JP2020124092A - スイッチング回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】スイッチング回路において、サージ抑制とスイッチング損失低減を両立しつつ、スイッチング回路全体の小型化を図る。【解決手段】スイッチング回路2は、メインスイッチング素子3と、低電位配線22と、制御スイッチング素子24と、オペアンプ26と、温度センサ8を備える。低電位配線22は、メインスイッチング素子3のゲート閾値よりも低い電位を有する。制御スイッチング素子24は、メインスイッチング素子3のゲートと低電位配線の間に接続されている。オペアンプ26の出力端子は、制御スイッチング素子24のゲートに接続されている。温度センサ8は、メインスイッチング素子3の温度を測定する。メインスイッチング素子3のターンオフ時に、オペアンプ26は、温度センサ8が測定するメインスイッチング素子3の温度が低いほど、制御スイッチング素子24に流れる放電電流が小さくなるように、制御スイッチング素子24を制御する。【選択図】図1
Description
本明細書が開示する技術は、スイッチング回路に関する。
絶縁ゲート型のスイッチング素子は、スイッチング素子の温度によって、そのゲート閾値が変化する。それにより、スイッチング素子のターンオフ速度も、スイッチング素子の温度によって変化する。ターンオフ速度が速すぎると、高いサージ電圧が発生する。また、ターンオフ速度が遅すぎると、スイッチング損失が大きくなる。特許文献1に、スイッチング素子の温度に応じてゲートの抵抗値を変更する技術が開示されている。この技術によれば、温度に応じてスイッチング素子のターンオフ速度を調節することができる。
特許文献1のようにゲートの抵抗値を変更する場合には、複数のゲート抵抗を設け、温度に応じて電流を流すゲート抵抗を変更する必要がある。複数のゲート抵抗をIC化することは困難である。このため、複数のゲート抵抗を使用してスイッチング素子のスイッチング速度の制御を行うスイッチング回路は、大型になる。本明細書では、スイッチング回路において、サージ抑制とスイッチング損失低減を両立しつつ、スイッチング回路全体を小型化し得る技術を提供する。
本明細書が開示するスイッチング回路は、メインスイッチング素子と、低電位配線と、制御スイッチング素子と、オペアンプと、温度センサを備える。低電位配線は、メインスイッチング素子のゲート閾値よりも低い電位を有する。制御スイッチング素子は、メインスイッチング素子のゲートと低電位配線の間に接続されている。オペアンプの出力端子は、制御スイッチング素子のゲートに接続されている。温度センサは、メインスイッチング素子の温度を測定する。メインスイッチング素子のターンオフ時に、オペアンプは、温度センサが測定するメインスイッチング素子の温度が低いほど、制御スイッチング素子に流れる放電電流が小さくなるように、制御スイッチング素子を制御する。
上記のスイッチング回路では、オペアンプによって制御スイッチング素子が制御される。メインスイッチング素子の温度が低い場合には、メインスイッチング素子のゲート閾値が高くなるので、メインスイッチング素子が高速でターンオフし易い(すなわち、高いサージ電圧が生じ易い)。この場合、オペアンプが制御スイッチング素子に流れる放電電流が小さくなるように制御スイッチング素子を制御するので、メインスイッチング素子が過度に速い速度でターンオフすることが抑制される。このため、高いサージ電圧の発生が抑制される。また、メインスイッチング素子の温度が高い場合には、メインスイッチング素子のゲート閾値が低くなるので、メインスイッチング素子が低速でターンオフし易い(すなわち、スイッチング損失が高くなり易い)。この場合、オペアンプが制御スイッチング素子に流れる放電電流が大きくなるように制御スイッチング素子を制御するので、メインスイッチング素子が過度に遅い速度でターンオフすることが抑制される。このため、高いスイッチング損失の発生が抑制される。このように、このスイッチング回路によれば、サージ抑制とスイッチング損失低減を両立することができる。また、このスイッチング回路では、オペアンプによって制御スイッチング素子に流れる放電電流を制御する。オペアンプはIC化が容易であるので、スイッチング回路を小型化することができる。
最初に、実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。
本明細書が開示するスイッチング回路は、電源と負荷との間で電力変換を行う、DC−DCコンバータやインバータといった電力変換装置の一部を構成することができる。本明細書が開示するスイッチング回路は、一例ではあるが、ハイブリッド車、燃料電池車、又は、電気自動車といった自動車に搭載される。但し、本明細書で開示される技術は、自動車に搭載されるスイッチング回路だけでなく、様々な用途の電力変換装置にも採用することができる。
図1は、実施例1のスイッチング回路2を示している。スイッチング回路2は、メインスイッチング素子3を有している。スイッチング回路2は、メインスイッチング素子3をスイッチングさせる。スイッチング回路2は、温度センサ8と、制御装置9と、駆動IC10を有している。
メインスイッチング素子3は、NMOSである。メインスイッチング素子3のドレインは、負荷4に接続されている。メインスイッチング素子3のソースは、グランドに接続されている。メインスイッチング素子3がオンすると、負荷4からメインスイッチング素子3を介してグランドへドレイン電流Idが流れる。
温度センサ8は、メインスイッチング素子3の温度を測定する。温度センサ8は、駆動IC10に接続されている。温度センサ8の測定値は、駆動IC10に入力される。
制御装置9は、駆動IC10に接続されている。制御装置9は、メインスイッチング素子3のターンオン及びターンオフを指令する駆動信号Vsigを出す。駆動信号Vsigは、駆動IC10に入力される。
駆動IC10は、第1制御回路20と、第2制御回路30と、4つの端子10a−10dを有している。第1制御回路20は、メインスイッチング素子3のターンオフ制御を担う。第2制御回路30は、メインスイッチング素子3のターンオン制御を担う。端子10aは、抵抗器6を介してメインスイッチング素子3のゲートに接続されている。端子10bは、抵抗器7を介してメインスイッチング素子3のゲートに接続されている。端子10cは、温度センサ8に接続されている。端子10dは、制御装置9に接続されている。
第1制御回路20は、低電位配線22と、抵抗器23と、制御スイッチング素子24と、オペアンプ26と、スイッチ27と、可変電源28を有している。低電位配線22は、メインスイッチング素子3のゲート閾値よりも低い電位を有する。本実施例では、低電位配線22は、グランド(すなわち、メインスイッチング素子3のソースと同電位)に接続されている。制御スイッチング素子24は、NMOSである。制御スイッチング素子24のソースは、抵抗器23を介して低電位配線22に接続されている。制御スイッチング素子24のドレインは、端子10aに接続されている。すなわち、制御スイッチング素子24のドレインは、端子10aと抵抗器6を介してメインスイッチング素子3のゲートに接続されている。オペアンプ26の出力端子26cは、制御スイッチング素子24のゲートに接続されている。オペアンプ26は、制御スイッチング素子24のゲート電位を制御する。オペアンプ26の非反転入力端子26aは、スイッチ27に接続されている。スイッチ27は、可変電源28の正極とグランドにも接続されている。可変電源28の負極は、グランドに接続されている。スイッチ27には、制御装置9から駆動信号Vsigが入力される。スイッチ27は、駆動信号Vsigに応じて、非反転入力端子26aが可変電源28の正極に接続された状態と、非反転入力端子26aがグランドに接続された状態を切り換える。