JP3532377B2 - 電圧駆動形スイッチ素子のゲート駆動回路 - Google Patents
電圧駆動形スイッチ素子のゲート駆動回路Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電圧駆動形スイッチ
素子のゲート駆動回路に係り、特に電圧駆動形スイッチ
素子のゲート入力容量によるゲート電圧の遅れを小さく
してターンオフ後の状態を安定に維持するようにした電
圧駆動形スイッチ素子のゲート駆動回路に関する。
素子のゲート駆動回路に係り、特に電圧駆動形スイッチ
素子のゲート入力容量によるゲート電圧の遅れを小さく
してターンオフ後の状態を安定に維持するようにした電
圧駆動形スイッチ素子のゲート駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】直流電力を交流電力に変換して誘導電動
機を駆動するインバータなどの電力変換装置を構成する
スイッチ素子として絶縁ゲート形トランジスタ（以下Ｉ
ＧＢＴと称する）等の電圧駆動形スイッチ素子が用いら
れ、そのゲート駆動回路として図９に示す回路が用いら
れている。
機を駆動するインバータなどの電力変換装置を構成する
スイッチ素子として絶縁ゲート形トランジスタ（以下Ｉ
ＧＢＴと称する）等の電圧駆動形スイッチ素子が用いら
れ、そのゲート駆動回路として図９に示す回路が用いら
れている。
【０００３】このゲート駆動回路は、ＩＧＢＴ７を導通
状態（オン）或いは非導通状態（オフ）とするためのス
イッチング指令ｖinが入力されると、トランジスタ３、
４及びゲート抵抗６を介してＩＧＢＴ７のゲート・エミ
ッタ間にスイッチング指令ｖinに対応したゲート電圧ｖ
geが加えられ、ＩＧＢＴ７がターンオン或いはターンオ
フ等のスイッチング動作が行われる。
状態（オン）或いは非導通状態（オフ）とするためのス
イッチング指令ｖinが入力されると、トランジスタ３、
４及びゲート抵抗６を介してＩＧＢＴ７のゲート・エミ
ッタ間にスイッチング指令ｖinに対応したゲート電圧ｖ
geが加えられ、ＩＧＢＴ７がターンオン或いはターンオ
フ等のスイッチング動作が行われる。
【０００４】すなわち、ゲート制御回路（図示なし）か
ら、図１０に示すように正のスイッチング指令ｖinが入
力されるとトランジスタ３がオン、トランジスタ４がオ
フしてその出力電圧ｖg が正電圧になり、ゲート抵抗６
を介して与えられるゲート電圧ｖgeが正バイアスされて
ＩＧＢＴ７がターンオンする。また、スイッチング指令
ｖinが負になるとトランジスタ３がオフ、トランジスタ
４がオンしてその出力電圧ｖg が負電圧になり、ゲート
電圧ｖgeが負バイアスされてＩＧＢＴ７がターンオフす
る。
ら、図１０に示すように正のスイッチング指令ｖinが入
力されるとトランジスタ３がオン、トランジスタ４がオ
フしてその出力電圧ｖg が正電圧になり、ゲート抵抗６
を介して与えられるゲート電圧ｖgeが正バイアスされて
ＩＧＢＴ７がターンオンする。また、スイッチング指令
ｖinが負になるとトランジスタ３がオフ、トランジスタ
４がオンしてその出力電圧ｖg が負電圧になり、ゲート
電圧ｖgeが負バイアスされてＩＧＢＴ７がターンオフす
る。
【０００５】なお、１は電圧Ｅp の順バイアス用ゲート
電源、２は電圧Ｅn の負バイアス用ゲート電源、５は制
限抵抗である。制限抵抗５はゲート電源２とトランジス
タ４間に接続、或いは両方に接続される場合もある。
電源、２は電圧Ｅn の負バイアス用ゲート電源、５は制
限抵抗である。制限抵抗５はゲート電源２とトランジス
タ４間に接続、或いは両方に接続される場合もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ＩＧＢＴは、一般的に
図１１に示すようにゲート、エミッタ、コレクタの各端
子間にＣge，Ｃcg，Ｃceの等価静電容量８〜１０が存在
（（株）東芝発行の半導体データブック「ＩＧＢＴ」編
（1996年度版）を参照）し、コレクタとエミッタ間は外
部回路で高周波的に短絡状態となるので、ＩＧＢＴのゲ
ート・エミッタ間の入力容量ＣｉesとしてＣcg＋Ｃgeが
存在する。従って、ＩＧＢＴをスイッチング動作させる
ためにはゲート抵抗６を介して入力容量Ｃｉesの電荷の
充放電を行う必要があり、従来のゲート駆動回路（図
９）ではゲート抵抗６と入力容量Ｃｉesで定まる時定数
（Ｒ6 ・Ｃｉes）の遅れが生じ、ＩＧＢＴのスイッチン
グ動作に不具合を生じる場合がある。
図１１に示すようにゲート、エミッタ、コレクタの各端
子間にＣge，Ｃcg，Ｃceの等価静電容量８〜１０が存在
（（株）東芝発行の半導体データブック「ＩＧＢＴ」編
（1996年度版）を参照）し、コレクタとエミッタ間は外
