JP2020005098A - スイッチング素子駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動するスイッチング素子の数を可変できるようにしながら、並列接続されたスイッチング素子を同時に駆動する際に、実際に複数のスイッチング素子がオンするタイミングのずれを抑制することができるスイッチング素子駆動装置を提供する。【解決手段】第１及び第２ＩＧＢＴ１、２のゲートに接続され、導通したとき、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２をオンさせるオン用メインスイッチＴｒ１と、オン用メインスイッチＴｒ１と第１及び第２ＩＧＢＴ１，２のゲートとの間にそれぞれ挿入され、オン用メインスイッチＴｒ１から第１及び第２ＩＧＢＴ１、２のゲートへ向かう方向を順方向とするダイオードＤ１、Ｄ２と、第２ＩＧＢＴ２のゲートに接続され、導通したとき、第２ＩＧＢＴ２をオンさせるオン用サブスイッチＴｒ２と、オン用メインスイッチＴｒ１及びオン用サブスイッチＴｒ２の導通、非導通を制御する制御回路１０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、並列に接続された複数のスイッチング素子を駆動するためのスイッチング素子駆動装置に関する。

例えば、特許文献１には、並列に接続された第１ＩＧＢＴと第２ＩＧＢＴのためのスイッチング回路について記載されている。この特許文献１のスイッチング回路では、第１ＩＧＢＴ用の駆動回路と、第２ＩＧＢＴ用の駆動回路とが個別に設けられている。そして、例えば、ＩＧＢＴを介して流すべき電流が閾値よりも大きい場合には、それぞれの駆動回路によって第１ＩＧＢＴと第２ＩＧＢＴの両方を同時にオンし、閾値以下の場合には、第１ＩＧＢＴ用の駆動回路によって第１ＩＧＢＴだけをオンする。

特開２０１６−１４６７１７号公報

しかしながら、上記の特許文献１のように、駆動するＩＧＢＴの数を可変できるように、並列に接続された複数のＩＧＢＴに対して個別に駆動回路を設けた場合、複数のＩＧＢＴを同時駆動しようとしても、実際に複数のＩＧＢＴがオンするタイミングを揃えることは困難である。これは、個別に設けた駆動回路の特性差などによって、複数のＩＧＢＴをオンするタイミングにずれが発生しやすくなるためである。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、駆動するスイッチング素子の数を可変できるようにしながら、並列接続されたスイッチング素子を同時に駆動する際に、実際に複数のスイッチング素子がオンするタイミングのずれを抑制することができるスイッチング素子駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によるスイッチング素子駆動装置は、並列に接続された複数のスイッチング素子（１〜３）を駆動するためのものであって、
複数のスイッチング素子のゲートに接続され、導通したとき、複数のスイッチング素子のゲート電位を上昇させて、複数のスイッチング素子をオンさせるメインスイッチ（Ｔｒ１）と、
メインスイッチと複数のスイッチング素子のゲートとの間にそれぞれ挿入され、メインスイッチから複数のスイッチング素子のゲートへ向かう方向を順方向とする複数の整流素子（Ｄ１、Ｄ２）と、
整流素子の下流側において、複数のスイッチング素子の中で、メインスイッチが接続されるよりも少ない数のスイッチング素子のゲートに、メインスイッチと並列に接続され、導通したとき、接続されたスイッチング素子のゲート電位を上昇させて、接続されたスイッチング素子をオンさせるサブスイッチ（Ｔｒ２、Ｔｒ４）と、
メインスイッチ及びサブスイッチの導通、非導通を制御する制御回路（１０）と、を備えることを特徴とする。

本発明によるスイッチング素子駆動装置においては、メインスイッチが導通されると、各々の整流素子を介して、複数のスイッチング素子のゲートに電流が流れ、ゲート電位を上昇させる。この際、複数のスイッチング素子の各ゲート電位に差異が生じると、そのゲート電位の差異を減少させるように、複数のスイッチング素子のゲートに流れる電流が自動的に調整される。その結果、複数のスイッチング素子がオンするタイミングのずれを抑制することができる。

また、本発明によるスイッチング素子駆動装置は、整流素子の下流側において、複数のスイッチング素子の中で、メインスイッチが接続されるよりも少ない数のスイッチング素子のゲートに、メインスイッチと並列に接続されるサブスイッチを備えている。従って、メインスイッチとサブスイッチとの使用を適宜切り替えることにより、駆動するスイッチング素子の数を可変することができる。なお、サブスイッチを導通させて、サブスイッチがゲートに接続されたスイッチング素子をオンしたときには、整流素子が、オフされているスイッチング素子のゲートへの電流の回り込みを防止する。このため、サブスイッチがゲートに接続されたスイッチング素子だけを適切に駆動することができる。

上記括弧内の参照番号は、本開示の理解を容易にすべく、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、なんら発明の範囲を制限することを意図したものではない。

