JP2564756Y2 - 電圧型半導体素子駆動装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は電圧型半導体素子駆動
装置に関し、さらに詳細にいえば、パワーＭＯＳＦＥ
Ｔ、ＩＧＢＴ等の電圧型半導体素子を用いて構成された
インバータにおいて各電圧型半導体素子を制御する制御
回路に直流電源から動作電圧を印加する場合に好適な電
圧型半導体素子駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電圧型半導体素子は駆動電力が微少であ
るからコンデンサを一時的な直流電源とするブートスト
ラップ回路を適用して駆動回路を簡素化できる。図７は
従来のハーフブリッジインバータ回路を示す電気回路図
であり、パワーＭＯＳＦＥＴからなる１対のスイッチ素
子９１，９２を直列接続しているとともに、外部から供
給されるインバータ制御信号に基づいて導通制御信号を
出力する制御回路（図示せず）から出力される導通制御
信号に基づいて該当するスイッチ素子に導通指示信号を
供給するドライバ回路９４，９５を有している。そし
て、下アームのドライバ回路９５に対して動作電圧を印
加する直流電源９３と両スイッチ素子９１，９２の接続
点との間にダイオード９６を介してコンデンサ９７を接
続して、コンデンサ９７により上アームのドライバ回路
９４に動作電圧を印加するとともに、直流電源９３によ
り下アームのドライバ回路９５に動作電圧を印加する。

【０００３】したがって、常時直流電源９３により下ア
ームのドライバ回路９５に対して動作電圧を印加してス
イッチ素子９２の制御を達成し、スイッチ素子９２が導
通している期間にダイオード９６を介して充電されるコ
ンデンサ９７により上アームのドライバ回路９４に対し
て動作電圧を印加してスイッチ素子９１の制御を達成す
る。即ち、各ドライバ回路９４，９５に対して動作電圧
を印加するための構成を簡素化できる。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】上記構成のハーフブリ
ッジインバータ回路においては、上アームのドライバ回
路９４に動作電圧を印加するコンデンサ９７が下アーム
のスイッチ素子９２の導通期間にのみ充電されるのであ
るから、上アームのスイッチ素子９１の動作時間がコン
デンサ９７の蓄積電荷量により定まってしまい、そのま
までは上アームのりスイッチ素子９１を十分に長い時間
制御することができないという不都合がある。具体的に
は、上アームの駆動に必要な電荷量Ｑｂｏｏｔは、スイ
ッチ素子９１の入力容量を充電するための電荷量をＱ
ｇ、ドライバ回路９４の電流をＩｑｂｓ、上アームの導
通期間をＴｏｎとすれば、 Ｑｂｏｏｔ＝Ｑｇ＋Ｉｑｂｓ＊Ｔｏｎ の式が得られるのであるから、コンデンサ９７の容量に
基づいて上アームの導通期間Ｔｏｎの上限が定まること
になる。一般的に上アームの導通期間Ｔｏｎが数１００
マイクロ秒程度になるようにコンデンサ９７の容量が設
定されている。

【０００５】このような不都合を考慮して従来のハーフ
ブリッジインバータ回路においては、制御回路にタイマ
を設けて、外部から供給されるインバータ制御信号（図
８（Ａ）（Ｂ）参照）と無関係に所定時間毎に下アーム
のスイッチ素子９２を強制的に導通させ（図８（Ｃ）
（Ｄ）のタイミングチャートの破線で囲んだ部分を参
照）、コンデンサ９７を再充電することが提案されてい
る。

【０００６】しかし、タイマを設けてコンデンサ９７を
再充電する場合には、外部から供給されるインバータ制
御信号と無関係なスイッチングパターンが出力され、出
力電圧波形の歪が増加することになるのであるから、余
り精度が要求されない用途に適用できるだけであり、出
力電圧波形を高精度に制御しなければならない用途には
適用できなくなってしまうという不都合がある。

【０００７】以上はハーフブリッジインバータ回路に適
用した場合についてのみ説明したが、フルブリッジイン
バータ回路等に適用した場合にも同様に不都合が生じる
ことになる。