部回路で高周波的に短絡状態となるので、ＩＧＢＴのゲ
ート・エミッタ間の入力容量ＣｉesとしてＣcg＋Ｃgeが
存在する。従って、ＩＧＢＴをスイッチング動作させる
ためにはゲート抵抗６を介して入力容量Ｃｉesの電荷の
充放電を行う必要があり、従来のゲート駆動回路（図
９）ではゲート抵抗６と入力容量Ｃｉesで定まる時定数
（Ｒ6 ・Ｃｉes）の遅れが生じ、ＩＧＢＴのスイッチン
グ動作に不具合を生じる場合がある。
【０００７】例えば、図１２（ａ）に示すように、ＩＧ
ＢＴ２５と２６が直流電圧源にブリッジ接続され、ＩＧ
ＢＴ２５と２６が交互にオン、オフするＰＷＭインバー
タが構成され、出力側から還流する電流Ｉ0 が図示のよ
うに流れ、ダイオード２７を介して直流電源側に回生し
ている状態においてＩＧＢＴ２６をターンオンさせたと
きＩＧＢＴ２５が誤点弧して過大な短絡電流が流れＩＧ
ＢＴに損傷を与える場合がある。
ＢＴ２５と２６が直流電圧源にブリッジ接続され、ＩＧ
ＢＴ２５と２６が交互にオン、オフするＰＷＭインバー
タが構成され、出力側から還流する電流Ｉ0 が図示のよ
うに流れ、ダイオード２７を介して直流電源側に回生し
ている状態においてＩＧＢＴ２６をターンオンさせたと
きＩＧＢＴ２５が誤点弧して過大な短絡電流が流れＩＧ
ＢＴに損傷を与える場合がある。
【０００８】すなわち、このような状態でＩＧＢＴ２５
に負のゲート電圧ｖgu、ＩＧＢＴ２６に正のゲート電圧
ｖgxが与えられ、ＩＧＢＴ２６がターンオンして電流Ｉ
0 がダイオード２７からＩＧＢＴ２６へ転流するとき、
図１２（ｂ）に示すように、ＩＧＢＴ２５に与えられる
ゲート電圧ｖguが十分な負バイアス状態に移行するまで
に前述した時定数による時間遅れが生じ、ＩＧＢＴ２６
が高速にターンオンすると、ＩＧＢＴ２５のコレクタ・
エミッタ間電圧ｖu が急速に上昇しそのｄｖ／ｄｔによ
ってゲート電圧ｖguに静電結合による誘導電圧が発生し
てＩＧＢＴ２５が再点弧（誤点弧）する場合がある。
に負のゲート電圧ｖgu、ＩＧＢＴ２６に正のゲート電圧
ｖgxが与えられ、ＩＧＢＴ２６がターンオンして電流Ｉ
0 がダイオード２７からＩＧＢＴ２６へ転流するとき、
図１２（ｂ）に示すように、ＩＧＢＴ２５に与えられる
ゲート電圧ｖguが十分な負バイアス状態に移行するまで
に前述した時定数による時間遅れが生じ、ＩＧＢＴ２６
が高速にターンオンすると、ＩＧＢＴ２５のコレクタ・
エミッタ間電圧ｖu が急速に上昇しそのｄｖ／ｄｔによ
ってゲート電圧ｖguに静電結合による誘導電圧が発生し
てＩＧＢＴ２５が再点弧（誤点弧）する場合がある。
【０００９】この遅れを小さくするためには、ゲート抵
抗６の値を小さくして時定数（Ｒ6・Ｃｉes）を短くす
るか、負バイアスを与えるゲート電源２の電圧Ｅn を高
くすることが考えられる。しかし、ゲート抵抗６の値を
小さくした場合、ＩＧＢＴ７のターンオフ速度が速くな
ってサージ電圧が大きくなり、ＩＧＢＴが過電圧で損傷
する危険がある。また、ゲート電源２の電圧Ｅn を高く
しても同様の問題が発生する。
抗６の値を小さくして時定数（Ｒ6・Ｃｉes）を短くす
るか、負バイアスを与えるゲート電源２の電圧Ｅn を高
くすることが考えられる。しかし、ゲート抵抗６の値を
小さくした場合、ＩＧＢＴ７のターンオフ速度が速くな
ってサージ電圧が大きくなり、ＩＧＢＴが過電圧で損傷
する危険がある。また、ゲート電源２の電圧Ｅn を高く
しても同様の問題が発生する。
【００１０】本発明は上記の問題に鑑みてなされたもの
で、その目的は、ＩＧＢＴ等の電圧駆動形スイッチ素子
のゲート入力容量によるゲート電圧の遅れを小さくして
安定にターンオフ制御するゲート駆動回路を提供するこ
とにある。
で、その目的は、ＩＧＢＴ等の電圧駆動形スイッチ素子
のゲート入力容量によるゲート電圧の遅れを小さくして
安定にターンオフ制御するゲート駆動回路を提供するこ
とにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電圧駆動形スイッチング素子のゲート駆動
回路は、ゲート・エミッタ間のゲート電圧に基づいて導
通状態或いは非導通状態となる電圧駆動形スイッチ素子
にゲート抵抗を介して導通状態或いは非導通状態とする
ためのゲート電圧を与えスイッチング制御を行う場合
に、前記ゲート電圧に基づいて前記電圧駆動形スイッチ
素子のターンオフ完了を判定し、前記電圧駆動形スイッ
チング素子のゲート・エミッタ間に第２のゲート抵抗を
介して負の電圧を与えるゲート制御手段を備え、ターン
オフ後の状態を安定に維持する。
に、本発明の電圧駆動形スイッチング素子のゲート駆動
回路は、ゲート・エミッタ間のゲート電圧に基づいて導
通状態或いは非導通状態となる電圧駆動形スイッチ素子