また、上述した特徴以外の、特許請求の範囲の各請求項に記載した技術的特徴に関しては、後述する実施形態の説明及び添付図面から明らかになる。

第１実施形態のＩＧＢＴ駆動装置の回路構成を示す構成図である。 第１実施形態のＩＧＢＴ駆動装置のゲート充電回路を示す図である。 図２のゲート充電回路の交流等価回路を示す図である。 Ｌｏレベルの休止指示信号に応じて、ＩＧＢＴ駆動装置が、第１及び第２ＩＧＢＴを同時駆動する場合の各部の信号波形を示すタイミングチャートである。 Ｈｉレベルの休止指示信号に応じて、ＩＧＢＴ駆動装置が、ＩＧＢＴのオン区間に、第１及び第２ＩＧＢＴの同時駆動から、第１ＩＧＢＴだけの駆動に切り替える場合の各部の信号波形を示すタイミングチャートである。 第２実施形態のＩＧＢＴ駆動装置の回路構成を示す構成図である。 第２実施形態のＩＧＢＴ駆動装置の作動を説明するためのタイミングチャートである。 第３実施形態のＩＧＢＴ駆動装置の回路構成を示す構成図である。 第３実施形態のＩＧＢＴ駆動装置のゲート充電回路を示す図である。 図９のゲート充電回路の交流等価回路を示す図である。 第４実施形態のＩＧＢＴ駆動装置の回路構成を示す構成図である。 第４実施形態のＩＧＢＴ駆動装置の作動を説明するためのタイミングチャートである。 第５実施形態のＩＧＢＴ駆動装置の回路構成を示す構成図である。 第６実施形態のＩＧＢＴ駆動装置の回路構成を示す構成図である。

以下、本発明の実施形態によるスイッチング素子駆動装置について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態では、並列に接続されるスイッチング素子としてＩＧＢＴを用いたＩＧＢＴ駆動装置について説明する。ただし、スイッチング素子はＩＧＢＴに限定されず、スイッチング素子駆動装置は、例えば、並列接続されたＭＯＳＦＥＴを駆動対象とするＭＯＳＦＥＴ駆動装置として構成してもよい。

各実施形態のＩＧＢＴ駆動装置によって駆動されるＩＧＢＴは、例えば、モータのコイルに交流電流を供給するためのインバータ回路におけるスイッチング素子として用いられる。それ以外にも、本実施形態のＩＧＢＴ駆動装置によって駆動されるＩＧＢＴは、特に、高電圧を用いて、コイルやソレノイドなどの誘導性負荷を駆動するためのスイッチング素子として適用されえる。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のＩＧＢＴ駆動装置１００の回路構成を示している。図１に示すように、第１実施形態のＩＧＢＴ駆動装置１００は、並列に接続された第１ＩＧＢＴ１及び第２ＩＧＢＴ２を駆動するものである。第１及び第２ＩＧＢＴ１、２は、電流−電圧特性などの特性が同じものを用いてもよいし、異なる特性を有するものを用いてもよい。以下の説明では、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２が同じ特性を有する場合について説明する。

ＩＧＢＴ駆動装置１００は、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２のゲートに接続され、導通したとき、第１及び第２ＩＧＢＴ１，２のゲート電位を上昇させて、第１及び第２ＩＧＢＴ１，２をともにオンさせることが可能なオン用メインスイッチＴｒ１を有する。オン用メインスイッチＴｒ１として、例えば、ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴが採用されうる。オン用メインスイッチＴｒ１としてのｐチャンネルＭＯＳＦＥＴのソースは、定電流回路１４に接続され、ドレインは、各ＩＧＢＴ１、２のゲートに達する充電側分岐配線に繋がる共通配線に接続される。

定電流回路１４は、ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴのソースに一定の電流を流すものである。なお、定電流回路１４は、ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴのドレインに接続される共通配線に設けてもよい。

ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴのドレインに接続される共通配線から分岐して、各ＩＧＢＴ１、２のゲートに達する充電側分岐配線には、整流素子としてのダイオードＤ１、Ｄ２と、バランス抵抗Ｒ１、Ｒ２とが直列に設けられている。

ダイオードＤ１、Ｄ２は、オン用メインスイッチＴｒ１が導通したとき、定電流回路１４からの一定電流が、それぞれの充電側分岐配線に分配されて、第１及び第２ＩＧＢＴ１，２のゲートに向かって流れることを許容する。一方、ダイオードＤ１、Ｄ２は、オン用メインスイッチＴｒ１が非導通となっているときに、後述するオン用サブスイッチＴｒ２が導通したとき、第１ＩＧＢＴ１のゲートに繋がる充電側分岐配線から、第２ＩＧＢＴ２のゲートに繋がる充電側分岐配線に電流が回り込むことを防止する。従って、オン用サブスイッチＴｒ２が導通したときに、オン用サブスイッチＴｒ２がゲートに接続された第１ＩＧＢＴ１だけを適切に駆動することができる。

なお、電流の周り込み防止は、第１ＩＧＢＴ１の充電側分岐配線に設けられたダイオードＤ１だけで達成されうる。しかし、第１ＩＧＢＴ１の充電側分岐配線だけにダイオードＤ１を設けると、オン用メインスイッチＴｒ１が導通したときに、ダイオードＤ１の電圧降下によって、第１ＩＧＢＴ１と第２ＩＧＢＴ２のゲートに印加される電圧に差が生じてしまう。この場合、第１ＩＧＢＴ１と第２ＩＧＢＴ２がオンするタイミングにずれが生じてしまう可能性が高くなる。そのため、本実施形態では、第１ＩＧＢＴ１の充電側分岐配線と第２ＩＧＢＴ２の充電側分岐配線の両方に、ダイオードＤ１、Ｄ２を設けている。ダイオードＤ１、Ｄ２は降下電圧などの特性が同じものである。

バランス抵抗Ｒ１、Ｒ２は、オン用メインスイッチＴｒ１が導通したときに、第１ＩＧＢＴ１及び第２ＩＧＢＴ２のゲート電位に差が生じたとしても、その電位差の減少を促進する作用を有する。この点について、図２及び図３を用いて詳しく説明する。