可変電源28は、正極に参照電圧Vrefを印加する。スイッチ27が非反転入力端子26aを可変電源28の正極に接続すると、非反転入力端子26aに参照電圧Vrefが印加される。すなわち、非反転入力端子26aの電位V+が、参照電圧Vrefとなる。スイッチ27が非反転入力端子26aをグランドに接続すると、非反転入力端子26aに0Vが印加される。すなわち、非反転入力端子26aの電位V+が、0Vとなる。可変電源28には、温度センサ8からメインスイッチング素子3の温度が入力される。可変電源28は、メインスイッチング素子3の温度が低いほど、参照電圧Vrefを低くする。オペアンプ26の反転入力端子26bは、制御スイッチング素子24のソースに接続されている。後に詳述するが、制御スイッチング素子24がオンすると、メインスイッチング素子3のゲートから、抵抗器6、制御スイッチング素子24、及び、抵抗器23を介して低電位配線22へ放電電流Igdが流れる。このため、抵抗器23の両端の間に、放電電流Igdの大きさに比例する大きさの電圧Vgdが生じる。電圧Vgdは、反転入力端子26bに印加される。すなわち、反転入力端子26bの電位V−は、電圧Vgdと等しい。
第2制御回路30は、高電位配線32と、制御スイッチング素子34と、ゲート制御回路30aを有している。高電位配線32には、メインスイッチング素子3のゲート閾値よりも高い電位Vonが印加されている。制御スイッチング素子34は、PMOSである。制御スイッチング素子34のソースは、高電位配線32に接続されている。制御スイッチング素子34のドレインは、端子10bに接続されている。すなわち、制御スイッチング素子34のドレインは、端子10bと抵抗器7を介してメインスイッチング素子3のゲートに接続されている。制御スイッチング素子34のゲートは、ゲート制御回路30aに接続されている。ゲート制御回路30aには、制御装置9から駆動信号Vsigが入力される。ゲート制御回路30aは、駆動信号Vsigに応じて制御スイッチング素子34を制御する。
メインスイッチング素子3のゲート閾値は、温度によって変化する。より詳細には、メインスイッチング素子3の温度が低いほど、そのゲート閾値は高くなり、メインスイッチング素子3の温度が高いほど、そのゲート閾値は低くなる。メインスイッチング素子3のゲートを放電する放電電流が一定値の場合には、ゲート閾値が高いほど(すなわち、温度が低いほど)、メインスイッチング素子3に流れる主電流が高速で減少する(すなわち、メインスイッチング素子3が高速でターンオフする)。このように、放電電流が一定値の場合には、メインスイッチング素子3の温度が低いほど、メインスイッチング素子3のターンオフ速度が速くなる。メインスイッチング素子3のターンオフ速度が速すぎると、高いサージ電圧が発生する。メインスイッチング素子3のターンオフ速度が遅すぎると、スイッチング損失が高くなる。温度によってメインスイッチング素子3のスイッチング速度が変化すると、メインスイッチング素子3を適切な速度でターンオフさせることが困難となる。これに対し、実施例1のスイッチング回路2は、温度に応じてターンオフ時の放電電流の大きさを変化させることで、メインスイッチング素子3のターンオフ速度のばらつきを抑制する。以下に、メインスイッチング素子3をターンオフする動作について、詳細に説明する。
図2は、メインスイッチング素子3をターンオフさせる場合における各値の変化を示している。図2の駆動電圧V10aは、端子10aの電位を示している。図2の放電電流Igdは、制御スイッチング素子24に流れる電流を示している。図2のゲート電位Vgは、メインスイッチング素子3のゲートの電位を示している。図2のドレイン−ソース間電圧Vdsは、メインスイッチング素子3のドレイン−ソース間の電圧を示している。図2のドレイン電流Idは、メインスイッチング素子3のドレイン−ソース間に流れる電流を示している。また、図2において、実線のグラフは、メインスイッチング素子3の温度が特定の温度TLの場合を示しており、破線のグラフは、メインスイッチング素子3の温度が上記温度TLよりも高い温度THである場合を示している。また、図2において、ゲート閾値Vth1は、メインスイッチング素子3の温度が温度TL(低温)の場合のゲート閾値を示しており、ゲート閾値Vth2は、メインスイッチング素子3の温度が温度TH(高温)の場合のゲート閾値を示している。低温時のゲート閾値Vth1は、高温時のゲート閾値Vth2よりも高い。
最初に、メインスイッチング素子3の温度が温度TL(低温)である場合の動作について説明する。上述したように、この場合、メインスイッチング素子3のゲート閾値は、ゲート閾値Vth1となる。また、上述したように、メインスイッチング素子3の温度は、温度センサ8から可変電源28に入力される。メインスイッチング素子3の温度が低いと、可変電源28は、参照電圧Vrefを低電圧VrefLに設定する。
図2の初期のタイミングt1では、駆動信号Vsigが高電位VHとなっている。駆動信号Vsigが高電位VHである状態では、スイッチ27は、非反転入力端子26aをグランドに接続する。このため、タイミングt1では、電位V+が0Vとなっている。この状態では、オペアンプ26は、電圧Vgd(すなわち、放電電流Igd)がゼロとなるように、制御スイッチング素子24のゲートに低電位を印加する。したがって、制御スイッチング素子24はオフしている。また、駆動信号Vsigが高電位VHである状態では、ゲート制御回路30aが、制御スイッチング素子34をオンさせる。このため、高電位配線32が、制御スイッチング素子34と抵抗器7を介してメインスイッチング素子3のゲートに接続されている。したがって、メインスイッチング素子3のゲート電位Vgが、ゲート閾値よりも高い電位Vonとなっている。このため、タイミングt1では、メインスイッチング素子3がオンしている。したがって、タイミングt1では、ドレイン電流Idが大きく、ドレイン−ソース間電圧Vdsが低い。
タイミングt2において、駆動信号Vsigが、高電位VHから低電位VLに引き下げられる。駆動信号Vsigが低電位VLに引き下げられると、ゲート制御回路30aが、制御スイッチング素子34をオフさせる。このため、高電位配線32がメインスイッチング素子3のゲートから切り離される。
また、タイミングt2において駆動信号Vsigが低電位VLに引き下げられると、スイッチ27が、非反転入力端子26aを可変電源28に接続する。このため、タイミングt2において、非反転入力端子26aの電位V+が、参照電位VrefL(すなわち、可変電源28が出力する参照電圧)まで上昇する。すると、オペアンプ26は、電圧Vgdが非反転入力端子26aの電位V+(すなわち、参照電位VrefL)と一致するように、制御スイッチング素子24のゲートの電位を上昇させる。このため、制御スイッチング素子24がオンし、放電電流Igdが流れる。オペアンプ26は、電流Igdが参照電圧VrefLに対応する一定値となるように制御する。このため、タイミングt2以降に、放電電流Igdが、電流Igd1まで増加する。この場合、参照電圧VrefLが比較的低いので、放電電流Igd(すなわち、電流Igd1)は比較的小さい値となる。放電電流Igdが流れることで、メインスイッチング素子3のゲートが放電される。このため、タイミングt2以降に、ゲート電位Vg及び駆動電圧V10aが低下する。放電電流Igdが小さいので、ゲート電位Vg及び駆動電圧V10aは、比較的遅い速度で低下する。ゲート電位Vgがゲート閾値Vth1を下回ると、ドレイン電流Idが減少するとともに、ドレイン−ソース間電圧Vdsが上昇する。すなわち、メインスイッチング素子3がターンオフする。ゲート閾値Vth1が高いので、メインスイッチング素子3は高速でターンオフしようとする。しかしながら、ゲート電位Vgの低下速度が遅いので、メインスイッチング素子3が過度に高速でターンオフすることが防止される。メインスイッチング素子3は、適切な速度でターンオフする。このため、ドレイン−ソース間電圧Vdsが上昇するときに生じるサージ電圧Vsrgは、それほど高くならない。また、ドレイン電流Idの低下速度が適切な速度となり、過度に高いターンオフ損失が生じることが抑制される。
