, the switching element 2, and the path W8 passing through the ground. That is, the electric charge charged in the step-up capacitor 9, to be discharged through the path W8 passing through the switching element 2, a current I L flows through the inductor 10a. Thereby, energy is accumulated in the inductor 10a. In other words, when the switching element 2 is shifted to the on state, an energy storage circuit is formed which stores energy in the inductor 10 a by the charge stored in the boosting capacitor 9.

エネルギー蓄積回路は、少なくとも昇圧用コンデンサ9、インダクタ10a及びスイッチング素子2を備える。本実施形態のエネルギー蓄積回路は、昇圧用コンデンサ9、インダクタ10a、逆流防止用ダイオード11a、及びスイッチング素子2を備える。   The energy storage circuit includes at least a boosting capacitor 9, an inductor 10 a and a switching element 2. The energy storage circuit of the present embodiment includes a boosting capacitor 9, an inductor 10a, a backflow preventing diode 11a, and a switching element 2.

これにより、動作モード3から動作モード2に移行した場合には、負電源用コンデンサ18aは、動作モード2で充電された電荷を放電することになるため、スイッチング素子2のゲート端子に負電圧が印加される。これにより、スイッチング素子2はオフする。そして、スイッチング素子2がオフすると、昇圧用コンデンサ9の放電が停止されるため、インダクタ10に流れる電流Iが減少する。その結果、インダクタ10aに起電圧ΔVが発生して、電圧VDDが昇圧されることになる。 As a result, when operating mode 3 shifts to operating mode 2, capacitor for negative power supply 18a discharges the charge that has been charged in operating mode 2, so a negative voltage is generated at the gate terminal of switching element 2. Applied. Thereby, the switching element 2 is turned off. Then, the switching element 2 is turned off, the discharge of the step-up capacitor 9 is stopped, the current I L flowing through the inductor 10 decreases. As a result, an electromotive voltage ΔV is generated in the inductor 10a, and the voltage VDD is boosted.

上述したように、本実施形態に係る電力変換器1は、スイッチング素子2を昇圧回路のスイッチング素子として用いる。具体的には、電力変換器1は、制御対象であるスイッチング素子2のスイッチングを制御することでインダクタ10に起電圧を発生させる。そして、電力変換器1は、その起電圧を用いてスイッチング素子2を駆動するゲート電圧を所定の電圧に昇圧する。これにより、制御用電源5の電圧VDDよりも高い電圧をスイッチング素子2のゲート電圧に印加する場合に、新たなスイッチを設ける必要がない。したがって、電力変換器1は、従来と比較して、昇圧用のスイッチング素子を削減可能となる。そのため、低コストで上アーム用の駆動電圧を昇圧することができる。また、電力変換器1は、昇圧用のスイッチング素子のスイッチングを制御する制御装置を備える必要がない。したがって、電力変換器1の大型化を抑制し、且つ低コスト化を実現することができる。   As described above, the power converter 1 according to the present embodiment uses the switching element 2 as a switching element of the booster circuit. Specifically, the power converter 1 generates an electromotive voltage in the inductor 10 by controlling the switching of the switching element 2 to be controlled. Then, the power converter 1 boosts the gate voltage for driving the switching element 2 to a predetermined voltage using the electromotive voltage. Thus, when applying a voltage higher than the voltage VDD of the control power supply 5 to the gate voltage of the switching element 2, it is not necessary to provide a new switch. Therefore, the power converter 1 can reduce the number of switching elements for boosting as compared with the conventional case. Therefore, the drive voltage for the upper arm can be boosted at low cost. Further, the power converter 1 does not have to include a control device that controls the switching of the step-up switching element. Therefore, the increase in size of the power converter 1 can be suppressed, and the cost reduction can be realized.

また、本実施形態に係る電力変換器1は、昇圧された電圧により充電される負電源バッファ用コンデンサ13と、スイッチング素子2のスイッチング動作により充電状態の負電源バッファ用コンデンサ13から放電された電荷を充電することで負電圧を生成する負電源用コンデンサ18とを備える。これにより、上アームのスイッチング素子2を確実にオフさせる場合に、新たな電源を追加することなく、負電圧を生成することができる。すなわち、電力変換器1は、片電源のみでスイッチング素子2の両電源駆動が可能となる。したがって、負電圧を印加する必要があるデバイス(例えば、GaNデバイスやSiCデバイス等)や負電圧を印加する事で高速駆動が可能となるデバイスをスイッチング素子2として採用する場合に、本実施形態における上アーム用駆動回路6aを適用することで、新たな電源を追加することがない。そのため、実装部品のコストの削減や信頼性向上、及び実装面積低減が図れる。   In the power converter 1 according to the present embodiment, the negative power supply buffer capacitor 13 charged by the boosted voltage and the charge discharged from the negative power supply buffer capacitor 13 in the charged state by the switching operation of the switching element 2. And a negative power supply capacitor 18 that generates a negative voltage by charging the As a result, when the switching element 2 of the upper arm is reliably turned off, a negative voltage can be generated without adding a new power supply. That is, the power converter 1 can drive both power supplies of the switching element 2 with only one power supply. Therefore, when adopting a device that needs to apply a negative voltage (for example, a GaN device, a SiC device, etc.) or a device that can be driven at high speed by applying a negative voltage as the switching element 2, By applying the upper arm drive circuit 6a, no new power supply is added. Therefore, the cost of the mounted parts can be reduced, the reliability can be improved, and the mounting area can be reduced.