図２に示す、オン用メインスイッチＴｒ１を含むゲート充電回路は、図３に示す交流等価回路に置き換えることができる。つまり、オン用メインスイッチＴｒ１が導通して、定電流回路１４から第１及び第２ＩＧＢＴ１、２のゲートに電流が流れるとき、定電流回路１４の理想インピーダンスは無限大であるため、交流等価回路ではオープンとして扱うことができる。また、ダイオードＤ１、Ｄ２も交流インピーダンスは極めて低い前提でショートとして扱うことができる。すると、図３に示すような交流等価回路が得られる。なお、図３に示すように、バランス抵抗Ｒ１、Ｒ２は、同じ抵抗値Ｒｂを有している。

図３に示すように、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２のゲートの充電途中で、ゲート間の電位差がΔＶｇだけ発生したとすると、ゲート間は、バランス抵抗Ｒ１、Ｒ２を介して接続される閉回路となっているため、高電位側のゲートから低電位側のゲートへと、下記の数式１の電流ΔＩｇが流れる。

（数１） ΔＩｇ＝ΔＶｇ／２Ｒｂ
このように、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２のゲートの充電途中で、ゲート間に電位差が生じても、その電位差を減少させるように、各ゲートに流れる電流が自動的に調整（自己調整）される。

換言すれば、本実施形態においては、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２、ダイオードＤ１、Ｄ２、及びバランス抵抗Ｒ１、Ｒ２として、それぞれ同じ特性を有する素子を用いている。そのため、オン用メインスイッチＴｒ１が導通して、定電流回路１４から第１ＩＧＢＴ１及び第２ＩＧＢＴ２のゲートに電流が通電されるとき、ゲート間に電位差が生じていなければ、定電流回路１４が発生する一定電流は、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２のゲートに同じ電流が流れるように等分に分配される。さらに、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２のゲートの充電途中で、ゲート間に電位差が生じた場合には、相対的に低電位のゲートに流れる電流が相対的に高電位のゲートに流れる電流よりも多くなるように、自動的に調整される。従って、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２がオンするタイミングを揃えることが可能となる。

なお、実際の回路では、配線、ダイオードＤ１、Ｄ２、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２のゲートなどにインピーダンス成分が存在する。そのため、上述した電流の自動調整機能は、バランス抵抗Ｒ１、Ｒ２が省略された場合であっても、発揮されうる。

再び図１に戻って説明を続ける。ＩＧＢＴ駆動装置１００は、図１に示すように、オン用メインスイッチＴｒ１の他に、オン用メインスイッチＴｒ１と並列に第１ＩＧＢＴ１のゲートに接続され、導通したとき、第１ＩＧＢＴ１のゲート電位を上昇させて、第１ＩＧＢＴ１をオンさせることができるオン用サブスイッチＴｒ２も有している。つまり、オン用サブスイッチＴｒ２は、オン用メインスイッチＴｒ１が接続されるよりも少ない数のＩＧＢＴのゲートに接続されており、その接続された一部のＩＧＢＴだけをオンさせることが可能となっている。従って、オン用メインスイッチＴｒ１とオン用サブスイッチＴｒ２との使用を適宜切り替えることにより、駆動するＩＧＢＴの数を可変することができる。

オン用サブスイッチＴｒ２も、例えば、オン用メインスイッチＴｒ１と同様に、ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴによって構成される。なお、オン用サブスイッチＴｒ２が導通したときには、電源電位１２からの高電位が第１ＩＧＢＴ１のゲートに印加される。

また、ＩＧＢＴ駆動装置１００は、ダイオードＤ１、Ｄ２の下流側において、第１及び第２ＩＧＢＴ１，２の各ゲートに接続されたオフ用メインスイッチＴｒ３を有する。このオフ用メインスイッチＴｒ３は、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２がオンからオフに切り替えられるときに導通され、オンしていたＩＧＢＴのゲートの電荷を放電させることにより、オンしていたＩＧＢＴがオフする速度を早めるものである。オフ用メインスイッチＴｒ３は、例えば、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴによって構成される。オフ用メインスイッチＴｒ３としてのｎチャンネルＭＯＳＦＥＴのソースは、定電流回路１６に接続され、ドレインは、各ＩＧＢＴ１、２のゲートに達する放電側分岐配線に繋がる共通配線に接続される。

定電流回路１６は、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴのソースに一定の電流を流すものである。なお、定電流回路１６は、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴのドレインに接続される共通配線に設けてもよい。

ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴのドレインに接続される共通配線から分岐して、各ＩＧＢＴ１、２のゲートに達する放電側分岐配線には、それぞれ、整流素子としてのダイオードＤ３、Ｄ４と、バランス抵抗Ｒ３、Ｒ４とが直列に設けられている。

ダイオードＤ３、Ｄ４は、第１及び第２ＩＧＢＴ１，２がオンしていた状態で、オフ用メインスイッチＴｒ３が導通したとき、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２のゲートから定電流回路１６に向かって電流が流れることを許容する。この場合、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２の各ゲートから定電流回路１６に向かって流れる電流の合計値が、定電流回路１６が定める一定電流となる。一方、ダイオードＤ３、Ｄ４は、オン用サブスイッチＴｒ２によって第１ＩＧＢＴ１だけがオンしているときに、第１ＩＧＢＴ１のゲートに繋がる放電側分岐配線から、第２ＩＧＢＴ２のゲートに繋がる放電側分岐配線に電流が回り込むことを防止する。