次に、メインスイッチング素子3の温度が温度TH(高温)である場合の動作(すなわち、図2の破線のグラフの場合の動作)について説明する。上述したように、この場合、メインスイッチング素子3のゲート閾値は、ゲート閾値Vth1よりも低いVth2となる。また、メインスイッチング素子3の温度が温度TH(高温)である場合には、可変電源28は、参照電圧Vrefを高電圧VrefHに設定する。参照電圧VrefHは、参照電圧VrefLよりも高い。
メインスイッチング素子3の温度が温度TH(高温)の場合でも、タイミングt1においては、メインスイッチング素子3の温度が温度TL(低温)の場合と同様にスイッチング回路2が動作する。タイミングt2において、駆動信号Vsigが低電位VLに引き下げられる。すると、メインスイッチング素子3の温度が温度TL(低温)の場合と同様に、制御スイッチング素子34がオフするとともに制御スイッチング素子24がオンする。このため、放電電流Igdが流れる。このとき、電位V+(すなわち、参照電位VrefH)が高いので、オペアンプ26は、電流Igdが参照電圧VrefHに対応する一定値となるように制御する。すなわち、オペアンプ26は、低温時の放電電流Igd1よりも大きい放電電流Igd2が流れるように、制御スイッチング素子24を制御する。このため、タイミングt2以降に、低温時よりも高速でゲート電位Vg及び駆動電圧V10aが低下する。ゲート電位Vgがゲート閾値Vth2を下回ると、ドレイン電流Idが減少するとともに、ドレイン−ソース間電圧Vdsが上昇する。すなわち、メインスイッチング素子3がターンオフする。ゲート閾値Vth2が低いので、メインスイッチング素子3は低速でターンオフしようとする。しかしながら、ゲート電位Vgの低下速度が速いので、メインスイッチング素子3が過度に低速でターンオフすることが防止される。メインスイッチング素子3は、適切な速度(低温時と同等の速度)でターンオフする。このため、ドレイン電流Idの低下速度が適切な速度となり、過度に高いターンオフ損失が生じることが抑制される。また、ドレイン−ソース間電圧Vdsが上昇するときに生じるサージ電圧Vsrgは、それほど高くならない。
以上に説明したように、高温時と低温時のいずれでも、ターンオフ速度が適切に制御される。したがって、スイッチング回路2によれば、メインスイッチング素子3のターンオフ時に、過度に高いサージ電圧が生じることを抑制できるとともに、過度に高いターンオフ損失が生じることを抑制できる。
以上に加えて、オペアンプ26はIC化が容易である。したがって、スイッチング回路2によれば、メインスイッチング素子3のターンオフ時に、サージ電圧抑制とスイッチング損失低減を両立でき、なおかつ、スイッチング回路2を小型化することができる。
図3は、実施例2のスイッチング回路102を示している。実施例2のスイッチング回路102の第1制御回路120は、実施例1のスイッチング回路2の第1制御回路20とは異なる構成を有している。第1制御回路以外については、実施例2のスイッチング回路102の構成は、実施例1のスイッチング回路2の構成と等しい。
第1制御回路120は、低電位配線122と、制御スイッチング素子124と、オペアンプ126と、スイッチ127と、スルーレート制御装置128と、高電位配線129を有している。低電位配線122は、メインスイッチング素子3のよりも低い電位を有する。本実施例では、低電位配線122は、グランド(すなわち、メインスイッチング素子3のソースと同電位)に接続されている。制御スイッチング素子124は、NMOSである。制御スイッチング素子124のソースは、低電位配線122に接続されている。制御スイッチング素子124のドレインは、端子10aに接続されている。すなわち、制御スイッチング素子124のドレインは、端子10aと抵抗器6を介してメインスイッチング素子3のゲートに接続されている。オペアンプ126の出力端子126cは、制御スイッチング素子124のゲートに接続されている。オペアンプ126は、制御スイッチング素子124のゲート電位を制御する。オペアンプ126の非反転入力端子126aは、制御スイッチング素子124のドレイン及び端子10aに接続されている。オペアンプ126の反転入力端子126bは、スイッチ127に接続されている。スイッチ127は、高電位配線129とグランドにも接続されている。スイッチ127には、制御装置9から駆動信号Vsigが入力される。スイッチ127は、駆動信号Vsigに応じて、反転入力端子126bがグランドに接続された状態と、反転入力端子126bが高電位配線129に接続された状態を切り換える。高電位配線129には、メインスイッチング素子3のゲート閾値よりも高い電位が印加されている。本実施例では、高電位配線129には、高電位配線32と同じ電位Vonが印加されている。スイッチ127が反転入力端子126bをグランドに接続すると、反転入力端子126bに0Vが印加される。すなわち、反転入力端子126bの電位V−が、0Vとなる。スイッチ127が反転入力端子126bを高電位配線129に接続すると、反転入力端子126bに電位Vonが印加される。すなわち、反転入力端子126bの電位V−が、電位Vonとなる。オペアンプ126には、スルーレート制御装置128が接続されている。スルーレート制御装置128は、オペアンプ126のスルーレートを変更する。スルーレート制御装置128には、温度センサ8からメインスイッチング素子3の温度が入力される。スルーレート制御装置128は、メインスイッチング素子3の温度が低いほど、オペアンプ126のスルーレートを低くする。
実施例2のスイッチング回路102は、メインスイッチング素子3がターンオフするときのオペアンプ126のスルーレートの大きさを温度に応じて変化させることで、メインスイッチング素子3のターンオフ速度のばらつきを抑制する。以下に、メインスイッチング素子3をターンオフする動作について、詳細に説明する。
図4は、メインスイッチング素子3をターンオフさせる場合における各値の変化を示している。図4の電位Voutは、オペアンプ126の出力端子126cから出力される電位を示している。図4において、実線のグラフは、メインスイッチング素子3の温度が特定の温度TLの場合を示しており、破線のグラフは、メインスイッチング素子3の温度が上記温度TLよりも高い温度THである場合を示している。また、図4において、ゲート閾値Vth1は、メインスイッチング素子3の温度が温度TL(低温)の場合のゲート閾値を示しており、ゲート閾値Vth2は、メインスイッチング素子3の温度が温度TH(高温)の場合のゲート閾値を示している。
最初に、メインスイッチング素子3の温度が温度TL(低温)である場合の動作について説明する。上述したように、この場合、メインスイッチング素子3のゲート閾値は、ゲート閾値Vth1となる。また、上述したように、メインスイッチング素子3の温度は、温度センサ8からスルーレート制御装置128に入力される。メインスイッチング素子3の温度が低いと、スルーレート制御装置128は、オペアンプ126のスルーレートを、低いスルーレートSRLに設定する。