にゲート抵抗を介して導通状態或いは非導通状態とする
ためのゲート電圧を与えスイッチング制御を行う場合
に、前記ゲート電圧に基づいて前記電圧駆動形スイッチ
素子のターンオフ完了を判定し、前記電圧駆動形スイッ
チング素子のゲート・エミッタ間に第２のゲート抵抗を
介して負の電圧を与えるゲート制御手段を備え、ターン
オフ後の状態を安定に維持する。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に係る実施例
（基本形）を図１に示す。図１において、１１は第２の
ゲート抵抗、１４は判定信号Ｓに基づいて導通して第２
のゲート抵抗１１に負の電圧（−Ｅn ）を加えるスイッ
チ、３０はＩＧＢＴ７のゲート・エミッタ間電圧ｖgeに
基づいてＩＧＢＴ７のターンオフ完了を判定し判定信号
Ｓを出力するターンオフ判定部である。その他は従来
（図９）と同じものであり同符号で示している。
（基本形）を図１に示す。図１において、１１は第２の
ゲート抵抗、１４は判定信号Ｓに基づいて導通して第２
のゲート抵抗１１に負の電圧（−Ｅn ）を加えるスイッ
チ、３０はＩＧＢＴ７のゲート・エミッタ間電圧ｖgeに
基づいてＩＧＢＴ７のターンオフ完了を判定し判定信号
Ｓを出力するターンオフ判定部である。その他は従来
（図９）と同じものであり同符号で示している。
【００１３】上記構成において、ゲート制御回路（図示
なし）から、正或いは負の電圧のスイッチング指令ｖin
が入力されるとトランジスタ３或いはトランジスタ４を
介してスイッチング指令ｖinに対応した電圧ｖg が出力
され、ゲート抵抗６を介してＩＧＢＴ７のゲート・エミ
ッタ間に正或いは負のゲート電圧ｖgeが与えられ、ＩＧ
ＢＴ７がターンオン或いはターンオフするスイッチング
制御が従来と同様に行われる。
なし）から、正或いは負の電圧のスイッチング指令ｖin
が入力されるとトランジスタ３或いはトランジスタ４を
介してスイッチング指令ｖinに対応した電圧ｖg が出力
され、ゲート抵抗６を介してＩＧＢＴ７のゲート・エミ
ッタ間に正或いは負のゲート電圧ｖgeが与えられ、ＩＧ
ＢＴ７がターンオン或いはターンオフするスイッチング
制御が従来と同様に行われる。
【００１４】この場合、負の電圧のスイッチング指令ｖ
inが入力され、トランジスタ４が導通してゲート電源２
の負の電圧に対応した電圧ｖg が出力され、ＩＧＢＴ７
がターンオフ動作を開始すると、ＩＧＢＴ７のターンオ
フ時の特性によりゲート・エミッタ間電圧ｖgeは、図２
に示すように、コレクタに流れる電流がゼロになるまで
ミラー電圧と呼ばれるレベル（通常５Ｖ程度）に維持さ
れ、コレクタ電流がゼロになると急速に負バイアスの状
態に移行する。ターンオフ時は所定の電流変化率ｄｉ／
ｄｔでコレクタ電流が減少するので遮断電流が大きいほ
どミラー電圧の発生期間が長くなり遮断電流が小さけれ
ば点線で示すようにミラー電圧の発生期間が短くなる。
そしてゲート電圧ｖgeが負バイアスの状態に移行する
と、ターンオフ判定部３０からターンオフ完了の判定信
号Ｓが出力されスイッチ１４が導通状態となり、ゲート
電源２の負の電圧（−Ｅn ）が第２のゲート抵抗１１を
介してＩＧＢＴ７のゲート・エミッタ間に並列的に供給
される。これにより、ゲート電圧ｖgeは急速に負側へシ
フトバイアスされる。従って、ＩＧＢＴ７のコレクタ・
エミッタ間電圧が急速に上昇し、大きなｄｖ／ｄｔが印
加されても再点弧することなくターンオフ状態を維持す
ることができ安定にターンオフ動作を完了させることが
できる。
inが入力され、トランジスタ４が導通してゲート電源２
の負の電圧に対応した電圧ｖg が出力され、ＩＧＢＴ７
がターンオフ動作を開始すると、ＩＧＢＴ７のターンオ
フ時の特性によりゲート・エミッタ間電圧ｖgeは、図２
に示すように、コレクタに流れる電流がゼロになるまで
ミラー電圧と呼ばれるレベル（通常５Ｖ程度）に維持さ
れ、コレクタ電流がゼロになると急速に負バイアスの状
態に移行する。ターンオフ時は所定の電流変化率ｄｉ／
ｄｔでコレクタ電流が減少するので遮断電流が大きいほ
どミラー電圧の発生期間が長くなり遮断電流が小さけれ
ば点線で示すようにミラー電圧の発生期間が短くなる。
そしてゲート電圧ｖgeが負バイアスの状態に移行する
と、ターンオフ判定部３０からターンオフ完了の判定信
号Ｓが出力されスイッチ１４が導通状態となり、ゲート
電源２の負の電圧（−Ｅn ）が第２のゲート抵抗１１を
介してＩＧＢＴ７のゲート・エミッタ間に並列的に供給
される。これにより、ゲート電圧ｖgeは急速に負側へシ
フトバイアスされる。従って、ＩＧＢＴ７のコレクタ・
エミッタ間電圧が急速に上昇し、大きなｄｖ／ｄｔが印
加されても再点弧することなくターンオフ状態を維持す