なお、電流の周り込み防止は、第２ＩＧＢＴ２の放電側分岐配線に設けられたダイオードＤ４だけで達成されうる。しかし、第２ＩＧＢＴ２の放電側分岐配線だけにダイオードＤ４を設けると、オフ用メインスイッチＴｒ３が導通したときに、ダイオードＤ４の電圧降下によって、第１ＩＧＢＴ１と第２ＩＧＢＴ２のゲート電圧に差が生じてしまう。この場合、第１ＩＧＢＴ１と第２ＩＧＢＴ２がオフするタイミングにずれが生じてしまう可能性が高くなる。そのため、本実施形態では、第１ＩＧＢＴ１の放電側分岐配線と第２ＩＧＢＴ２の放電側分岐配線の両方に、ダイオードＤ３、Ｄ４を設けている。ダイオードＤ３、Ｄ４は降下電圧などの特性が同じものである。

バランス抵抗Ｒ３、Ｒ４は、バランス抵抗Ｒ１、Ｒ２と同様に、オフ用メインスイッチＴｒ３が導通したときに、第１ＩＧＢＴ１及び第２ＩＧＢＴ２のゲート電位に差が生じたとしても、その電位差の減少を促進する作用を有する。これにより、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２がオフするタイミングを揃えることが可能となる。

また、本実施形態のＩＧＢＴ駆動装置１００では、第１ＩＧＢＴ１のゲートは、抵抗Ｒ５を介して接地されている。同様に、第２ＩＧＢＴ２のゲートは、抵抗Ｒ６を介して接地されている。抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６は、同じ抵抗値を有している。オン用メインスイッチＴｒ１及びオン用サブスイッチＴｒ２が導通から非導通に切り替えられたとき、各ＩＧＢＴ１、２のゲートに蓄積された電荷の少なくとも一部が抵抗Ｒ５、抵抗Ｒ６を介して放電される。特に、後述するように、ＩＧＢＴのオン期間において、オン用メインスイッチＴｒ１が導通している状態から、オン用サブスイッチＴｒ２が導通する状態に切り替えられたときには、オフ用メインスイッチＴｒ３は非導通のままであるため、第２ＩＧＢＴ２のゲートに蓄積された電荷のすべては、抵抗Ｒ６を介して放電されることになる。

さらに、本実施形態のＩＧＢＴ駆動装置１００は、外部の制御装置から入力される駆動信号及び休止指示信号に基づき、オン用メインスイッチＴｒ１、オン用サブスイッチＴｒ２、及びオフ用メインスイッチＴｒ３の導通、非導通を制御する制御回路１０を有する。例えば、駆動信号はＰＷＭ信号であり、休止指示信号はＨｉレベルとＬｏレベルの２値信号である。外部の制御装置は、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２を介して流れる電流の大きさを監視しており、その電流値が閾値以上である場合には、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２の同時駆動を指示するため、Ｌｏレベルの休止指示信号を制御回路１０に入力する。一方、外部の制御装置は、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２を介して流れる電流の大きさが閾値未満である場合には、同時駆動を休止し、第１ＩＧＢＴ１だけの駆動への切り替えを指示するため、Ｈｉレベルの休止指示信号を制御回路１０に入力する。

以上のように構成されたＩＧＢＴ駆動装置１００の作動について、図４及び図５のタイミングチャートを参照しつつ説明する。なお、図４のタイミングチャートは、Ｌｏレベルの休止指示信号に応じて、ＩＧＢＴ駆動装置１００が、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２を同時駆動する場合の、各部の信号波形を示している。一方、図５のタイミングチャートは、Ｈｉレベルの休止指示信号に応じて、ＩＧＢＴ駆動装置１００が、ＩＧＢＴのオン区間に、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２の同時駆動から、第１ＩＧＢＴ１だけの駆動に切り替える場合の、各部の信号波形を示している。

休止指示信号により、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２の同時駆動が指示されている場合、図４に示すように、制御回路１０は、駆動信号（ＰＷＭ信号）がＨｉレベルとなるオン指令期間、すなわち、ＩＧＢＴのオン期間に渡って、オン用メインスイッチＴｒ１を導通した状態に維持するように制御する。この結果、駆動信号のオン指令期間中、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２が同時にオンされる。

駆動信号のオン指令期間が終了し、駆動信号がＨｉレベルからＬｏレベルに切り替わると、制御回路１０は、オン用メインスイッチＴｒ１を導通から非導通に切り替えるとともに、オフ用メインスイッチＴｒ３を非導通から導通へ切り替える。これにより、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２のゲートに蓄積された電荷が速やかに放電され、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２は即座にオフする。

一方、休止指示信号により、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２の同時駆動を休止し、第１ＩＧＢＴ１だけの駆動への切り替えが指示された場合、制御回路１０は、駆動信号のオン指令期間の初期はオン用メインスイッチＴｒ１を導通するように制御して、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２を同時にオンさせるが、休止指示信号が入力された時点で、オン用メインスイッチＴｒ１を非導通にするとともに、オン用サブスイッチＴｒ２を導通させるように制御する。つまり、外部の制御装置は、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２が同時にオンされている間に、それら第１及び第２ＩＧＢＴ１、２を介して流れる電流の大きさが閾値以上か否かを判定する。そして、閾値未満と判定した場合、制御回路１０へ、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２の同時駆動を休止し、第１ＩＧＢＴ１だけの駆動への切り替えを指示する休止指示信号を出力する。この休止指示信号に応じて、制御回路１０は、導通するスイッチを、オン用メインスイッチＴｒ１からオン用サブスイッチＴｒ２へ切り替える。