図4の初期のタイミングt1では、駆動信号Vsigが高電位VHとなっている。駆動信号Vsigが高電位VHである状態では、ゲート制御回路30aが、制御スイッチング素子34をオンさせる。このため、高電位配線32が、制御スイッチング素子34と抵抗器7を介してメインスイッチング素子3のゲートに接続されている。したがって、メインスイッチング素子3のゲート電位Vgが、ゲート閾値よりも高い電位Vonとなっている。このため、タイミングt1では、メインスイッチング素子3がオンしている。したがって、タイミングt1では、ドレイン電流Idが大きく、ドレイン−ソース間電圧Vdsが低い。また、端子10aにはメインスイッチング素子3のゲートと略同電位が印加されるので、タイミングt1では、駆動電圧V10aが電位Vonとなる。このため、タイミングt1では、電位V+も電位Vonとなる。また、駆動信号Vsigが高電位VHである状態では、スイッチ127は、反転入力端子126bを高電位配線129に接続する。このため、タイミングt1では、電位V−も電位Vonとなる。非反転入力端子126aと反転入力端子126bが同電位となるので、オペアンプ126が出力する電位Voutは略0Vとなり、制御スイッチング素子124はオフしている。このため、タイミングt1では、放電電流Igdが0Aとなる。
タイミングt2において、駆動信号Vsigが、高電位VHから低電位VLに引き下げられる。駆動信号Vsigが低電位VLに引き下げられると、ゲート制御回路30aが、制御スイッチング素子34をオフさせる。このため、高電位配線32がメインスイッチング素子3のゲートから切り離される。
また、タイミングt2において駆動信号Vsigが低電位VLに引き下げられると、スイッチ127が、反転入力端子126bをグランドに接続する。このため、タイミングt2において、反転入力端子126bの電位V−が、0Vまで低下する。すると、オペアンプ126は、非反転入力端子126aの電位V+が反転入力端子126bの電位V−(すなわち、電位0V)と一致するように、出力電位Vout(すなわち、制御スイッチング素子124のゲートの電位)を上昇させる。このため、制御スイッチング素子124がオンし、放電電流Igdが流れる。オペアンプ126は、低いスルーレートSRLで出力電位Voutを上昇させる。したがって、放電電流Igdが比較的小さい電流Igd1となる。放電電流Igdが流れることで、メインスイッチング素子3のゲートが放電される。このため、タイミングt2以降に、ゲート電位Vg及び駆動電圧V10aが低下する。放電電流Igdが比較的低いので、ゲート電位Vg及び駆動電圧V10aは、比較的遅い速度で低下する。ゲート電位Vgがゲート閾値Vth1を下回ると、ドレイン電流Idが減少するとともに、ドレイン−ソース間電圧Vdsが上昇する。すなわち、メインスイッチング素子3がターンオフする。ゲート閾値Vth1が高いので、メインスイッチング素子3は高速でターンオフしようとする。しかしながら、ゲート電位Vgの低下速度が遅いので、メインスイッチング素子3が過度に高速でターンオフすることが防止される。メインスイッチング素子3は、適切な速度でターンオフする。このため、ドレイン−ソース間電圧Vdsが上昇するときに生じるサージ電圧Vsrgは、それほど高くならない。また、ドレイン電流Idの低下速度が適切な速度となり、過度に高いターンオフ損失が生じることが抑制される。
次に、メインスイッチング素子3の温度が温度TH(高温)である場合の動作(すなわち、図4の破線のグラフの場合の動作)について説明する。上述したように、この場合、メインスイッチング素子3のゲート閾値は、ゲート閾値Vth1よりも低いVth2となる。また、メインスイッチング素子3の温度が温度TH(高温)である場合には、スルーレート制御装置128は、オペアンプ126のスルーレートを、高いスルーレートSRHに設定する。スルーレートSRHは、スルーレートSRLよりも高い。
メインスイッチング素子3の温度が温度TH(高温)の場合でも、タイミングt1においては、メインスイッチング素子3の温度が温度TL(低温)の場合と同様にスイッチング回路102が動作する。タイミングt2において、駆動信号Vsigが低電位VLに引き下げられる。すると、メインスイッチング素子3の温度が温度TL(低温)の場合と同様に、制御スイッチング素子34がオフするとともに制御スイッチング素子124がオンする。このため、放電電流Igdが流れる。オペアンプ126は、高いスルーレートSRHで出力電位Voutを上昇させる。したがって、放電電流Igdが低温時より大きい電流Igd2となる。このため、タイミングt2以降に、低温時よりも高速でゲート電位Vg及び駆動電圧V10aが低下する。ゲート電位Vgがゲート閾値Vth2を下回ると、ドレイン電流Idが減少するとともに、ドレイン−ソース間電圧Vdsが上昇する。すなわち、メインスイッチング素子3がターンオフする。ゲート閾値Vth2が低いので、メインスイッチング素子3は低速でターンオフしようとする。しかしながら、ゲート電位Vgの低下速度が速いので、メインスイッチング素子3が過度に低速でターンオフすることが防止される。メインスイッチング素子3は、適切な速度(低温時と同等の速度)でターンオフする。このため、ドレイン電流Idの低下速度が適切な速度となり、過度に高いターンオフ損失が生じることが抑制される。また、ドレイン−ソース間電圧Vdsが上昇するときに生じるサージ電圧Vsrgは、それほど高くならない。
以上に説明したように、高温時と低温時のいずれでも、ターンオフ速度が適切に制御される。したがって、スイッチング回路102によれば、メインスイッチング素子3のターンオフ時に、過度に高いサージ電圧が生じることを抑制できるとともに、過度に高いターンオフ損失が生じることを抑制できる。
以上に加えて、オペアンプ126はIC化が容易である。したがって、スイッチング回路102によれば、メインスイッチング素子3のターンオフ時に、サージ電圧抑制とスイッチング損失低減を両立でき、なおかつ、スイッチング回路102を小型化することができる。
図5は、実施例3のスイッチング回路202を示している。実施例3のスイッチング回路202の第1制御回路220は、実施例1のスイッチング回路2の第1制御回路20とは異なる構成を有している。実施例3のスイッチング回路202の第2制御回路230は、実施例1のスイッチング回路2の第2制御回路30とは異なる構成を有している。第1制御回路及び第2制御回路以外については、実施例3のスイッチング回路202の構成は、実施例1のスイッチング回路2の構成と等しい。
第1制御回路220は、低電位配線222と、制御スイッチング素子224と、ゲート制御回路220aを有している。低電位配線222は、メインスイッチング素子3のゲート閾値よりも低い電位を有する。本実施例では、低電位配線222は、グランド(すなわち、メインスイッチング素子3のソースと同電位)に接続されている。制御スイッチング素子224は、NMOSである。制御スイッチング素子224のソースは、低電位配線222に接続されている。制御スイッチング素子224のドレインは、端子10aに接続されている。すなわち、制御スイッチング素子224のドレインは、端子10aと抵抗器6を介してメインスイッチング素子3のゲートに接続されている。制御スイッチング素子224のゲートは、ゲート制御回路220aに接続されている。ゲート制御回路220aには、制御装置9から駆動信号Vsigが入力される。ゲート制御回路220aは、駆動信号Vsigに応じて制御スイッチング素子224を制御する。