上述の実施形態において、電力変換器1は、平滑用コンデンサ14に充電される電荷が、入力容量20を充電するために必要な電荷量よりも多ければ、電圧VDDを昇圧することができる。   In the above-described embodiment, the power converter 1 can boost the voltage VDD if the charge stored in the smoothing capacitor 14 is larger than the amount of charge required to charge the input capacitor 20.

なお、上述の実施形態において、電力変換器1は、動作モード1から動作モード2に移行した場合にも昇圧したが、負電源バッファ用コンデンサ13や平滑用コンデンサ14が既に充電されている場合には、動作モード1から動作モード2に移行しても昇圧されない。したがって、電力変換器1の動作が定常的になった場合には、負電源バッファ用コンデンサ13や平滑用コンデンサ14に電荷が充電されているため、電力変換器1は、動作モード2から動作モード3に移行した場合にのみ電圧VDDを昇圧することになる。   In the above-described embodiment, the power converter 1 boosts even when the operation mode 1 shifts to the operation mode 2, but the negative power supply buffer capacitor 13 and the smoothing capacitor 14 are already charged. Is not boosted even from the operation mode 1 to the operation mode 2. Therefore, when the operation of power converter 1 becomes steady, electric power is charged in capacitor 13 for negative power supply buffer and smoothing capacitor 14, so that power converter 1 operates from the operation mode 2 to the operation mode. Only when shifting to 3, the voltage VDD is boosted.

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design and the like within the scope of the present invention.

上述の実施形態において、負電源用コンデンサ18の両端の電圧を所定の電圧に制限する電圧制限部を備えてもよい。この所定の電圧は、スイッチング素子2のゲート端子に印加する負電圧のゲート電圧に相当する。したがって、この所定の電圧は、スイッチング素子2がオフされる場合のゲート電圧やスイッチング素子2のゲート端子の耐圧に基づいて設定される。例えば、電圧制限部は、ツェナーダイオードであって、ツェナーダイオードの降伏電圧が上記所定の電圧に相当する。   In the above embodiment, a voltage limiter may be provided to limit the voltage across the negative power supply capacitor 18 to a predetermined voltage. The predetermined voltage corresponds to the gate voltage of the negative voltage applied to the gate terminal of the switching element 2. Therefore, the predetermined voltage is set based on the gate voltage when the switching element 2 is turned off and the withstand voltage of the gate terminal of the switching element 2. For example, the voltage limiting unit is a Zener diode, and the breakdown voltage of the Zener diode corresponds to the predetermined voltage.

1 電力変換器
2,3 スイッチング素子
4 負荷駆動用電源
6 半導体スイッチング素子駆動回路
7 制御信号発生部
8 逆流防止用ダイオード
9 昇圧用コンデンサ(第3のコンデンサ)
10 インダクタ
11 逆流防止用ダイオード
12 逆流防止用ダイオード
13 負電源バッファ用コンデンサ(第1のコンデンサ)
14 平滑用コンデンサ(第4のコンデンサ)
15 充放電制御部
16 整流用ダイオード
17 逆流防止用ダイオード
18 負電源用コンデンサ(第2のコンデンサ)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power converter 2, 3 Switching element 4 Load drive power supply 6 Semiconductor switching element drive circuit 7 Control signal generation part 8 Backflow prevention diode 9 Boosting capacitor (third capacitor)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Inductor 11 Backflow prevention diode 12 Backflow prevention diode 13 Negative power supply buffer capacitor (first capacitor)
14 Smoothing capacitor (fourth capacitor)
15 charge / discharge control unit 16 rectifying diode 17 reverse current preventing diode 18 negative power supply capacitor (second capacitor)

Claims (6)