ることができ安定にターンオフ動作を完了させることが
できる。
【００１５】図３は本発明のゲート駆動回路の具体的な
実施例を示したもので、請求項２、３に対応するもので
ある。図３において、１２、１３、１４はトランジス
タ、１５、１６、１７は抵抗、１８はダイオードであ
る。その他は従来（図９）と同じものであり同符号で示
している。
実施例を示したもので、請求項２、３に対応するもので
ある。図３において、１２、１３、１４はトランジス
タ、１５、１６、１７は抵抗、１８はダイオードであ
る。その他は従来（図９）と同じものであり同符号で示
している。
【００１６】図３の構成において、ゲート制御回路（図
示なし）から、負の電圧のスイッチング指令ｖinが入力
されると、トランジスタ３がオフしトランジスタ４がオ
ンしてゲート抵抗６に−Ｅn の電圧が入力され、トラン
ジスタ１２がオフし、トランジスタ１３とトランジスタ
１４がオンして第２のゲート抵抗１１に−Ｅn の電圧が
入力され、ゲート抵抗６から供給されるゲート電圧ｖge
と共に第２のゲート抵抗１１からも並列的にゲート電圧
ｖgeが供給される。
示なし）から、負の電圧のスイッチング指令ｖinが入力
されると、トランジスタ３がオフしトランジスタ４がオ
ンしてゲート抵抗６に−Ｅn の電圧が入力され、トラン
ジスタ１２がオフし、トランジスタ１３とトランジスタ
１４がオンして第２のゲート抵抗１１に−Ｅn の電圧が
入力され、ゲート抵抗６から供給されるゲート電圧ｖge
と共に第２のゲート抵抗１１からも並列的にゲート電圧
ｖgeが供給される。
【００１７】この状態からスイッチング指令ｖinが正の
電圧に変化すると、トランジスタ４がオフしてトランジ
スタ３がオンし、ゲート抵抗６の入力電圧ｖg が−Ｅn
から＋Ｅp に変化し、また同時に、トランジスタ１２が
オフからオンに変化しトランジスタ１４がオフして第２
のゲート抵抗１１の入力電圧は−Ｅn からゼロ電圧に変
化し、ゲート電圧ｖgeが時定数（Ｒ6 ・Ｃｉes）の変化
率で正方向に変化し始める。（図４を参照） そして、ゲート電圧ｖgeが負から正に変化する時点でト
ランジスタ１３がオフし、更にゲート電圧ｖgeが増大し
ＩＧＢＴ７はターンオン状態に制御される。
電圧に変化すると、トランジスタ４がオフしてトランジ
スタ３がオンし、ゲート抵抗６の入力電圧ｖg が−Ｅn
から＋Ｅp に変化し、また同時に、トランジスタ１２が
オフからオンに変化しトランジスタ１４がオフして第２
のゲート抵抗１１の入力電圧は−Ｅn からゼロ電圧に変
化し、ゲート電圧ｖgeが時定数（Ｒ6 ・Ｃｉes）の変化
率で正方向に変化し始める。（図４を参照） そして、ゲート電圧ｖgeが負から正に変化する時点でト
ランジスタ１３がオフし、更にゲート電圧ｖgeが増大し
ＩＧＢＴ７はターンオン状態に制御される。
【００１８】その後、ＩＧＢＴ７のコレクタに電流が流
れている状態において、スイッチング指令ｖinが正から
負の電圧に変化すると、トランジスタ３がオフしトラン
ジスタ４がオンしてゲート抵抗６に−Ｅn の電圧が入力
され、同時にトランジスタ１２がオフ状態となる。しか
し、ＩＧＢＴ７のコレクタに電流が流れていると、図４
に示すように、ゲート・エミッタ間電圧ｖgeは直ぐには
負電圧にならず前述したミラー電圧に維持されるのでト
ランジスタ１３は直ちにオン状態に移行せず、トランジ
スタ１２がオフしてもトランジスタ１４はベース電流が
流れずオフ状態が維持される。従って、ＩＧＢＴ７はゲ
ート抵抗６から供給されるゲート電圧ｖgeのみによって
ターンオフ制御される。コレクタ電流がゼロになりミラ
ー電圧が消滅してゲート・エミッタ電圧ｖgeが負になる
とトランジスタ１３がオンし、トランジスタ１４がオン
して第２のゲート抵抗１１に入力される電圧はゼロ電圧
から−Ｅn に変化し、ゲート抵抗６と第２のゲート抵抗
１１から並列的に負のゲート電圧ｖgeが供給される。
れている状態において、スイッチング指令ｖinが正から
負の電圧に変化すると、トランジスタ３がオフしトラン
ジスタ４がオンしてゲート抵抗６に−Ｅn の電圧が入力
され、同時にトランジスタ１２がオフ状態となる。しか
し、ＩＧＢＴ７のコレクタに電流が流れていると、図４
に示すように、ゲート・エミッタ間電圧ｖgeは直ぐには
負電圧にならず前述したミラー電圧に維持されるのでト
ランジスタ１３は直ちにオン状態に移行せず、トランジ
スタ１２がオフしてもトランジスタ１４はベース電流が
流れずオフ状態が維持される。従って、ＩＧＢＴ７はゲ
ート抵抗６から供給されるゲート電圧ｖgeのみによって
ターンオフ制御される。コレクタ電流がゼロになりミラ
ー電圧が消滅してゲート・エミッタ電圧ｖgeが負になる
とトランジスタ１３がオンし、トランジスタ１４がオン