導通するスイッチが、オン用メインスイッチＴｒ１からオン用サブスイッチＴｒ２へ切り替えられると、図５に示すように、第１ＩＧＢＴはオン状態を維持するが、第２ＩＧＢＴ２はオンからオフに切り替えられる。この際、上述したように、ダイオードＤ１により、第１ＩＧＢＴ１のゲートから、第２ＩＧＢＴ２のゲートへ電流が回り込むことを防止することができ、第１ＩＧＢＴ１だけをオンさせることができる。また、第２ＩＧＢＴ２のゲートの電荷は、抵抗Ｒ６を介して放電されるので、第２ＩＧＢＴ２を確実にオフさせることができる。

以上、説明したように、本実施形態のＩＧＢＴ駆動装置１００によれば、駆動するＩＧＢＴの数を可変できるようにしながら、並列接続された第１及び第２ＩＧＢＴ１、２を同時に駆動する際に、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２がオンするタイミングのずれを抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態によるＩＧＢＴ駆動装置２００について、図６及び図７を参照して説明する。

上述した第１実施形態のＩＧＢＴ駆動装置１００では、オン用サブスイッチＴｒ２が第１ＩＧＢＴ１に対してのみ設けられていたが、本実施形態のＩＧＢＴ駆動装置２００では、図６に示すように、第１ＩＧＢＴ１に対してオン用サブスイッチＴｒ２を設けるとともに、第２ＩＧＢＴ２に対してオン用サブスイッチＴｒ４を設けている。つまり、オン用サブスイッチＴｒ２、Ｔｒ４は、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２に対して個別に設けられ、それぞれ、対応するＩＧＢＴ１、２のゲートにオン用メインスイッチＴｒ１と並列に接続されている。本実施形態のＩＧＢＴ駆動装置２００の他の構成は、第１実施形態のＩＧＢＴ駆動装置１００の構成と同じであるため、説明を省略する。

次に、本実施形態のＩＧＢＴ駆動装置２００の作動について説明する。外部の制御装置から、休止指示信号により、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２の同時駆動を指示された場合には、オン用サブスイッチＴｒ２、Ｔｒ４は非導通状態のままであるため、第１実施形態のＩＧＢＴ駆動装置１００と同様に作動する。

しかし、外部の制御装置から、休止指示信号により、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２の同時駆動を休止し、一方のＩＧＢＴだけの駆動への切り替えが指示された場合、本実施形態のＩＧＢＴ駆動装置２００の作動は、第１実施形態のＩＧＢＴ駆動装置１００と異なる。具体的には、図７のタイミングチャートに示すように、制御回路１０は、駆動信号のオン指令期間に、オン用サブスイッチＴｒ２、Ｔｒ４により第１及び第２ＩＧＢＴ１、２を個別にオンする場合、オン指令ごとに交互に第１ＩＧＢＴ１と第２ＩＧＢＴ２とがオンされるように、導通するオン用サブスイッチＴｒ２、Ｔｒ４を交互に切り替える。具体的には、図７に示すように、時間Ｔ１で始まるオン指令に対して、制御回路１０は、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２を個別駆動する際に、オン用サブスイッチＴｒ４を導通して第２ＩＧＢＴ２をオンする。次の時間Ｔ４で始まるオン指令に対しては、制御回路１０は、オン用サブスイッチＴｒ２を導通して第１ＩＧＢＴ１をオンする。

このように、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２を駆動することにより、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２の駆動頻度が均等化され、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２の個別駆動により発生する熱を２つのＩＧＢＴ１、２に分散させることができる。

なお、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２の駆動頻度を均等化して、個別駆動により発生する熱を第１及び第２ＩＧＢＴ１、２に分散させることができればよいので、第１及び第２ＩＧＢＴ１，２の駆動方式は、上述した駆動方式に制限されるものではない。例えば、同じ複数回のオン指令毎に、導通するオン用サブスイッチＴｒ２、Ｔｒ４を交互に切り替えてもよい。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態によるＩＧＢＴ駆動装置３００について、図８〜図１０を参照して説明する。

上述した第１実施形態のＩＧＢＴ駆動装置１００のゲート充電回路では、オン用メインスイッチＴｒ１が導通すると、定電流回路１４からの一定電流が、各ＩＧＢＴ１、２のゲートに繋がる充電側分岐配線に分配された。それに対して、本実施形態のＩＧＢＴ駆動装置３００では、図８に示すように、オン用メインスイッチＴｒ１としてのｐチャンネルＭＯＳＦＥＴのドレインに接続された共通配線に共通抵抗Ｒ７を接続する。この結果、本実施形態のＩＧＢＴ駆動装置３００のゲート充電回路は、各ＩＧＢＴ１、２のゲートに繋がる充電側分岐配線に、共通抵抗Ｒ７による電圧降下後の一定電圧を印加するものとなる。すなわち、本実施形態のＩＧＢＴ駆動装置３００のゲート充電回路は、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２のゲートを、ダイオードＤ１、Ｄ２及びバランス抵抗Ｒ１、Ｒ２を介して定電圧駆動する。