少なくとも一のスイッチング素子を備え、当該スイッチング素子のスイッチング動作により主電源からの電力を変換する電力変換器であって、
前記スイッチング動作により昇圧する昇圧回路と、
前記昇圧された電圧により充電される第1のコンデンサと、
前記スイッチング動作により充電状態の前記第1のコンデンサから放電された電荷を充電することで負電圧を生成する第2のコンデンサと、
前記昇圧された電圧を前記スイッチング素子の制御端子に印加することにより前記スイッチング素子を導通状態に制御する導通用駆動回路と、
充電状態の前記第2のコンデンサを放電させることにより前記スイッチング素子の制御端子に前記負電圧を印加して前記スイッチング素子を遮断状態に制御する遮断用駆動回路と、
を備えることを特徴とする電力変換器。
A power converter comprising at least one switching element and converting power from a main power source by switching operation of the switching element, the power converter comprising:
A booster circuit for boosting by the switching operation;
A first capacitor charged by the boosted voltage;
A second capacitor that generates a negative voltage by charging the charge discharged from the first capacitor in a charged state by the switching operation;
A conduction drive circuit for controlling the switching element to a conductive state by applying the boosted voltage to a control terminal of the switching element;
A cutoff drive circuit that applies the negative voltage to the control terminal of the switching element by discharging the second capacitor in a charged state to control the switching element into a cutoff state;
A power converter comprising:
前記昇圧回路は、
インダクタと、
前記インダクタの一端に接続された第3のコンデンサと、
前記インダクタの他端に接続された第4のコンデンサと、
前記スイッチング素子が導通状態から遮断状態になることで前記インダクタに発生した起電圧と、前記第3のコンデンサが充電した電圧と、により前記第4のコンデンサを充電させる第1の充電回路と、
をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の電力変換器。
The booster circuit is
An inductor,
A third capacitor connected to one end of the inductor;
A fourth capacitor connected to the other end of the inductor;
A first charging circuit for charging the fourth capacitor with the electromotive voltage generated in the inductor when the switching element is switched from the conduction state to the cutoff state, and the voltage at which the third capacitor is charged;
The power converter according to claim 1, further comprising:
前記第1のコンデンサは、一端が前記インダクタの他端に接続され、他端が第2のコンデンサの一端に接続され、
前記導通用駆動回路は、前記スイッチング素子を導通状態に制御することにより、充電状態の前記第1のコンデンサの一端と前記第2のコンデンサの他端とを電気的に接続して前記第2のコンデンサを充電させる第2の充電回路を形成する
ことを特徴とする、請求項2に記載の電力変換器。
One end of the first capacitor is connected to the other end of the inductor, and the other end is connected to one end of the second capacitor.
The conduction drive circuit electrically connects one end of the first capacitor in a charged state to the other end of the second capacitor by controlling the switching element to be in a conductive state to thereby connect the second capacitor. A power converter according to claim 2, characterized in that it forms a second charging circuit for charging the capacitor.
前記導通用駆動回路は、前記第4のコンデンサと前記スイッチング素子の制御端子とを接続することにより、前記第4のコンデンサに充電された電圧を前記制御端子に印加し、
前記遮断用駆動回路は、前記第2のコンデンサの一端と前記制御端子とを接続することにより前記負電圧を前記制御端子に印加する
ことを特徴とする請求項2に記載の電力変換器。
The conduction drive circuit applies the voltage charged in the fourth capacitor to the control terminal by connecting the fourth capacitor and the control terminal of the switching element.
The power converter according to claim 2, wherein the cutoff drive circuit applies the negative voltage to the control terminal by connecting one end of the second capacitor and the control terminal.
前記昇圧回路は、前記第3のコンデンサから放電された電荷を、導通状態の前記スイッチング素子を経由する経路で前記インダクタに供給することにより、前記インダクタにエネルギーを蓄積させるエネルギー蓄積回路をさらに備えることを特徴とする請求項2又は請求項3のいずれか一項に記載の電力変換器。   The booster circuit further includes an energy storage circuit for storing energy in the inductor by supplying the charge discharged from the third capacitor to the inductor through a path passing through the switching element in a conductive state. The power converter according to any one of claims 2 or 3, characterized in that 前記スイッチング素子は、上アーム用の半導体スイッチング素子と下アーム用の半導体スイッチング素子とが直列接続されたスイッチングレグを備え、
前記スイッチング素子は、前記上アーム用の半導体スイッチング素子であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の電力変換器。
The switching element includes a switching leg in which a semiconductor switching element for the upper arm and a semiconductor switching element for the lower arm are connected in series,
The power converter according to any one of claims 1 to 5, wherein the switching element is a semiconductor switching element for the upper arm.
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