第2制御回路230は、高電位配線232と、抵抗器233と、制御スイッチング素子234と、オペアンプ236と、スイッチ237と、可変電源238と、2つの高電位配線239a、239bを有している。高電位配線232は、メインスイッチング素子3のゲート閾値よりも高い電位Vonが印加されている。制御スイッチング素子234は、PMOSである。制御スイッチング素子234のソースは、抵抗器233を介して高電位配線232に接続されている。制御スイッチング素子234のドレインは、端子10bに接続されている。すなわち、制御スイッチング素子234のドレインは、端子10bと抵抗器7を介してメインスイッチング素子3のゲートに接続されている。オペアンプ236の出力端子236cは、制御スイッチング素子234のゲートに接続されている。オペアンプ236は、制御スイッチング素子234のゲート電位を制御する。オペアンプ236の非反転入力端子236aは、スイッチ237に接続されている。スイッチ237は、可変電源238の負極と高電位配線239bにも接続されている。可変電源238の正極は、高電位配線239aに接続されている。本実施例では、高電位配線239a、239bには、高電位配線232と同じ電位Vonが印加されている。スイッチ237には、制御装置9から駆動信号Vsigが入力される。スイッチ237は、駆動信号Vsigに応じて、非反転入力端子236aが可変電源238の負極に接続された状態と、非反転入力端子236aが高電位配線239bに接続された状態を切り換える。可変電源238は、正極と負極の間に電圧Vrefを印加する。スイッチ237が非反転入力端子236aを可変電源238の負極に接続すると、非反転入力端子236aに参照電位Von−Vrefが印加される。すなわち、非反転入力端子236aの電位V+が、参照電位Von−Vrefとなる。スイッチ237が非反転入力端子236aを高電位配線239bに接続すると、非反転入力端子236aに電位Vonが印加される。すなわち、非反転入力端子236aの電位V+が、Vonとなる。可変電源238には、温度センサ8からメインスイッチング素子3の温度が入力される。可変電源238は、メインスイッチング素子3の温度が高いほど、電圧Vrefを低くする。スイッチ237が非反転入力端子236aを可変電源238の負極に接続しているときは、メインスイッチング素子3の温度が高いほど、非反転入力端子236aの電位V+(すなわち、参照電位Von−Vref)は高くなる。オペアンプ236の反転入力端子236bは、制御スイッチング素子234のソースに接続されている。後に詳述するが、制御スイッチング素子234がオンすると、高電位配線232から、抵抗器233、制御スイッチング素子234、及び、抵抗器7を介して、メインスイッチング素子3のゲートへ充電電流Idgが流れる。このため、抵抗器233の両端の間に、充電電流Idgの大きさに比例する大きさの電圧Vdgが生じる。この場合、反転入力端子236bの電位V−は、V−=Von−Vdgの関係を満たす。
上述の通り、メインスイッチング素子3のゲート閾値は、温度によって変化する。メインスイッチング素子3のゲートを充電する充電電流が一定値の場合には、ゲート閾値が低いほど(すなわち、温度が高いほど)、メインスイッチング素子3に流れる主電流が高速で増加する(すなわち、メインスイッチング素子3が高速でターンオンする)。このように、充電電流を一定値とする場合には、メインスイッチング素子3の温度が高いほど、メインスイッチング素子3のターンオン速度が速くなる。メインスイッチング素子3のターンオン速度が速すぎると、大きいサージ電流が発生する。メインスイッチング素子3のターンオン速度が遅すぎると、スイッチング損失が高くなる。温度によってメインスイッチング素子3のスイッチング速度が変化すると、メインスイッチング素子3を適切な速度でターンオンさせることが困難となる。これに対し、実施例3のスイッチング回路202は、温度に応じてターンオン時の充電電流の大きさを変化させることで、メインスイッチング素子3のターンオン速度のばらつきを抑制する。以下に、メインスイッチング素子3をターンオンする動作について、詳細に説明する。
図6は、メインスイッチング素子3をターンオンさせる場合における各値の変化を示している。図6の駆動電圧V10bは、端子10bの電位を示している。図6の充電電流Idgは、制御スイッチング素子234に流れる電流を示している。図6のドレイン−ソース間電圧Vdsは、メインスイッチング素子3のドレイン−ソース間の電圧を示している。図6のドレイン電流Idは、メインスイッチング素子3のドレイン−ソース間に流れる電流を示している。また、図6において、実線のグラフは、メインスイッチング素子3の温度が特定の温度TLの場合を示しており、破線のグラフは、メインスイッチング素子3の温度が上記温度TLよりも高い温度THである場合を示している。また、図6において、ゲート閾値Vth1は、メインスイッチング素子3の温度が温度TL(低温)の場合のゲート閾値を示しており、ゲート閾値Vth2は、メインスイッチング素子3の温度が温度TH(高温)の場合のゲート閾値を示している。
最初に、メインスイッチング素子3の温度が温度TH(高温)である場合の動作について説明する。上述したように、この場合、メインスイッチング素子3のゲート閾値は、ゲート閾値Vth2となる。また、上述したように、メインスイッチング素子3の温度は、温度センサ8から可変電源238に入力される。メインスイッチング素子3の温度が高いと、可変電源238は、参照電圧Vrefを低電圧VrefLに設定する。
図6の初期のタイミングt1では、駆動信号Vsigが低電位VLとなっている。駆動信号Vsigが低電位VLである状態では、スイッチ237は、非反転入力端子236aを高電位配線239bに接続する。このため、タイミングt1では、電位V+が電位Vonとなっている。この状態では、オペアンプ236は、電位V−(すなわち、電位Von−Vdg)が電位Vonと一致するように、制御スイッチング素子234のゲートの電位を制御する。すなわち、オペアンプ236は、電圧Vdgが0Vとなるように、制御スイッチング素子234のゲートに高電位を印加する。制御スイッチング素子234はPMOSであるから、制御スイッチング素子234はオフしている。また、駆動信号Vsigが低電位VLである状態では、ゲート制御回路220aが、制御スイッチング素子224をオンさせる。このため、低電位配線222が、制御スイッチング素子224と抵抗器6を介してメインスイッチング素子3のゲートに接続されている。したがって、メインスイッチング素子3のゲート電位Vgが、ゲート閾値よりも低い電位0Vとなっている。このため、タイミングt1では、メインスイッチング素子3がオフしている。したがって、タイミングt1では、ドレイン電流Idが小さく、ドレイン−ソース間電圧Vdsが高い。
タイミングt2において、駆動信号Vsigが、低電位VLから高電位VHに引き上げられる。駆動信号Vsigが高電位VHに引き上げられると、ゲート制御回路220aが、制御スイッチング素子224をオフさせる。このため、低電位配線222がメインスイッチング素子3のゲートから切り離される。