して第２のゲート抵抗１１に入力される電圧はゼロ電圧
から−Ｅn に変化し、ゲート抵抗６と第２のゲート抵抗
１１から並列的に負のゲート電圧ｖgeが供給される。
【００１９】従って、本実施例によれば、ＩＧＢＴ７が
ターンオフ動作を完了した後、ゲート電圧ｖgeが従来
（点線）より短い時定数［Ｃge・（Ｒg1・Ｒg2／（Ｒg1
＋Ｒg2））］で急速に負側にバイアスされる。これによ
り、ＩＧＢＴ７のコレクタ・エミッタ間電圧のｄｖ／ｄ
ｔによる再点弧を防止することができる。
ターンオフ動作を完了した後、ゲート電圧ｖgeが従来
（点線）より短い時定数［Ｃge・（Ｒg1・Ｒg2／（Ｒg1
＋Ｒg2））］で急速に負側にバイアスされる。これによ
り、ＩＧＢＴ７のコレクタ・エミッタ間電圧のｄｖ／ｄ
ｔによる再点弧を防止することができる。
【００２０】なお、本実施例ではＩＧＢＴ７のターンオ
フ完了を検知してゲート電圧を制御するのでＩＧＢＴ７
の遮断電流による特性の変化あるいは個体差によるバラ
ツキなどは効果に影響しない。
フ完了を検知してゲート電圧を制御するのでＩＧＢＴ７
の遮断電流による特性の変化あるいは個体差によるバラ
ツキなどは効果に影響しない。
【００２１】図５は本発明のゲート駆動回路の別の具体
的な実施例を示したもので、請求項４、５に対応するも
のである。図５において、１９、２０はダイオード、２
１、２２は抵抗である。その他は前述実施例（図３）及
び従来（図９）と同じものであり同符号で示している。
的な実施例を示したもので、請求項４、５に対応するも
のである。図５において、１９、２０はダイオード、２
１、２２は抵抗である。その他は前述実施例（図３）及
び従来（図９）と同じものであり同符号で示している。
【００２２】この実施例は、ゲート抵抗６の入力側の電
圧ｖg と出力側の電圧ｖgeの高い方の電圧によってトラ
ンジスタ１３をオン、オフさせるようにしたものであ
る。図５の構成において、ゲート制御回路（図示なし）
から、負の電圧のスイッチング指令ｖinが入力される
と、トランジスタ３がオフしトランジスタ４がオンして
ゲート抵抗６に−Ｅn の電圧が入力され、トランジスタ
１３とトランジスタ１４がオンして第２のゲート抵抗１
１に−Ｅn の電圧が入力され、ＩＧＢＴ７に負のゲート
電圧ｖgeが並列的に供給される。
圧ｖg と出力側の電圧ｖgeの高い方の電圧によってトラ
ンジスタ１３をオン、オフさせるようにしたものであ
る。図５の構成において、ゲート制御回路（図示なし）
から、負の電圧のスイッチング指令ｖinが入力される
と、トランジスタ３がオフしトランジスタ４がオンして
ゲート抵抗６に−Ｅn の電圧が入力され、トランジスタ
１３とトランジスタ１４がオンして第２のゲート抵抗１
１に−Ｅn の電圧が入力され、ＩＧＢＴ７に負のゲート
電圧ｖgeが並列的に供給される。
【００２３】この状態からスイッチング指令ｖinが正の
電圧に変化すると、トランジスタ４がオフしてトランジ
スタ３がオンし、ゲート抵抗６の入力電圧ｖg が−Ｅn
から＋Ｅp に変化し、また同時に、トランジスタ１３が
オンからオフに変化しトランジスタ１４がオフして第２
のゲート抵抗１１の入力側が開放され、ゲート電圧ｖge
が時定数（Ｒ6 ・Ｃｉes）の変化率で正方向に増大し、
ＩＧＢＴ７はターンオン状態に制御される。（図６参
照） その後、ＩＧＢＴ７のコレクタに電流が流れている状態
において、スイッチング指令ｖinが負の電圧に変化する
と、再びトランジスタ３がオフしトランジスタ４がオン
してゲート抵抗６に−Ｅn の電圧が入力される。しか
し、ＩＧＢＴ７のコレクタに電流が流れているとゲート
・エミッタ間電圧ｖgeは直ぐには負電圧にならずミラー
電圧に維持されるので、図６に示すように、トランジス
タ１３は直ちにオン状態に移行せず、トランジスタ１４
はオフ状態が維持される。従って、ＩＧＢＴ７はゲート
抵抗６から供給されるゲート電圧ｖgeのみによってター
ンオフ制御される。コレクタ電流がゼロになりミラー電
圧が消滅してゲート電圧ｖgeが負になるとトランジスタ
１３がオンし、トランジスタ１４がオンして第２のゲー
ト抵抗１１に入力される電圧はゼロ電圧から−Ｅn に変
化し、ゲート抵抗６と第２のゲート抵抗１１から並列的
に負のゲート電圧ｖgeが供給される。
電圧に変化すると、トランジスタ４がオフしてトランジ
スタ３がオンし、ゲート抵抗６の入力電圧ｖg が−Ｅn
から＋Ｅp に変化し、また同時に、トランジスタ１３が
オンからオフに変化しトランジスタ１４がオフして第２
のゲート抵抗１１の入力側が開放され、ゲート電圧ｖge
が時定数（Ｒ6 ・Ｃｉes）の変化率で正方向に増大し、
ＩＧＢＴ７はターンオン状態に制御される。（図６参
照） その後、ＩＧＢＴ７のコレクタに電流が流れている状態
