JP2797338B2 - ゲートドライブ回路 - Google Patents
ゲートドライブ回路Info
- Publication number
- JP2797338B2 JP2797338B2 JP63255131A JP25513188A JP2797338B2 JP 2797338 B2 JP2797338 B2 JP 2797338B2 JP 63255131 A JP63255131 A JP 63255131A JP 25513188 A JP25513188 A JP 25513188A JP 2797338 B2 JP2797338 B2 JP 2797338B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- drive circuit
- gate
- gate drive
- motor
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Control Of Direct Current Motors (AREA)
- Control Of Stepping Motors (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、モータ駆動回路、特に12V程度の低圧を中
心とする電源系を持つ装置に使用されるモータ駆動回路
のうち、パワーMOSFETを使用した回路のゲートドライブ
回路に関するものである。
心とする電源系を持つ装置に使用されるモータ駆動回路
のうち、パワーMOSFETを使用した回路のゲートドライブ
回路に関するものである。
従来の技術 近年、パワーMOSFETの性能向上に伴い、従来のパワー
トランジスタによる大電流制御が、パワーMOSFETによる
大電流制御にとって替わられるようになってきた。パワ
ーMOSFETは本質的に電圧制御素子であり、電流制御素子
であるパワートランジスタとはその回路構成が大きく異
なる。パワーMOSFETが実際に応用されていて一般的であ
る分野はFA分野が多い。その中でもACサーボモータ駆動
回路、又はDCサーボモータ回路、さらにインバータ回路
に応用されている。ただし、これらの回路は電源が100V
以上の高電圧回路が多い。
トランジスタによる大電流制御が、パワーMOSFETによる
大電流制御にとって替わられるようになってきた。パワ
ーMOSFETは本質的に電圧制御素子であり、電流制御素子
であるパワートランジスタとはその回路構成が大きく異
なる。パワーMOSFETが実際に応用されていて一般的であ
る分野はFA分野が多い。その中でもACサーボモータ駆動
回路、又はDCサーボモータ回路、さらにインバータ回路
に応用されている。ただし、これらの回路は電源が100V
以上の高電圧回路が多い。
電源電圧の低いOA分野では、回路コストの点から今だ
パワーMOSFETは十分に使用されていないが、自動車のバ
ッテリーを利用する電装分野では序々にその応用が考え
られている。最近は、自動車に使用されるモータでも30
A〜50Aの大電流制御をする必要のあるものも現れてき
た。しかし、自動車においてはその制御回路コストは極
めて低く抑えなければならず、FA分野で使用されている
回路をそのまま使用する訳にはいかない。
パワーMOSFETは十分に使用されていないが、自動車のバ
ッテリーを利用する電装分野では序々にその応用が考え
られている。最近は、自動車に使用されるモータでも30
A〜50Aの大電流制御をする必要のあるものも現れてき
た。しかし、自動車においてはその制御回路コストは極
めて低く抑えなければならず、FA分野で使用されている
回路をそのまま使用する訳にはいかない。
以下に従来のゲートドライブ回路について説明する。
第６図は従来のパワーMOSFETのゲート駆動回路図であ
り、１はパワーMOSFET、２はフォトカプラ、3a〜3fは抵
抗、4a〜4cはトランジスタ、5a〜5bはツェナーダイオー
ドである。
り、１はパワーMOSFET、２はフォトカプラ、3a〜3fは抵
抗、4a〜4cはトランジスタ、5a〜5bはツェナーダイオー
ドである。
第７図は第６図に記載されたゲートトライブ回路を使
用してDCモータのフルブリッジ回路を構成した例であり
6a〜6dはDC−DCコンバータ,7a〜7dは第６図のゲートド
ライブ回路、８はDCモータ、９は抵抗、10a〜10dはパワ
ーMOSFETである。
用してDCモータのフルブリッジ回路を構成した例であり
6a〜6dはDC−DCコンバータ,7a〜7dは第６図のゲートド
ライブ回路、８はDCモータ、９は抵抗、10a〜10dはパワ
ーMOSFETである。
以上の様に構成されたゲートドライブ回路について、
以下その動作を説明する。
以下その動作を説明する。
まず、フォトカプラ２の発光ダイオード側がHighレベ
ルになると、フォトカプラ２の受光トランジスタにベー
ス電流が供給され、フォトカプラの受光トランジスタが
ONするので、トランジスタ4aのベースは電流が供給され
ず、トランジスタ4aはOFFする。
ルになると、フォトカプラ２の受光トランジスタにベー
ス電流が供給され、フォトカプラの受光トランジスタが
ONするので、トランジスタ4aのベースは電流が供給され
ず、トランジスタ4aはOFFする。
すると、トランジスタ4bのベースに＋V1から抵抗3cを