また、タイミングt2において駆動信号Vsigが高電位VHに引き上げられると、スイッチ237が、非反転入力端子236aを可変電源238に接続する。このため、タイミングt2において、非反転入力端子236aの電位V+が、参照電位Von−VrefLまで低下する。すると、オペアンプ236は、反転入力端子236bの電位V−(=Von−Vdg)が非反転入力端子236aの電位V+(=Von−VrefL)と一致するように、制御スイッチング素子234のゲートの電位を制御する。すなわち、オペアンプ236は、電圧Vdgが電圧VrefLと一致するように、制御スイッチング素子234のゲートの電位を低下させる。このため、制御スイッチング素子234がオンし、充電電流Idgが流れる。オペアンプ236は、電流Idgが電圧VrefLに対応する一定値となるように制御する。このため、タイミングt2以降に、充電電流Idgが、電流Idg1まで増加する。この場合、電圧VrefLが比較的低いので、充電電流Idg(すなわち、電流Idg1)は比較的小さい値となる。充電電流Idgが流れることで、メインスイッチング素子3のゲートが充電される。このため、タイミングt2以降に、ゲート電位Vg及び駆動電圧V10bが上昇する。充電電流Idgが小さいので、ゲート電位Vg及び駆動電圧V10bは、比較的遅い速度で上昇する。ゲート電位Vgがゲート閾値Vth2を上回ると、ドレイン電流Idが増加するとともに、ドレイン−ソース間電圧Vdsが低下する。すなわち、メインスイッチング素子3がターンオンする。ゲート閾値Vth2が低いので、メインスイッチング素子3は高速でターンオンしようとする。しかしながら、ゲート電位Vgの上昇速度が遅いので、メインスイッチング素子3が過度に高速でターンオンすることが防止される。メインスイッチング素子3は、適切な速度でターンオンする。このため、ドレイン電流Idが上昇するときに生じるサージ電流Isrgは、それほど大きくならない。また、ドレイン−ソース間電圧Vdsの低下速度が適切な速度となり、過度に高いターンオン損失が生じることが抑制される。
次に、メインスイッチング素子3の温度が温度TL(低温)である場合の動作(すなわち、図6の実線のグラフの場合の動作)について説明する。上述したように、この場合、メインスイッチング素子3のゲート閾値は、ゲート閾値Vth2よりも高いVth1となる。また、メインスイッチング素子3の温度が温度TL(低温)である場合には、可変電源238は、電圧Vrefを高電圧VrefHに設定する。電圧VrefHは、電圧VrefLよりも高い。
メインスイッチング素子3の温度が温度TL(低温)の場合でも、タイミングt1においては、メインスイッチング素子3の温度が温度TH(高温)の場合と同様にスイッチング回路202が動作する。タイミングt2において、駆動信号Vsigが高電位VHに引き上げられる。すると、メインスイッチング素子3の温度が温度TH(高温)の場合と同様に、制御スイッチング素子224がオフするとともに制御スイッチング素子234がオンする。このため、充電電流Idgが流れる。オペアンプ236は、電流Idgが電圧VrefHに対応する一定値となるように制御する。すなわち、オペアンプ236は、高温時の充電電流Idg1よりも大きい充電電流Idg2が流れるように、制御スイッチング素子234を制御する。このため、タイミングt2以降に、高温時よりも高速でゲート電位Vg及び駆動電圧V10bが上昇する。ゲート電位Vgがゲート閾値Vth1を上回ると、ドレイン電流Idが増加するとともに、ドレイン−ソース間電圧Vdsが低下する。すなわち、メインスイッチング素子3がターンオンする。ゲート閾値Vth1が高いので、メインスイッチング素子3は低速でターンオンしようとする。しかしながら、ゲート電位Vgの上昇速度が速いので、メインスイッチング素子3が過度に低速でターンオンすることが防止される。メインスイッチング素子3は、適切な速度(高温時と同等の速度)でターンオンする。このため、ドレイン−ソース間電圧Vdsの低下速度が適切な速度となり、過度に高いターンオフ損失が生じることが抑制される。また、ドレイン電流Idが上昇するときに生じるサージ電流Isrgは、それほど大きくならない。
以上に説明したように、高温時と低温時のいずれでも、ターンオン速度が適切に制御される。したがって、スイッチング回路202によれば、メインスイッチング素子3のターンオン時に、過度に大きいサージ電流が生じることを抑制できるとともに、過度に高いターンオン損失が生じることを抑制できる。
以上に加えて、オペアンプ236はIC化が容易である。したがって、スイッチング回路202によれば、メインスイッチング素子3のターンオン時に、サージ電流抑制とスイッチング損失低減を両立でき、なおかつ、スイッチング回路202を小型化することができる。
図7は、実施例4のスイッチング回路302を示している。実施例4のスイッチング回路302の第2制御回路330は、実施例3のスイッチング回路202の第2制御回路230とは異なる構成を有している。第2制御回路以外については、実施例4のスイッチング回路302の構成は、実施例3のスイッチング回路202の構成と等しい。
第2制御回路330は、高電位配線332と、制御スイッチング素子334と、オペアンプ336と、スイッチ337と、スルーレート制御装置338と、高電位配線339を有している。高電位配線332には、メインスイッチング素子3のゲート閾値よりも高い電位Vonが印加されている。制御スイッチング素子334は、PMOSである。制御スイッチング素子334のソースは、高電位配線332に接続されている。制御スイッチング素子334のドレインは、端子10bに接続されている。すなわち、制御スイッチング素子334のドレインは、端子10bと抵抗器7を介してメインスイッチング素子3のゲートに接続されている。オペアンプ336の出力端子336cは、制御スイッチング素子334のゲートに接続されている。オペアンプ336は、制御スイッチング素子334のゲート電位を制御する。オペアンプ336の非反転入力端子336aは、制御スイッチング素子334のドレイン及び端子10bに接続されている。オペアンプ336の反転入力端子336bは、スイッチ337に接続されている。スイッチ337は、高電位配線339とグランドにも接続されている。スイッチ337には、制御装置9から駆動信号Vsigが入力される。スイッチ337は、駆動信号Vsigに応じて、反転入力端子336bが高電位配線339に接続された状態と、反転入力端子336bがグランドに接続された状態を切り換える。高電位配線339には、メインスイッチング素子3のゲート閾値よりも高い電位が印加されている。本実施例では、高電位配線339には、高電位配線332と同じ電位Vonが印加されている。スイッチ337が反転入力端子336bを高電位配線339に接続すると、反転入力端子336bに電位Vonが印加される。すなわち、反転入力端子336bの電位V−が、電位Vonとなる。スイッチ337が反転入力端子336bをグランドに接続すると、反転入力端子336bに0Vが印加される。すなわち、反転入力端子336bの電位V−が、0Vとなる。オペアンプ336には、スルーレート制御装置338が接続されている。スルーレート制御装置338は、オペアンプ336のスルーレートを変更する。スルーレート制御装置338には、温度センサ8からメインスイッチング素子3の温度が入力される。スルーレート制御装置338は、メインスイッチング素子3の温度が高いほど、オペアンプ336のスルーレートを低くする。
実施例4のスイッチング回路302は、メインスイッチング素子3がターンオンするときのオペアンプ336のスルーレートの大きさを温度に応じて変化させることで、メインスイッチング素子3のターンオン速度のばらつきを抑制する。以下に、メインスイッチング素子3をターンオンする動作について、詳細に説明する。
図8は、メインスイッチング素子3をターンオンさせる場合における各値の変化を示している。図8の電位Voutは、オペアンプ336の出力端子336cから出力される電位を示している。図8において、実線のグラフは、メインスイッチング素子3の温度が特定の温度TLの場合を示しており、破線のグラフは、メインスイッチング素子3の温度が上記温度TLよりも高い温度THである場合を示している。また、図8において、ゲート閾値Vth1は、メインスイッチング素子3の温度が温度TL(低温)の場合のゲート閾値を示しており、ゲート閾値Vth2は、メインスイッチング素子3の温度が温度TH(高温)の場合のゲート閾値を示している。