において、スイッチング指令ｖinが負の電圧に変化する
と、再びトランジスタ３がオフしトランジスタ４がオン
してゲート抵抗６に−Ｅn の電圧が入力される。しか
し、ＩＧＢＴ７のコレクタに電流が流れているとゲート
・エミッタ間電圧ｖgeは直ぐには負電圧にならずミラー
電圧に維持されるので、図６に示すように、トランジス
タ１３は直ちにオン状態に移行せず、トランジスタ１４
はオフ状態が維持される。従って、ＩＧＢＴ７はゲート
抵抗６から供給されるゲート電圧ｖgeのみによってター
ンオフ制御される。コレクタ電流がゼロになりミラー電
圧が消滅してゲート電圧ｖgeが負になるとトランジスタ
１３がオンし、トランジスタ１４がオンして第２のゲー
ト抵抗１１に入力される電圧はゼロ電圧から−Ｅn に変
化し、ゲート抵抗６と第２のゲート抵抗１１から並列的
に負のゲート電圧ｖgeが供給される。
【００２４】従って、本実施例によれば、ＩＧＢＴ７が
ターンオフ動作を完了した後、ゲート電圧ｖgeが前述実
施例と同様に急速に負側にシフトバイアスされ、これに
より、ＩＧＢＴ７のコレクタ・エミッタ間電圧のｄｖ／
ｄｔによる再点弧を防止することができる。
ターンオフ動作を完了した後、ゲート電圧ｖgeが前述実
施例と同様に急速に負側にシフトバイアスされ、これに
より、ＩＧＢＴ７のコレクタ・エミッタ間電圧のｄｖ／
ｄｔによる再点弧を防止することができる。
【００２５】図７は本発明のゲート駆動回路の更に別の
具体的な実施例を示したもので、請求項４、５に対応す
るものである。図７において、２３、２４はダイオード
である。その他は前述実施例（図５）及び従来（図９）
と同じものであり同符号で示している。
具体的な実施例を示したもので、請求項４、５に対応す
るものである。図７において、２３、２４はダイオード
である。その他は前述実施例（図５）及び従来（図９）
と同じものであり同符号で示している。
【００２６】この実施例はスイッチング指令ｖinが負の
電圧で与えられたとき、ゲート抵抗６の入力電圧ｖg を
ゼロ電圧にしてＩＧＢＴ７のゲート・エミッタ間をゲー
ト抵抗６を通して短絡するようにしたもので、その他は
図５と同様に構成したものである。
電圧で与えられたとき、ゲート抵抗６の入力電圧ｖg を
ゼロ電圧にしてＩＧＢＴ７のゲート・エミッタ間をゲー
ト抵抗６を通して短絡するようにしたもので、その他は
図５と同様に構成したものである。
【００２７】この実施例の場合、ＩＧＢＴ７がオンして
コレクタ電流が流れている状態においてスイッチング指
令ｖinが正から負の電圧に変化すると、ＩＧＢＴ７がタ
ーンオフ動作を開始してゲート電圧ｖgeは前述したよう
にミラー電圧に維持される。コレクタ電流がゼロになり
ミラー電圧が消滅するとゲート電圧ｖgeが負の電圧に低
下し、ダイオード２０、抵抗１７を介してトランジスタ
１３に与えられるベース電圧ｖo が負になり、図８に示
すようにトランジスタ１３がオンし、トランジスタ１４
がオンして第２のゲート抵抗１１に−Ｅn の電圧が加え
られる。これによりゲート電圧ｖgeが急速に負側にバイ
アスされ、ＩＧＢＴ７のコレクタ・エミッタ間電圧のｄ
ｖ／ｄｔによる再点弧を防止することができる。
コレクタ電流が流れている状態においてスイッチング指
令ｖinが正から負の電圧に変化すると、ＩＧＢＴ７がタ
ーンオフ動作を開始してゲート電圧ｖgeは前述したよう
にミラー電圧に維持される。コレクタ電流がゼロになり
ミラー電圧が消滅するとゲート電圧ｖgeが負の電圧に低
下し、ダイオード２０、抵抗１７を介してトランジスタ
１３に与えられるベース電圧ｖo が負になり、図８に示
すようにトランジスタ１３がオンし、トランジスタ１４
がオンして第２のゲート抵抗１１に−Ｅn の電圧が加え
られる。これによりゲート電圧ｖgeが急速に負側にバイ
アスされ、ＩＧＢＴ７のコレクタ・エミッタ間電圧のｄ
ｖ／ｄｔによる再点弧を防止することができる。
【００２８】この実施例によれば、ＩＧＢＴ７のターン
オフ動作を比較的にゆっくり行わせてｄｉ／ｄｔによる
サージ電圧を抑制し、ターンオフが完了した時点からゲ
ート電圧ｖgeを急速に負側にバイアスすることができ、
ＩＧＢＴ７のコレクタ・エミッタ間電圧のｄｖ／ｄｔに
よる再点弧を防止することができる。なお、ダイオード
２４はトランジスタ４のコレクタ・エミッタ間に過大な
逆電圧が印加されるのを防ぐためのものである。
オフ動作を比較的にゆっくり行わせてｄｉ／ｄｔによる
サージ電圧を抑制し、ターンオフが完了した時点からゲ
ート電圧ｖgeを急速に負側にバイアスすることができ、
ＩＧＢＴ７のコレクタ・エミッタ間電圧のｄｖ／ｄｔに
よる再点弧を防止することができる。なお、ダイオード
２４はトランジスタ４のコレクタ・エミッタ間に過大な