通してベース電流が供給され、トランジスタ4bはONす
る。トランジスタ4bのエミッタはほぼ＋V1となるので、
パワーMOSFETのゲート・ソース間はV1の電圧がかかり、
ゲート抵抗3eを通して、パワーMOSFETのゲート・ソース
間容量がチャージされ、FETはONする。一方、フォトカ
プラ２の発光ダイオード側がLOWレベルのときは、パワ
ーMOSFETのゲート・ソース間は−V2に逆バイアスされ、
FETはOFFする。このとき、回路に与えられる＋V1,0,−V
2の電圧は通常出力絶縁型DC−DCコンバータで発生させ
られ、他のどの電位とも絶縁されている。第７図に示し
たDCモータのフルブリッジ回路は、パワーMOSFETが４個
で構成されている。例えば、パワーMOSFET10aと10dがON
となる状態を考える。そのときは、10aのソースはほぼV
CCに等しく、10dのソースはぼぼGndに等しい。しかし、
DC−DCコンバータ6a,6dによって、それぞれのゲートド
ライブ回路の電源は絶縁されているので、パワーMOSFET
がどんな電位にあろうと確実にON・OFF制御ができる。
通してベース電流が供給され、トランジスタ4bはONす
る。トランジスタ4bのエミッタはほぼ＋V1となるので、
パワーMOSFETのゲート・ソース間はV1の電圧がかかり、
ゲート抵抗3eを通して、パワーMOSFETのゲート・ソース
間容量がチャージされ、FETはONする。一方、フォトカ
プラ２の発光ダイオード側がLOWレベルのときは、パワ
ーMOSFETのゲート・ソース間は−V2に逆バイアスされ、
FETはOFFする。このとき、回路に与えられる＋V1,0,−V
2の電圧は通常出力絶縁型DC−DCコンバータで発生させ
られ、他のどの電位とも絶縁されている。第７図に示し
たDCモータのフルブリッジ回路は、パワーMOSFETが４個
で構成されている。例えば、パワーMOSFET10aと10dがON
となる状態を考える。そのときは、10aのソースはほぼV
CCに等しく、10dのソースはぼぼGndに等しい。しかし、
DC−DCコンバータ6a,6dによって、それぞれのゲートド
ライブ回路の電源は絶縁されているので、パワーMOSFET
がどんな電位にあろうと確実にON・OFF制御ができる。
発明が解決しようとする課題 しかしながら従来の構成では、それぞれのゲートドラ
イブ回路に与える電源を絶縁されたものにする必要があ
り、DC−DCコンバータが複数個必要であり、さらに少な
くともVCCに配置されるパワーMOSFETについてはそれぞ
れ別のDC−DCコンバータとする必要があった。このDC−
DCコンバータは通常リンギングチョークコンバータ方式
と言われる方式をとり、トランスが必要となる。よっ
て、コストが高くつき、自動車用にはコスト面で採用し
にくいという欠点を有していた。
イブ回路に与える電源を絶縁されたものにする必要があ
り、DC−DCコンバータが複数個必要であり、さらに少な
くともVCCに配置されるパワーMOSFETについてはそれぞ
れ別のDC−DCコンバータとする必要があった。このDC−
DCコンバータは通常リンギングチョークコンバータ方式
と言われる方式をとり、トランスが必要となる。よっ
て、コストが高くつき、自動車用にはコスト面で採用し
にくいという欠点を有していた。
本発明は、従来の問題点を解決するもので、トランス
等の高価で体積の大きい部品を使用することなく、FET
のON・OFF制御を可能とするゲートドライブ回路を提供
することを目的とする。
等の高価で体積の大きい部品を使用することなく、FET
のON・OFF制御を可能とするゲートドライブ回路を提供
することを目的とする。
課題を解決するための手段 この目的を達成するため本発明のゲートドライブ回路
は、コンデンサとツェナーダイオードを並列接続し、モ
ータに直結したツェナーダイオードのアノード側をMOSF
ETのゲートに接続し、カソード側をスイッチング機能を
持つ電源に接続するものである。
は、コンデンサとツェナーダイオードを並列接続し、モ
ータに直結したツェナーダイオードのアノード側をMOSF
ETのゲートに接続し、カソード側をスイッチング機能を
持つ電源に接続するものである。
作用 この構成によって、ゲートドライブ回路の電源は昇圧
された電源一つで十分であり、またゲートをOFFすると
きにもMOSFETのゲート・ソース間にチャージされた電荷
を逆バイアスによって高速でディスチャージするので、
高速スイッチング動作が可能となる。
された電源一つで十分であり、またゲートをOFFすると
きにもMOSFETのゲート・ソース間にチャージされた電荷
を逆バイアスによって高速でディスチャージするので、
高速スイッチング動作が可能となる。
実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。
説明する。
第１図は本発明の一実施例におけるゲートドライブ回
路を示すものである。第１図において、11はツェナーダ
イオード、12はコンデンサ、13はゲート抵抗、14a〜14b
はツェナーダイオード、15はパワーMOSFETである。
路を示すものである。第１図において、11はツェナーダ
イオード、12はコンデンサ、13はゲート抵抗、14a〜14b
はツェナーダイオード、15はパワーMOSFETである。
第２図は本発明の一実施例におけるDCモータの駆動回