【０００８】

【考案の目的】この考案は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、出力電圧波形の歪を増加させることなく
電圧型半導体素子を所望時間だけ制御することができる
電圧型半導体素子駆動装置を提供することを目的として
いる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの、請求項１の電圧型半導体素子駆動装置は、第１及
び第２電圧型半導体素子の直列接続体と、第１及び第２
電圧型半導体素子に対してそれぞれ導通状態指示信号を
供給する第１及び第２信号供給手段を有している電圧型
半導体素子駆動装置において、一方の端子が第１及び第
２電圧型半導体素子の直列接続体の第１電圧型半導体素
子側の端子に接続されるとともに第１信号供給手段に動
作電圧を印加する直流電源と、一方の端子が第１及び第
２電圧型半導体素子の直列接続体の中点に接続されると
ともに蓄積電荷に基づいて第２信号供給手段に動作電圧
を印加する第１電荷蓄積手段と、直流電源の他方の端子
と第１電荷蓄積手段の他方の端子との間に接続される一
対の整流手段の直列接続体と、一方の端子が一対の整流
手段の直列接続体の中点に接続された第２電荷蓄積手段
と、第２電荷蓄積手段の他方の端子を第１電荷蓄積手段
の一方の端子または直流電源の一方の端子と選択的に接
続するスイッチ手段とを含んでいる。

【００１０】

【作用】請求項１の電圧型半導体素子駆動装置であれ
ば、互に直列接続された電圧型半導体素子に対して信号
供給手段により導通状態指示信号を供給して電圧型半導
体素子を選択的に導通させる場合において、一方の信号
供給手段に対しては直流電源により常時動作電圧を印加
する。そして、１対の整流手段および一方の信号供給手
段により制御される電圧型半導体素子を通して直流電源
により充電される第１電荷蓄積手段により他方の信号供
給手段に対して動作電圧を印加する。この場合におい
て、第１電荷蓄積手段により他方の信号供給手段に対し
て動作電圧を印加した状態で該当する電圧型半導体素子
を制御できる時間は蓄積電荷量により定まるのである
が、この考案においては、第１電荷蓄積手段に対する電
荷の蓄積を行なっている間に第２電荷蓄積手段にも電荷
の蓄積を行ない、第２電荷蓄積手段に蓄積された電荷を
第１電荷蓄積手段に供給するのであるから、電圧型半導
体素子に無駄なスイッチ動作を行なわせることなく電圧
型半導体素子を制御できる時間を長くできる。また、第
１電荷蓄積手段により信号供給手段に動作電圧を印加し
ている間においても、第２電荷蓄積手段の他方の端子を
直流電源と接続すべくスイッチ手段を制御することによ
り第２電荷蓄積手段に対する電荷の蓄積を行なうことが
できるのであるから、電圧型半導体素子を制御できる時
間を一層長くできる。

【００１１】

【実施例】以下、実施例を示す添付図面によって詳細に
説明する。図１はこの考案の電圧型半導体素子駆動装置
を適用したハーフブリッジインバータの構成を概略的に
示す電気回路図であり、主直流電源１の端子間にパワー
ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等からなる電圧型半導体素子２
ａ，２ｂが直列接続されているとともに、図示しない制
御回路から出力されるインバータ制御信号に基づいて該
当する電圧型半導体素子に対して導通指示信号を供給す
るドライバ回路３ａ，３ｂが設けられている。そして、
下アームのドライバ回路３ｂに動作電圧を印加する補助
直流電源４が設けられているとともに、上アームのドラ
イバ回路３ａに動作電圧を印加する第１電荷蓄積手段と
してのコンデンサ５ａが設けられている。このコンデン
サ５ａは、抵抗５ｂ、１対のダイオード５ｃ，５ｄおよ
び下アームの電圧型半導体素子２ｂを介して補助直流電
源４により充電される。また、ダイオード５ｃ，５ｄの
接続点に一方の端子が接続された第２電荷蓄積手段とし
てのコンデンサ５ｅが設けられており、このコンデンサ
５ｅの他方の端子が切替スイッチ５ｆを介して補助直流
電源４または両電圧型半導体素子２ａ，２ｂの接続点に
選択的に接続されている。