また、本実施形態のＩＧＢＴ駆動装置３００のゲート放電回路も、共通配線に設けた共通抵抗Ｒ８を有する。このため、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２のゲート電荷の放電時、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２のゲートに繋がる放電側分岐配線には、常に同じ電圧が印加される。換言すれば、本実施形態のＩＧＢＴ駆動装置３００は、ゲート電荷の放電時にも、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２を定電圧駆動する。

このような定電圧駆動を行う場合の電流の自己調整機能について、ゲート充電回路を例として図９及び図１０を用いて説明する。

図９に示す、共通抵抗Ｒ７を含むゲート充電回路は、図１０に示す交流等価回路に置き換えることができる。図１０において、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２のゲートの充電途中で、ゲート間の電位差がΔＶｇだけ発生したとすると、ゲート間は、バランス抵抗Ｒ１、Ｒ２を介して接続されているため、高電位側のゲートから低電位側のゲートへと電流ΔＩｇが流れる。

上述した第１実施形態のゲート充電回路は、交流等価回路において定電流回路１４をオープンとして扱うことができたので、帰還電流は、すべて対向するゲートに供給されるものと考えることができた。それに対して、本実施形態のゲート充電回路は、図１０に示すように、ゲート間を接続する回路は閉回路ではなく、抵抗値Ｒｏｎを持つ共通抵抗Ｒ７が接続されている。このため、ゲート間に電位差ΔＶｇが発生したときに、両ゲート間を流れる電流の一部ΔＩｓは、共通抵抗Ｒ７を介して外部へ抜けてしまう。この結果、高電位側のゲートから低電位側のゲートへと流れる電流ΔＩｇは、下記の数式２に示すようになる。

（数２） ΔＩｇ＝ΔＶｇ／２Ｒｂ−ΔＩｇ
従って、第１実施形態のゲート充電回路に比べれば、ゲート間に電位差が発生した際の電流調整機能は若干低下する。その一方で、本実施形態のＩＧＢＴ駆動装置３００は、第１実施形態のＩＧＢＴ駆動装置１００に比較して回路構成を簡素化することができるというメリットがある。

なお、上述した第３実施形態では、ゲート充電回路とゲート放電回路の両方とも、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２を定電圧駆動するものであった。しかしながら、ゲート充電回路とゲート放電回路の一方だけが第１及び第２ＩＧＢＴ１、２を定電圧駆動し、他方は定電流駆動するように構成してもよい。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態によるＩＧＢＴ駆動装置４００について、図１１及び図１２を参照して説明する。

上述した第１実施形態のＩＧＢＴ駆動装置１００では、オンしていたＩＧＢＴのゲートの電荷の放電を促進させることで、そのオンしていたＩＧＢＴがオフする速度を早めるスイッチとして、オフ用メインスイッチＴｒ３のみが設けられていた。それに対して、本実施形態のＩＧＢＴ駆動装置４００では、オフ用メインスイッチＴｒ３に加えて、オフ用メインスイッチＴｒ３と並列に、第２ＩＧＢＴ２のゲート電荷の放電を促進するオフ用サブスイッチＴｒ５が設けられている。本実施形態のＩＧＢＴ駆動装置４００の他の構成は、第１実施形態のＩＧＢＴ駆動装置１００の構成と同じであるため、説明を省略する。

第１実施形態で説明したように、ＩＧＢＴのオン期間において、オン用メインスイッチＴｒ１が導通している状態から、オン用サブスイッチＴｒ２が導通する状態に切り替えられたときには、オフ用メインスイッチＴｒ３は非導通のままであるため、第２ＩＧＢＴ２のゲートに蓄積された電荷は、抵抗Ｒ６を介して放電されることになる。この際、第２ＩＧＢＴ２がオフとなる速度を速めるため、抵抗Ｒ６の抵抗値を比較的低い値に設定すると、第２ＩＧＢＴ２がオン状態となっているときに、比較的大きな電流が抵抗Ｒ６を流れることになり、消費電流を増加させてしまう。

そのため、本実施形態のＩＧＢＴ４００では、消費電流を増加させることなく、第２ＩＧＢＴ２のオフ速度を速めることを可能とすべく、第２ＩＧＢＴ２に対してオフ用サブスイッチＴｒ５を設けたのである。このオフ用サブスイッチＴｒ５は、図１２のタイミングチャートに示すように、駆動信号のオン指令期間に、オン用メインスイッチＴｒ１が導通から非導通に切り替えられ、かつ、オン用サブスイッチＴｒ２が非導通から導通へ切り替えられたときに、非導通から導通に切り替えられる。

これにより、例えば、図２に実線で示すように、第２ＩＧＢＴ２のゲート電位の低下速度を、図１２に点線で示す、抵抗Ｒ６のみを介して第２ＩＧＢＴ２のゲート電荷を放電した場合のゲート電位の低下速度よりも速めることができる。その結果、第２ＩＧＢＴ２のゲート電荷の放電が促進され、第２ＩＧＢＴ２を早期にオフさせることができる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態によるＩＧＢＴ駆動装置５００について、図１３を参照して説明する。

上述した第１実施形態のＩＧＢＴ駆動装置１００のように、電流の回り込みを防止する整流素子としてダイオードＤ１、Ｄ２を用いると、オン用メインスイッチＴｒ１が導通しているとき、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２のゲートには、ダイオードＤ１、Ｄ２の順方向電圧だけ電圧降下した電圧が印加される。しかし、ダイオードＤ１、Ｄ２の順方向電圧は、負の温度特性を持つので、周囲温度が変化すると、各ＩＧＢＴ１、２のゲート電圧がばらつく要因となりえる。