路である。第２図において、16はモータ、17は昇圧型の
DC−DCコンバータ（出力は非絶縁タイプ）,18a〜18dは
トランジスタ、19a〜19dはモータに直結したツェナーダ
イオード、20a〜20dはコンデンサ、21a〜21b及び22a〜2
2b,23a〜23bは抵抗である。
路である。第２図において、16はモータ、17は昇圧型の
DC−DCコンバータ（出力は非絶縁タイプ）,18a〜18dは
トランジスタ、19a〜19dはモータに直結したツェナーダ
イオード、20a〜20dはコンデンサ、21a〜21b及び22a〜2
2b,23a〜23bは抵抗である。
第３図及び第４図は、第２図の回路でパワーMOSFETの
スイッチングを行ったときの動作を説明する図である。
スイッチングを行ったときの動作を説明する図である。
以上の様に構成された本実施例のゲートドライブ回路
について、以下その動作を説明する。
について、以下その動作を説明する。
まず、第２図において、トランジスタ18a〜18dにはLU
＝RL＝Lowレベル,RU＝LL＝Highレベルの信号が入ってい
るとする。そのときの回路の状態は第３図に示す様に、
パワーMOSFET15aと15dがONし、15bと15cはOFFである。
モータには実線矢印の方向に電流が流れる。Ｃ点の電位
は、15aの電圧降下を０と仮定すればほぼVCCである。ま
たＢ点の電位は、抵抗21aでの電圧降下を０と仮定すれ
ば、昇圧回路の出力電圧VHからツェナーダイオード19a
のツェナー電圧VZを差引いたものであり、 VB≒VH−VZ となる。パワーMOSFET15aがON状態を継続するために
は、VBの電位がVCの電位よりもゲートスレッショルド電
圧VSHだけ高いことが必要である。
＝RL＝Lowレベル,RU＝LL＝Highレベルの信号が入ってい
るとする。そのときの回路の状態は第３図に示す様に、
パワーMOSFET15aと15dがONし、15bと15cはOFFである。
モータには実線矢印の方向に電流が流れる。Ｃ点の電位
は、15aの電圧降下を０と仮定すればほぼVCCである。ま
たＢ点の電位は、抵抗21aでの電圧降下を０と仮定すれ
ば、昇圧回路の出力電圧VHからツェナーダイオード19a
のツェナー電圧VZを差引いたものであり、 VB≒VH−VZ となる。パワーMOSFET15aがON状態を継続するために
は、VBの電位がVCの電位よりもゲートスレッショルド電
圧VSHだけ高いことが必要である。
VB＞VC＋VSH＝VCC＋VSH よって、 VH＞VZ＋VCC＋VSH であればよいことがわかる。このとき、コンデンサ20a
は、第３図の極性でVZに充電される。
は、第３図の極性でVZに充電される。
一方、Ｄ点の電位はパワーMOSFET15dの電圧降下を無
視すれば、ほぼGndである。Ｆ点の電位は、VHを抵抗22b
と23bで分圧した電位からツェナーダイオード19aのVZを
差引いたものであり、 VE＝VH・R2（R1＋R2） VF＝VE−VZ よってVFの電位がゲートスレッショールド電圧VSHより
大きければ、パワーMOSFET15dはON状態を継続できる。
視すれば、ほぼGndである。Ｆ点の電位は、VHを抵抗22b
と23bで分圧した電位からツェナーダイオード19aのVZを
差引いたものであり、 VE＝VH・R2（R1＋R2） VF＝VE−VZ よってVFの電位がゲートスレッショールド電圧VSHより
大きければ、パワーMOSFET15dはON状態を継続できる。
次に、LU＝LL＝RU＝RL＝Highレベルになったときを考
える。
える。
第４図においてＡ点はGndに接続され、その瞬間Ｂ点
の電位は、 VB＝−VZ となる。また、モータ電流はインダクタンスの影響によ
り、同じ方向に流れようとするので、パワーMOSFET15b
及び15cのボディーダイオードを通して流れる。
の電位は、 VB＝−VZ となる。また、モータ電流はインダクタンスの影響によ
り、同じ方向に流れようとするので、パワーMOSFET15b
及び15cのボディーダイオードを通して流れる。
そのときＣ点の電位は、ボディーダイオードの順方向
電圧下降をVDとすると、 VC＝−VD である。パワーMOSFET15aが十分OFFするためには、ゲー
ト電位はソース電位よりも低くすることが必要である。
（原理的にはゲートスレッショールド電圧VSHよりも低
ければよいが、高速スイッチングを行うためにはゲート
・ソース間電圧VGSをマイナスにバイアスし、ゲート・
ソース間に蓄積された電荷を強制的に充電しなければな
らない）よって、 VB−VC＝−VZ＋VD＜０ ツェナーダイオード19aのツェナー電圧はVDより大きく
する必要がある。
電圧下降をVDとすると、 VC＝−VD である。パワーMOSFET15aが十分OFFするためには、ゲー
ト電位はソース電位よりも低くすることが必要である。
（原理的にはゲートスレッショールド電圧VSHよりも低
ければよいが、高速スイッチングを行うためにはゲート
・ソース間電圧VGSをマイナスにバイアスし、ゲート・
ソース間に蓄積された電荷を強制的に充電しなければな
らない）よって、 VB−VC＝−VZ＋VD＜０ ツェナーダイオード19aのツェナー電圧はVDより大きく
する必要がある。
またＥ点の電位もGndとなり、その瞬間Ｆ点の電位
は、 VF＝−VZ となる。このときパワーMOSFET15dのソースはほぼGndな