最初に、メインスイッチング素子3の温度が温度TH(高温)である場合の動作について説明する。上述したように、この場合、メインスイッチング素子3のゲート閾値は、ゲート閾値Vth2となる。また、上述したように、メインスイッチング素子3の温度は、温度センサ8からスルーレート制御装置338に入力される。メインスイッチング素子3の温度が高いと、スルーレート制御装置338は、オペアンプ336のスルーレートを、低いスルーレートSRLに設定する。
図8の初期のタイミングt1では、駆動信号Vsigが低電位VLとなっている。駆動信号Vsigが低電位VLである状態では、ゲート制御回路220aが、制御スイッチング素子224をオンさせる。このため、低電位配線222が、制御スイッチング素子224と抵抗器6を介してメインスイッチング素子3のゲートに接続されている。したがって、メインスイッチング素子3のゲート電位Vgが、ゲート閾値よりも低い電位0Vとなっている。このため、タイミングt1では、メインスイッチング素子3がオフしている。したがって、タイミングt1では、ドレイン電流Idが小さく、ドレイン−ソース間電圧Vdsが高い。また、端子10bにはメインスイッチング素子3のゲートと略同電位が印加されるので、タイミングt1では、駆動電圧V10bが0Vとなる。このため、タイミングt1では、電位V+も0Vとなる。また、駆動信号Vsigが低電位VLである状態では、スイッチ337は、反転入力端子336bをグランドに接続する。このため、タイミングt1では、電位V−も0Vとなる。非反転入力端子336aと反転入力端子336bが同電位となるので、オペアンプ336が出力する電位Voutは略0Vとなり、制御スイッチング素子334はオフしている。このため、タイミングt1では、充電電流Idgが0Aとなる。
タイミングt2において、駆動信号Vsigが、低電位VLから高電位VHに引き上げられる。駆動信号Vsigが高電位VHに引き上げられると、ゲート制御回路220aが、制御スイッチング素子224をオフさせる。このため、低電位配線222がメインスイッチング素子3のゲートから切り離される。
また、タイミングt2において駆動信号Vsigが高電位VHに引き上げられると、スイッチ337が、反転入力端子336bを高電位配線339に接続する。このため、タイミングt2において、反転入力端子336bの電位V−が、Vonまで上昇する。すると、オペアンプ336は、非反転入力端子336aの電位V+が反転入力端子336bの電位V−(すなわち、電位Von)と一致するように、出力電位Vout(すなわち、制御スイッチング素子334のゲートの電位)を低下させる。このため、制御スイッチング素子334がオンし、充電電流Idgが流れる。オペアンプ336は、低いスルーレートSRLで出力電位Voutを低下させる。したがって、充電電流Idgが比較的小さい電流Idg1となる。充電電流Idgが流れることで、メインスイッチング素子3のゲートが充電される。このため、タイミングt2以降に、ゲート電位Vg及び駆動電圧V10bが上昇する。充電電流Idgが比較的小さいので、ゲート電位Vg及び駆動電圧V10bは、比較的遅い速度で上昇する。ゲート電位Vgがゲート閾値Vth2を上回ると、ドレイン電流Idが増加するとともに、ドレイン−ソース間電圧Vdsが低下する。すなわち、メインスイッチング素子3がターンオンする。ゲート閾値Vth2が低いので、メインスイッチング素子3は高速でターンオンしようとする。しかしながら、ゲート電位Vgの上昇速度が遅いので、メインスイッチング素子3が過度に高速でターンオンすることが防止される。メインスイッチング素子3は、適切な速度でターンオンする。このため、ドレイン電流Idが上昇するときに生じるサージ電流Isrgは、それほど大きくならない。また、ドレイン−ソース間電圧Vdsの低下速度が適切な速度となり、過度に高いターンオン損失が生じることが抑制される。
次に、メインスイッチング素子3の温度が温度TL(低温)である場合の動作(すなわち、図8の実線のグラフの場合の動作)について説明する。上述したように、この場合、メインスイッチング素子3のゲート閾値は、ゲート閾値Vth2よりも高いVth1となる。また、メインスイッチング素子3の温度が温度TL(低温)である場合には、スルーレート制御装置338は、オペアンプ336のスルーレートを、高いスルーレートSRHに設定する。スルーレートSRHは、スルーレートSRLよりも高い。
メインスイッチング素子3の温度が温度TL(低温)の場合でも、タイミングt1においては、メインスイッチング素子3の温度が温度TH(高温)の場合と同様にスイッチング回路302が動作する。タイミングt2において、駆動信号Vsigが高電位VHに引き上げられる。すると、メインスイッチング素子3の温度が温度TH(高温)の場合と同様に、制御スイッチング素子224がオフするとともに制御スイッチング素子334がオンする。このため、充電電流Idgが流れる。オペアンプ336は、高いスルーレートSRHで出力電位Voutを低下させる。したがって、充電電流Idgが高温時より大きい電流Idg2となる。このため、タイミングt2以降に、高温時よりも高速でゲート電位Vg及び駆動電圧V10bが上昇する。ゲート電位Vgがゲート閾値Vth1を上回ると、ドレイン電流Idが増加するとともに、ドレイン−ソース間電圧Vdsが低下する。すなわち、メインスイッチング素子3がターンオンする。ゲート閾値Vth1が高いので、メインスイッチング素子3は低速でターンオンしようとする。しかしながら、ゲート電位Vgの上昇速度が速いので、メインスイッチング素子3が過度に低速でターンオンすることが防止される。メインスイッチング素子3は、適切な速度(高温時と同等の速度)でターンオンする。このため、ドレイン−ソース間電圧Vdsの低下速度が適切な速度となり、過度に高いターンオン損失が生じることが抑制される。また、ドレイン電流Idが上昇するときに生じるサージ電流Isrgは、それほど大きくならない。
以上に説明したように、高温時と低温時のいずれでも、ターンオン速度が適切に制御される。したがって、スイッチング回路302によれば、メインスイッチング素子3のターンオン時に、過度に大きいサージ電流が生じることを抑制できるとともに、過度に高いターンオン損失が生じることを抑制できる。
以上に加えて、オペアンプ336はIC化が容易である。したがって、スイッチング回路302によれば、メインスイッチング素子3のターンオン時に、サージ電流抑制とスイッチング損失低減を両立でき、なおかつ、スイッチング回路302を小型化することができる。
上述した各実施例では、メインスイッチング素子及び制御スイッチング素子として、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)が用いられる。しかしながら、メインスイッチング素子及び制御スイッチング素子に用いられるスイッチング素子は、特にMOSFETに限定されることなく、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの、スイッチング素子であってもよい。
本明細書が開示する技術要素について、以下に列記する。なお、以下の各技術要素は、それぞれ独立して有用なものである。
本明細書が開示する一例のスイッチング回路においては、スイッチング回路が、オペアンプの非反転入力端子に参照電圧を印加し、参照電圧を変更可能な可変電源をさらに有していてもよい。オペアンプの反転入力端子に、放電電流に対応する電圧が印加されてもよい。メインスイッチング素子のターンオフ時に、可変電源が、温度センサが測定するメインスイッチング素子の温度が低いほど、参照電圧を低くしてもよい。
この構成によれば、オペアンプは、温度センサが測定するメインスイッチング素子の温度が低いほど、制御スイッチング素子に流れる放電電流が小さくなるように、制御スイッチング素子を制御することができる。