逆電圧が印加されるのを防ぐためのものである。
【００２９】
【発明の効果】本発明の電圧駆動形スイッチ素子のゲー
ト駆動回路によれば、電圧駆動形スイッチ素子がターン
オフ動作を完了したとき急速にゲート電圧を負バイアス
側にシフトすることが可能となり、主回路電圧のｄｖ／
ｄｔで誤点弧することなく安定した高信頼性のオン、オ
フのスイッチング制御を行うことが可能となる。
ト駆動回路によれば、電圧駆動形スイッチ素子がターン
オフ動作を完了したとき急速にゲート電圧を負バイアス
側にシフトすることが可能となり、主回路電圧のｄｖ／
ｄｔで誤点弧することなく安定した高信頼性のオン、オ
フのスイッチング制御を行うことが可能となる。
【図１】本発明の請求項１に係る実施例の構成図。
【図２】上記実施例の作用を説明するための波形図。
【図３】本発明の請求項２、３に係る実施例の構成図。
【図４】上記実施例の作用を説明するための波形図。
【図５】本発明の請求項２、３に係る実施例の構成図。
【図６】上記実施例の作用を説明するための波形図。
【図７】本発明の請求項４、５に係る実施例の構成図。
【図８】上記実施例の作用を説明するための波形図。
【図９】従来の装置の構成図。
【図１０】上記従来の装置の動作を説明するための波形
図。
図。
【図１１】ＩＧＢＴの等価静電容量を示す図。
【図１２】（ａ）はＩＧＢＴを用いた電力変換器の主回
路図、（ｂ）はＩＧＢＴの誤動作を説明するための波形
図。
路図、（ｂ）はＩＧＢＴの誤動作を説明するための波形
図。
１…ゲート電源（正バイアス用） ２…ゲート電
源（負バイアス用） ３、４…トランジスタ ５…抵抗 ６…ゲート抵抗 ７…ＩＧＢＴ ８、９、１０…等価静電容量 １１…第２のゲ
ート抵抗 １２〜１４…トランジスタ １５〜１７…
抵抗 １８〜２０…ダイオード ２１、２２…
抵抗 ２３、２４…ダイオード ２５、２６…
ＩＧＢＴ
源（負バイアス用） ３、４…トランジスタ ５…抵抗 ６…ゲート抵抗 ７…ＩＧＢＴ ８、９、１０…等価静電容量 １１…第２のゲ
ート抵抗 １２〜１４…トランジスタ １５〜１７…
抵抗 １８〜２０…ダイオード ２１、２２…
抵抗 ２３、２４…ダイオード ２５、２６…
ＩＧＢＴ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02M 1/06
H02M 1/08
Claims (5)
- 【請求項１】ゲート・エミッタ間のゲート電圧に基づい
て導通状態或いは非導通状態となる電圧駆動形スイッチ
素子にゲート抵抗を介して導通状態或いは非導通状態と
するためのゲート電圧を与えスイッチング制御を行う場
合に、前記ゲート電圧に基づいて前記電圧駆動形スイッ
チ素子のターンオフ完了を判定し、前記電圧駆動形スイ
ッチング素子のゲート・エミッタ間に第２のゲート抵抗
を介して負の電圧を与えるゲート制御手段を備え、ター
ンオフ後の状態を安定に維持することを特徴とする電圧
駆動形スイッチ素子のゲート駆動回路。 - 【請求項２】請求項１に記載の電圧駆動形スイッチ素子
のゲート駆動回路において、前記ゲート制御手段は、前
記ゲート電圧が所定値以下のとき導通するスイッチ素子
を備え、このスイッチ素子が導通したときターンオフ完
了と判定することを特徴とする電圧駆動形スイッチ素子
のゲート駆動回路。 - 【請求項３】請求項２に記載の電圧駆動形スイッチ素子
のゲート駆動回路において、前記ゲート制御手段は、非
導通状態とするためのゲート電圧が与えられ、かつ前記
スイッチ素子が導通したことを条件として導通する第２
のスイッチ素子を備え、この第２のスイッチ素子を介し
て前記第２のゲート抵抗に負の電圧を与えることを特徴
とする電圧駆動形スイッチ素子のゲート駆動回路。 - 【請求項４】請求項１に記載の電圧駆動形スイッチ素子
のゲート駆動回路において、前記ゲート制御手段は、前
記ゲート抵抗に加えられる電圧及び前記ゲート電圧のい
ずれか高い方の電圧が所定値以下のとき導通するスイッ
チ素子を備え、このスイッチ素子が導通したときターン
オフ完了と判定することを特徴とする電圧駆動形スイッ
チ素子のゲート駆動回路。 - 【請求項５】請求項４に記載の電圧駆動形スイッチ素子
のゲート駆動回路において、前記ゲート制御手段は、前
記スイッチ素子が導通したとき導通する第２のスイッチ
素子を備え、この第２のスイッチ素子を介して前記第２
のゲート抵抗に負の電圧を与えることを特徴とする電圧
駆動形スイッチ素子のゲート駆動回路。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10408697A JP3532377B2 (ja) | 1997-04-22 | 1997-04-22 | 電圧駆動形スイッチ素子のゲート駆動回路 |