そこで、本実施形態のＩＧＢＴ駆動装置５００では、ダイオードＤ１、Ｄ２の負の温度特性によって変化する降下電圧を相殺するように変化する電源電圧を発生する温度依存型電圧レギュレータ２０を含む電源回路を設けている。これにより、温度変化によらず、各ＩＧＢＴ１，２のゲートに一定の電圧を印加することができるようになる。

温度依存型電圧レギュレータ２０は、図１３に示すように、差動増幅器ＡＭＰ１の帰還回路に、ダイオードＤ１、Ｄ２と同じ負の温度特性を有するダイオードＤ５を挿入している。このため、温度依存型電圧レギュレータ２０の出力電圧Ｖｓは、下記の数式３で示す電圧となる。

（数３） Ｖｓ＝｛（Ｒ９＋Ｒ１０）／Ｒ９｝×∨ｒｅｆ＋ＶＦ
なお、数式３において、Ｖｒｅｆは基準電圧、ＶＦは、ダイオードＤ５の順方向電圧である。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態によるＩＧＢＴ駆動装置６００について、図１４を参照して説明する。

上述した第１〜第５実施形態では、ＩＧＢＴ駆動装置１００〜５００が、並列に接続された２個のＩＧＢＴ１、２を駆動する例について説明した。しかしながら、ＩＧＢＴ駆動装置が駆動するＩＧＢＴの数は２個に制限されず、ＩＧＢＴ駆動装置は、例えば、並列接続された３個以上のＩＧＢＴを駆動するものであってもよい。

例えば、第６実施形態のＩＧＢＴ駆動装置６００として、並列接続された３個のＩＧＢＴ１、２、３を駆動する場合の回路構成の一例を図１４に示す。図１４に示す例では、オン用メインスイッチＴｒ１が導通すると、第１〜第３ＩＧＢＴ１〜３がオンする。一方、オン用サブスイッチＴｒ２が導通すると、第１ＩＧＢＴ１のみがオンする。また、オフ用メインスイッチＴｒ３が導通すると、第１〜第３ＩＧＢＴ１〜３のゲートからオフ用メインスイッチＴｒ３を介して放電電流が流れる。

ただし、このような回路構成例に限られることなく、他の回路構成を採用してもよい。例えば、図１４において、オン用サブスイッチＴｒ２は、２個のＩＧＢＴ（第１ＩＧＢＴ１と第２ＩＧＢＴ２、または第１ＩＧＢＴ１と第３ＩＧＢＴ３）のゲートに接続され、２個のＩＧＢＴをオンさせるものであってもよい。換言すれば、オン用サブスイッチＴｒ２は、１個のＩＧＢＴだけでなく、オン用メインスイッチＴｒ１の駆動数より少ない範囲で、複数のＩＧＢＴを駆動するものであってもよい。

また、図１４において、オン用サブスイッチを複数設けてもよい。その場合、オン用サブスイッチとして、１個のＩＧＢＴを駆動するオン用サブスイッチと、複数個のＩＧＢＴを駆動するオン用サブスイッチとが含まれていてもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々、変形して実施することができる。

例えば、上述した各実施形態のＩＧＢＴ駆動装置は、それぞれ個別に説明されたが、組み合わせることに技術的不利益や矛盾が生じない限り、各実施形態の特徴的な回路構成を他の実施形態のＩＧＢＴ駆動装置に組み合わせて、実施することができる。

また、上述した各実施形態では、ＩＧＢＴ駆動装置が駆動する第１及び第２ＩＧＢＴ１，２は、同じ特性を有するものであった、第１及び第２ＩＧＢＴ１、２は、電流容量（サイズ）やゲート容量などの特性が異なるものであってもよい。各ＩＧＢＴのゲート容量が異なる場合には、ゲート容量の大きいＩＧＢＴのゲートに電流が流れやすくなるように、バランス抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値を異なる値に調整してもよい。

１、２：ＩＧＢＴ、１０：制御回路、１２：電源電位、１４、１６：定電流回路、２０：温度依存型電圧レギュレータ、１００〜６００：ＩＧＢＴ駆動装置、ＡＭＰ１：差動増幅器、Ｄ１〜Ｄ５：ダイオード、Ｒ１〜Ｒ４：バランス抵抗、Ｔｒ１：オン用メインスイッチ、Ｔｒ２：オン用サブスイッチ、Ｔｒ３：オフ用メインスイッチ、Ｔｒ４：オフ用サブスイッチ

Claims (15)