また、本明細書が開示する別の一例のスイッチング回路においては、スイッチング回路が、オペアンプのスルーレートを制御するスルーレート制御装置をさらに有していてもよい。オペアンプの非反転入力端子に、メインスイッチング素子のゲートと制御スイッチング素子の間の配線上の電位が印加されてもよい。オペアンプの反転入力端子に、低電位配線が接続されてもてよい。メインスイッチング素子のターンオフ時に、スルーレート制御装置が、温度センサが測定するメインスイッチング素子の温度が低いほど、スルーレートを低くしてもよい。
この構成によれば、オペアンプは、温度センサが測定するメインスイッチング素子の温度が低いほど、制御スイッチング素子に流れる放電電流が小さくなるように、制御スイッチング素子を制御することができる。
本明細書が開示する一例のスイッチング回路は、メインスイッチング素子と、メインスイッチング素子のゲート閾値よりも高い電位を有する高電位配線と、メインスイッチング素子のゲートと高電位配線の間に接続された制御スイッチング素子と、出力端子が制御スイッチング素子のゲートに接続されているオペアンプと、メインスイッチング素子の温度を測定する温度センサ、を有していてもよい。メインスイッチング素子のターンオン時に、オペアンプが、温度センサが測定するメインスイッチング素子の温度が高いほど、制御スイッチング素子に流れる充電電流が小さくなるように、制御スイッチング素子を制御してもよい。
この構成によれば、メインスイッチング素子のターンオン時に、大きいサージ電流の発生を抑制できるとともに、スイッチング損失を抑制することができる。また、この構成によれば、スイッチング回路を小型化することができる。
上記一例のスイッチング回路の特定の構成においては、スイッチング回路が、オペアンプの非反転入力端子に参照電圧を印加し、参照電圧を変更可能な可変電源をさらに有していてもよい。オペアンプの反転入力端子に、充電電流に対応する電圧が印加されてもよい。メインスイッチング素子のターンオン時に、可変電源が、温度センサが測定するメインスイッチング素子の温度が高いほど、参照電圧(すなわち、非反転入力端子に印加される電圧)を高くしてもよい。
また、上記一例のスイッチング回路の別の構成においては、スイッチング回路が、オペアンプのスルーレートを制御するスルーレート制御装置をさらに有していてもよい。オペアンプの非反転入力端子に、メインスイッチング素子のゲートと前記制御スイッチング素子の間の配線上の電位が印加されてもよい。オペアンプの反転入力端子に、高電位配線が接続されてもよい。メインスイッチング素子のターンオン時に、スルーレート制御装置が、温度センサが測定するメインスイッチング素子の温度が高いほど、スルーレートを低くしてもよい。
以上、本明細書が開示する技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独で、あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
2:スイッチング回路
3:メインスイッチング素子
4:負荷
6、7、23:抵抗器
8:温度センサ
9:制御装置
10:駆動IC
20:第1制御回路
22:低電位配線
24、34:制御スイッチング素子
26:オペアンプ
28:可変電源
30:第2制御回路
30a:ゲート制御回路
32:高電位配線
3:メインスイッチング素子
4:負荷
6、7、23:抵抗器
8:温度センサ
9:制御装置
10:駆動IC
20:第1制御回路
22:低電位配線
24、34:制御スイッチング素子
26:オペアンプ
28:可変電源
30:第2制御回路
30a:ゲート制御回路
32:高電位配線
Claims (3)
- スイッチング回路であって、
メインスイッチング素子と、
前記メインスイッチング素子のゲート閾値よりも低い電位を有する低電位配線と、
前記メインスイッチング素子のゲートと前記低電位配線の間に接続された制御スイッチング素子と、
出力端子が前記制御スイッチング素子のゲートに接続されているオペアンプと、
前記メインスイッチング素子の温度を測定する温度センサ、
を有し、
前記メインスイッチング素子のターンオフ時に、前記オペアンプが、前記温度センサが測定する前記メインスイッチング素子の温度が低いほど、前記制御スイッチング素子に流れる放電電流が小さくなるように、前記制御スイッチング素子を制御する、
スイッチング回路。 - 前記スイッチング回路が、前記オペアンプの非反転入力端子に参照電圧を印加し、前記参照電圧を変更可能な可変電源をさらに有し、
前記オペアンプの反転入力端子に、前記放電電流に対応する電圧が印加され、
前記メインスイッチング素子のターンオフ時に、前記可変電源が、前記温度センサが測定する前記メインスイッチング素子の温度が低いほど、前記参照電圧を低くする、
請求項1に記載のスイッチング回路。 - 前記スイッチング回路が、前記オペアンプのスルーレートを制御するスルーレート制御装置をさらに有し、
前記オペアンプの非反転入力端子に、前記メインスイッチング素子の前記ゲートと前記制御スイッチング素子の間の配線上の電位が印加され、
前記オペアンプの反転入力端子に、前記低電位配線が接続され、
前記メインスイッチング素子のターンオフ時に、前記スルーレート制御装置が、前記温度センサが測定する前記メインスイッチング素子の温度が低いほど、前記スルーレートを低くする、
請求項1に記載のスイッチング回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019016300A JP2020124092A (ja) | 2019-01-31 | 2019-01-31 | スイッチング回路 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2019016300A JP2020124092A (ja) | 2019-01-31 | 2019-01-31 | スイッチング回路 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020124092A true JP2020124092A (ja) | 2020-08-13 |
Family
ID=71993171
Family Applications (1)
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JP2019016300A Pending JP2020124092A (ja) | 2019-01-31 | 2019-01-31 | スイッチング回路 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2020124092A (ja) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002119044A (ja) * | 2000-10-12 | 2002-04-19 | Fuji Electric Co Ltd | 電力用半導体素子のゲート駆動回路 |
JP2012129971A (ja) * | 2010-11-22 | 2012-07-05 | Denso Corp | 負荷駆動装置 |
JP2016174454A (ja) * | 2015-03-16 | 2016-09-29 | 株式会社デンソー | スイッチング素子の駆動装置 |
-
2019
- 2019-01-31 JP JP2019016300A patent/JP2020124092A/ja active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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