| CA002232199A CA2232199C (en) | 1997-04-22 | 1998-03-16 | Power converter with voltage drive switching element |
| US09/042,576 US5929665A (en) | 1997-04-22 | 1998-03-17 | Power converter with voltage drive switching device monitored by device parameters and electric parameters |
| AU58436/98A AU712126B2 (en) | 1997-04-22 | 1998-03-17 | Power converter with voltage drive switching device monitored by device parameters and electric parameters |
| CN98115111A CN1065990C (zh) | 1997-04-22 | 1998-04-22 | 具有电压驱动开关元件的功率转换器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10408697A JP3532377B2 (ja) | 1997-04-22 | 1997-04-22 | 電圧駆動形スイッチ素子のゲート駆動回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10304650A JPH10304650A (ja) | 1998-11-13 |
| JP3532377B2 true JP3532377B2 (ja) | 2004-05-31 |
Family
ID=14371328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10408697A Expired - Lifetime JP3532377B2 (ja) | 1997-04-22 | 1997-04-22 | 電圧駆動形スイッチ素子のゲート駆動回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3532377B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2007166655A (ja) * | 2007-02-05 | 2007-06-28 | Hitachi Ltd | 電力用半導体素子の駆動装置 |
| JP5196818B2 (ja) * | 2007-03-14 | 2013-05-15 | 株式会社東芝 | 半導体スイッチング素子のドライブ回路及びｘ線高電圧装置 |
| JP2009071956A (ja) * | 2007-09-12 | 2009-04-02 | Mitsubishi Electric Corp | ゲート駆動回路 |
| JP5029678B2 (ja) | 2009-12-07 | 2012-09-19 | 株式会社デンソー | スイッチング素子の駆動装置 |
| CN102324835B (zh) * | 2011-10-14 | 2013-09-04 | 广东易事特电源股份有限公司 | 一种igbt驱动电路 |
| JP6009932B2 (ja) * | 2012-12-21 | 2016-10-19 | 株式会社東芝 | ゲート駆動回路 |
| JP6295514B2 (ja) * | 2013-03-26 | 2018-03-20 | セイコーエプソン株式会社 | スイッチングレギュレーターの制御回路、集積回路装置、スイッチングレギュレーター及び電子機器 |
| JP6255766B2 (ja) * | 2013-07-23 | 2018-01-10 | 日新電機株式会社 | ゲート駆動回路 |
| CN106104993B (zh) * | 2014-05-30 | 2019-05-10 | 三菱电机株式会社 | 电力用半导体元件的驱动电路 |
| CN108616212B (zh) * | 2016-12-09 | 2019-11-22 | 上海大郡动力控制技术有限公司 | 新能源汽车电机控制器中igbt管的门极控制策略 |
-
1997
- 1997-04-22 JP JP10408697A patent/JP3532377B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10304650A (ja) | 1998-11-13 |
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