【００１２】図２から図５を参照しながら上記ハーフブ
リッジインバータ回路の作用を説明する。コンデンサ５
ｅの他方の端子を両電圧型半導体素子２ａ，２ｂの接続
点に接続すべく切替スイッチ５ｆが制御され、かつ下ア
ームの電圧型半導体素子２ｂが導通している場合には、
図２に破線で示すように、ダイオード５ｃ，５ｄおよび
下アームの電圧型半導体素子２ｂを通して補助直流電源
４によりコンデンサ５ａが充電され、ダイオード５ｃお
よび下アームの電圧型半導体素子２ｂを通して補助直流
電源４によりコンデンサ５ｅを充電する。そして、ドラ
イバ回路３ａにも動作電圧を印加する。次いで、下アー
ムの電圧型半導体素子２ｂが遮断された場合には、主直
流電源１による影響をダイオード５ｃ，５ｄにより阻止
し、図３に破線で示すように、コンデンサ５ａによりド
ライバ回路３ａに動作電圧を印加する。尚、コンデンサ
５ｅがコンデンサ５ａと並列接続された状態になるの
で、コンデンサ５ａの容量を増加させたのと等価にな
り、上アームの電圧型半導体素子２ａを制御するために
必要な動作電圧を長時間にわたってドライバ回路３ａに
印加できる。

【００１３】コンデンサ５ｅの他方の端子を補助直流電
源４に接続すべく切替スイッチ５ｆが制御され、かつ下
アームの電圧型半導体素子２ｂが導通している場合に
は、図４に破線で示すように、ダイオード５ｃ，５ｄお
よび下アームの電圧型半導体素子２ｂを通して補助直流
電源４によりコンデンサ５ａが充電され、ダイオード５
ｃを通して補助直流電源４によりコンデンサ５ｅを充電
する。そして、ドライバ回路３ａにも動作電圧を印加す
る。次いで、下アームの電圧型半導体素子２ｂが遮断さ
れた場合には、主直流電源１による影響をダイオード５
ｃ，５ｄにより阻止し、図５に破線で示すように、コン
デンサ５ａによりドライバ回路３ａに動作電圧を印加す
る。尚、補助直流電源４によるコンデンサ５ｅの充電は
そのまま継続される。

【００１４】したがって、上アームの電圧型半導体素子
２ａの導通時間が長くなる場合には、切替スイッチ５ｆ
を制御することにより図３の状態と図５の状態とを反復
すればよく、インバータ制御信号に影響を及ぼすことな
く所望時間だけ上アームの電圧型半導体素子２ａの導通
を継続させることができる。

【００１５】

【実施例２】図６はこの考案の他の実施例を示す電気回
路図であり、３相インバータ回路に適用した状態を示し
ている。図６においては、主直流電源１に対して、それ
ぞれ１対の電圧型半導体素子としてのパワーＭＯＳＦＥ
Ｔ２ａ，２ｂからなる３組の直列回路を並列接続してい
る。そして、各パワーＭＯＳＦＥＴ２ａ，２ｂにゲート
信号を供給する絶縁型ゲート駆動バッファ２１ａ，２１
ｂと、各絶縁型ゲート駆動バッファ２１ａ，２１ｂにＰ
ＷＭ信号を供給するＰＷＭ信号回路３１ａ，３１ｂとを
設けている。また、下アームの全ての絶縁型ゲート駆動
バッファ２１ｂに動作電圧を印加する補助直流電源４
と、上アームの各絶縁型ゲート駆動バッファ２１ａに動
作電圧を印加する第１電荷蓄積手段としてのコンデンサ
５ａとを設けている。この各コンデンサ５ａと直列に、
順接続されたダイオード５ｃ、抵抗５ｂ，５ｇを接続し
て主直流電源１により各コンデンサ５ａを充電するよう
にしている。さらに、ダイオード５ｃとコンデンサ５ａ
との接続点に一方の端子が接続された第２電荷蓄積手段
としてのコンデンサ５ｅが設けられており、このコンデ
ンサ５ｅの他方の端子が切替スイッチ５ｆを介して主直
流電源１または両電圧型半導体素子２ａ，２ｂの接続点
に選択的に接続されている。尚、５ｈは切替スイッチ５
ｆと主直流電源１との間に接続された抵抗、５ｉはコン
デンサ５ｅと並列に接続された定電圧ダイオード、６は
３相負荷である。