ので、十分にOFFすることがわかる。
は、 VF＝−VZ となる。このときパワーMOSFET15dのソースはほぼGndな
ので、十分にOFFすることがわかる。
以上の様に本実施例によれば、コンデンサを並列接続
したツェナーダイオードのアノード側をパワーMOSFETの
ゲートに接続し、カソード側を昇圧された電源に接続す
れば、高速スイッチングが可能で、かつゲートドライブ
用の昇圧電源は１個でよいことになる。
したツェナーダイオードのアノード側をパワーMOSFETの
ゲートに接続し、カソード側を昇圧された電源に接続す
れば、高速スイッチングが可能で、かつゲートドライブ
用の昇圧電源は１個でよいことになる。
なお、パワーMOSFETを並列接続して使用する場合は、
第５図の様にツェナーダイオードのアノードとパワーMO
SFETのゲートに抵抗を挿入する。さらに第２図では、DC
モータのフルブリッジ回路を一実施例として記載した
が、三相ブラシレスモータの駆動回路を始め、多相モー
タの回路に応用できることは言うまでもない。また、ス
テッピングモータの駆動回路のようにパワーMOSFETのソ
ース又はドレインを接地する方式にも応用できる。
第５図の様にツェナーダイオードのアノードとパワーMO
SFETのゲートに抵抗を挿入する。さらに第２図では、DC
モータのフルブリッジ回路を一実施例として記載した
が、三相ブラシレスモータの駆動回路を始め、多相モー
タの回路に応用できることは言うまでもない。また、ス
テッピングモータの駆動回路のようにパワーMOSFETのソ
ース又はドレインを接地する方式にも応用できる。
発明の効果 本発明は、コンデンサを並列接続したツェナーダイオ
ードのアノード側をパワーMOSFETのゲートに接続し、カ
ソード側をON・OFF機能を有した電源に接続することに
より、昇圧電源で非絶縁型のものが１個でよく、また、
コンデンサのチャージによって、パワーMOSFETに逆バイ
アスをかけてOFFさせるため、高速スイッチングが可能
となる。よって、コストの安いゲートドライブ回路を実
現できる。
ードのアノード側をパワーMOSFETのゲートに接続し、カ
ソード側をON・OFF機能を有した電源に接続することに
より、昇圧電源で非絶縁型のものが１個でよく、また、
コンデンサのチャージによって、パワーMOSFETに逆バイ
アスをかけてOFFさせるため、高速スイッチングが可能
となる。よって、コストの安いゲートドライブ回路を実
現できる。
第１図は本発明の一実施例におけるゲートドライブ回路
の回路図、第２図は本発明の一実施例におけるDCモータ
制御回路の回路図、第３図、第４図は第２図の動作説明
図、第５図は本発明の一実施例におけるパワーMOSFETの
並列接続を示す図、第６図は従来例におけるゲートドラ
イブ回路の回路図、第７図は第６図の回路を使用したDC
モータ制御回路の回路図である。 11,14a〜14b……ツェナーダイオード、12……コンデン
サ、13……抵抗、15,15a〜15d……パワーMOSFET、16…
…モータ。
の回路図、第２図は本発明の一実施例におけるDCモータ
制御回路の回路図、第３図、第４図は第２図の動作説明
図、第５図は本発明の一実施例におけるパワーMOSFETの
並列接続を示す図、第６図は従来例におけるゲートドラ
イブ回路の回路図、第７図は第６図の回路を使用したDC
モータ制御回路の回路図である。 11,14a〜14b……ツェナーダイオード、12……コンデン
サ、13……抵抗、15,15a〜15d……パワーMOSFET、16…
…モータ。
Claims (2)
- 【請求項１】コンデンサが並列に接続されたツェナーダ
イオードのアノード側を、モータに直結したMOSFETのゲ
ートに接続し、当該ツェナーダイオードのカソード側
を、MOSFETがONするのに十分な電圧を有し、かつ外部信
号によりON・OFFされるスイッチング機能を有した電圧
電源に接続し、前記外部信号によりMOSFETをON・OFF制
御することを特徴とするゲートドライブ回路。 - 【請求項２】請求項１記載のゲートドライブ回路を備え
たモータ駆動回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63255131A JP2797338B2 (ja) | 1988-10-11 | 1988-10-11 | ゲートドライブ回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63255131A JP2797338B2 (ja) | 1988-10-11 | 1988-10-11 | ゲートドライブ回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02101956A JPH02101956A (ja) | 1990-04-13 |
| JP2797338B2 true JP2797338B2 (ja) | 1998-09-17 |
Family