1. 並列に接続された複数のスイッチング素子（１〜３）を駆動するためのスイッチング素子駆動装置であって、
   複数の前記スイッチング素子のゲートに接続され、導通したとき、複数の前記スイッチング素子のゲート電位を上昇させて、複数の前記スイッチング素子をオンさせるメインスイッチ（Ｔｒ１）と、
   前記メインスイッチと複数の前記スイッチング素子のゲートとの間にそれぞれ挿入され、前記メインスイッチから複数の前記スイッチング素子のゲートへ向かう方向を順方向とする複数の整流素子（Ｄ１、Ｄ２）と、
   前記整流素子の下流側において、複数の前記スイッチング素子の中で、前記メインスイッチが接続されるよりも少ない数の前記スイッチング素子のゲートに、前記メインスイッチと並列に接続され、導通したとき、接続された前記スイッチング素子のゲート電位を上昇させて、接続された前記スイッチング素子をオンさせるサブスイッチ（Ｔｒ２、Ｔｒ４）と、
   前記メインスイッチ及び前記サブスイッチの導通、非導通を制御する制御回路（１０）と、を備えるスイッチング素子駆動装置。
2. 前記メインスイッチと複数の前記スイッチング素子のゲートとの間にそれぞれ挿入される前記整流素子と直列に接続される複数の抵抗（Ｒ１、Ｒ２）をさらに備える請求項１に記載のスイッチング素子駆動装置。
3. 前記サブスイッチ（Ｔｒ２）は、複数の前記スイッチング素子の中の１個の前記スイッチング素子のゲートに接続される請求項１又は２に記載のスイッチング素子駆動装置。
4. 前記サブスイッチ（Ｔｒ２、Ｔｒ４）は、複数の前記スイッチング素子の中の少なくとも２個以上の前記スイッチング素子に対して個別に設けられ、複数の前記サブスイッチは、それぞれ、対応する１個の前記スイッチング素子のゲートに接続される請求項１又は２に記載のスイッチング素子駆動装置。
5. 複数の前記スイッチング素子は、ＰＷＭ駆動信号に従って周期的にオン、オフされるものであり、
   前記制御回路は、ＰＷＭ駆動信号のオン期間に、前記サブスイッチにより複数の前記スイッチング素子を個別にオンする場合、複数のＰＷＭ駆動周期に渡って、前記サブスイッチが個別に設けられた少なくとも２個以上の前記スイッチング素子の駆動頻度を均等化するように、複数の前記サブスイッチの導通、非導通を制御する請求項４に記載のスイッチング素子駆動装置。
6. 前記制御回路は、最初に前記メインスイッチを導通して、複数の前記スイッチング素子をオンさせ、その後、複数の前記スイッチング素子を介して流れる電流が所定値以下である場合に、前記メインスイッチを非導通にするとともに、前記サブスイッチを導通して、前記サブスイッチに接続された前記スイッチング素子だけをオン状態に維持する請求項１乃至５のいずれかに記載のスイッチング素子駆動装置。
7. 前記メインスイッチに接続される配線が複数の前記スイッチング素子のゲートにそれぞれ接続される配線に分岐する前の共通配線に設けられる共通抵抗（Ｒ７）をさらに備える請求項１乃至６いずれかに記載のスイッチング素子駆動装置。
8. 前記メインスイッチに接続された配線が複数の前記スイッチング素子のゲートにそれぞれ接続される配線に分岐する前の共通配線に設けられる定電流源（１４）をさらに備える請求項１乃至６のいずれかに記載のスイッチング素子駆動装置。
9. 前記整流素子の下流側において、複数の前記スイッチング素子のゲートに接続され、複数の前記スイッチング素子がオンからオフに切り替えられるときに導通され、オンしていたスイッチング素子のゲートの電荷を放電させることにより、オンしていたスイッチング素子がオフする速度を早めるオフ用メインスイッチ（Ｔｒ３）を備える請求項１乃至８のいずれかに記載のスイッチング素子駆動装置。
10. 前記オフ用メインスイッチと複数の前記スイッチング素子のゲートとの間にそれぞれ挿入され、複数の前記スイッチング素子のゲートから前記オフ用メインスイッチへ向かう方向を順方向とする複数のオフ用整流素子（Ｄ３、Ｄ４）を備える請求項９に記載のスイッチング素子駆動装置。
11. 前記オフ用メインスイッチと複数の前記スイッチング素子のゲートとの間にそれぞれ挿入されるオフ用整流素子と直列に接続される複数のオフ用抵抗（Ｒ３、Ｒ４）をさらに備える請求項１０に記載のスイッチング素子駆動装置。
12. 前記オフ用メインスイッチに接続された配線が複数の前記スイッチング素子のゲートにそれぞれ接続される配線に分岐する前の共通配線に設けられたオフ用共通抵抗（Ｒ８）をさらに備える請求項９乃至１１のいずれかに記載のスイッチング素子駆動装置。
13. 前記オフ用メインスイッチに接続された配線が複数の前記スイッチング素子のゲートにそれぞれ接続される配線に分岐する前の共通配線に設けられたオフ用定電流源（１６）をさらに備える請求項９乃至１１のいずれかに記載のスイッチング素子駆動装置。
14. 複数の前記スイッチング素子は、前記制御回路が、前記メインスイッチを導通から非導通に切り替えるとともに、前記サブスイッチを非導通から導通に切り替えたときにオンからオフに切り替えられるスイッチング素子（２）を含み、
    前記メインスイッチの非導通への切り替えによってオンからオフに切り替えられる前記スイッチング素子のゲートに接続され、導通することで、オンしていた前記スイッチング素子のゲートの電荷を放電させることにより、オンしていた前記スイッチング素子がオフする速度を早めるオフ用サブスイッチ（Ｔｒ５）を備える請求項９乃至１３のいずれかに記載のスイッチング素子駆動装置。
15. 前記整流素子は、順方向における降下電圧が負の温度特性を有し、
    前記メインスイッチが導通したとき、複数の前記スイッチング素子のゲート電位を上昇させるための電源電圧を発生する電源回路を備え、
    前記電源回路は、前記整流素子の負の温度特性によって変化する降下電圧を相殺するように変化する電源電圧を発生する温度依存型電圧レギュレータ（２０）を含む請求項１乃至１４のいずれかに記載のスイッチング素子駆動装置。

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