【００１６】上記構成の実施例の作用は次のとおりであ
る。上アームのパワーＭＯＳＦＥＴ２ａが導通状態であ
れば、抵抗５ｇの両端の電位が主直流電源１と同電位に
なるので、コンデンサ５ａに対する充電は行なわれな
い。しかし、この場合に、切替スイッチ５ｆを主直流電
源１と接続すべく切替動作させておくことによりコンデ
ンサ５ｅに対する充電を行なうことができるのであるか
ら、充電後に切替スイッチ５ｆを逆の状態になるように
切替動作させればコンデンサ５ｅによりコンデンサ５ａ
を充電できる。この結果、コンデンサ５ａによる上アー
ム動作時間の拘束を解消できる。

【００１７】尚、この考案は上記の実施例に限定される
ものではなく、例えば、フルブリッジインバータ回路に
適用することが可能であるほか、この考案の要旨を変更
しない範囲内において種々の設計変更を施すことが可能
である。

【００１８】

【考案の効果】以上のように請求項１の考案は、電圧型
半導体素子を制御するために信号供給手段に対して電荷
蓄積手段により動作電圧を印加する場合において、電圧
型半導体素子の所望の動作を妨害する制御信号を供給す
ることなく所望の時間だけ電圧型半導体素子の動作を継
続させることができるという特有の実用的効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の電圧型半導体素子駆動装置を適用し
たハーフブリッジインバータの構成を概略的に示す電気
回路図である。

【図２】コンデンサ５ｅの他方の端子を両電圧型半導体
素子の接続点に接続すべく切替スイッチが制御され、か
つ下アームの電圧型半導体素子が導通している場合の動
作を説明する概略図である。

【図３】コンデンサ５ｅの他方の端子を両電圧型半導体
素子の接続点に接続すべく切替スイッチが制御され、か
つ下アームの電圧型半導体素子が遮断している場合の動
作を説明する概略図である。

【図４】コンデンサ５ｅの他方の端子を補助直流電源に
接続すべく切替スイッチが制御され、かつ下アームの電
圧型半導体素子が導通している場合の動作を説明する概
略図である。

【図５】コンデンサ５ｅの他方の端子を補助直流電源に
接続すべく切替スイッチが制御され、かつ下アームの電
圧型半導体素子が遮断している場合の動作を説明する概
略図である。

【図６】この考案の他の実施例が適用された３相インバ
ータ回路を示す電気回路図である。

【図７】従来のハーフブリッジインバータ回路を示す電
気回路図である。

【図８】各部の信号波形を示す図である。

【符号の説明】

２ａ，２ｂ 電圧型半導体素子 ３ａ，３ｂ ドライ
バ回路 ４ 補助直流電源 ５ａ，５ｅ コンデンサ ５
ｃ，５ｄ ダイオード ５ｆ 切替スイッチ

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】第１及び第２電圧型半導体素子（２ａ，２
   ｂ）の直列接続体と、第１及び第２電圧型半導体素子に
   対してそれぞれ導通状態指示信号を供給する第１及び第
   ２信号供給手段（３ａ，３ｂ）を有している電圧型半導
   体素子駆動装置において、 一方の端子が第１及び第２電圧型半導体素子（２ａ，２
   ｂ）の直列接続体の第１電圧型半導体素子（２ｂ）側の
   端子に接続されるとともに第１信号供給手段（３ｂ）に
   動作電圧を印加する直流電源（４）と、 一方の端子が第１及び第２電圧型半導体素子（２ａ，２
   ｂ）の直列接続体の中点に接続されるとともに蓄積電荷
   に基づいて第２信号供給手段（３ａ）に動作電圧を印加
   する第１電荷蓄積手段（５ａ）と、 直流電源（４）の他方の端子と第１電荷蓄積手段（５
   ａ）の他方の端子との間に接続される一対の整流手段
   （５ｃ，５ｄ）の直列接続体と、 一方の端子が一対の整流手段（５ｃ，５ｄ）の直列接続
   体の中点に接続された第２電荷蓄積手段（５ｂ）と、 第２電荷蓄積手段（５ｂ）の他方の端子を第１電荷蓄積
   手段（５ａ）の一方の端子または直流電源（４）の一方
   の端子と選択的に接続するスイッチ手段（５ｆ）とを含
   むことを特徴とする電圧型半導体素子駆動装置。