ID=17274518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63255131A Expired - Fee Related JP2797338B2 (ja) | 1988-10-11 | 1988-10-11 | ゲートドライブ回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2797338B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6005433A (en) * | 1998-07-30 | 1999-12-21 | Credence Systems Corporation | Low charge injection mosfet switch |
| JP2000232783A (ja) * | 1999-02-10 | 2000-08-22 | Tokin Corp | スイッチング電源及びその主スイッチング素子の駆動制御回路 |
| JP4084117B2 (ja) * | 2002-07-26 | 2008-04-30 | 株式会社ルネサステクノロジ | モータの駆動装置 |
| JP2013255322A (ja) * | 2012-06-06 | 2013-12-19 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 電子装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63301619A (ja) * | 1987-05-31 | 1988-12-08 | Fanuc Ltd | プリドライブ回路 |
-
1988
- 1988-10-11 JP JP63255131A patent/JP2797338B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02101956A (ja) | 1990-04-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3607033B2 (ja) | 半導体装置 | |
| US7236041B2 (en) | Isolated gate driver circuit for power switching devices | |
| US7692474B2 (en) | Control circuit for a high-side semiconductor switch for switching a supply voltage | |
| US7663898B2 (en) | Switching power supply with direct conversion off AC power source | |
| EP0102689A2 (en) | Constant volt-second regulator apparatus | |
| CN110460226B (zh) | 开关电源装置 | |
| JP4925719B2 (ja) | ゲート駆動回路 | |
| US5416361A (en) | Low dissipation snubber for switching power transistor | |
| US7848125B2 (en) | Keep-alive for power stage with multiple switch nodes | |
| KR970060649A (ko) | 벽 조절기 회로 | |
| JP3762491B2 (ja) | 高電圧駆動回路 | |
| US5764007A (en) | Micro-processor based motor control integrated circuit including a boost regulated DC-to-DC converter | |
| JP2797338B2 (ja) | ゲートドライブ回路 | |
| US5115143A (en) | Efficient P-channel FET drive circuit | |
| US5410190A (en) | Circuit for shortening the turn-off time of a power transistor | |
| US20220200458A1 (en) | Power supply for driving synchronous rectification elements of sepic converter | |
| EP0177148A2 (en) | Power supplies using mosfet devices | |
| US6229339B1 (en) | Circuit for driving switching element | |
| JPH02197293A (ja) | ゲートドライブ回路 | |
| JPH11187653A (ja) | 同期整流回路およびこの同期整流回路を用いたｄｃ−ｄｃコンバータ | |
| JP4151163B2 (ja) | Ｍｏｓトランジスタのドライブ回路 | |
| JP7265344B2 (ja) | 電源ｉｃ及び電源回路 | |
| JPH041586B2 (ja) | ||
| JP2998767B2 (ja) | 共振形駆動回路 | |
| JP3172261B2 (ja) | パワーｍｏｓｆｅｔを用いたスイッチング回路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |