JP3550453B2 - Inverter device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体スイッチング素子の駆動回路にレベルシフト回路を備えたインバータ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電動機駆動などに用いられるインバータ装置は、主電源端子間の高圧側アーム(以下これを上アームと称す)に第1の電力用スイッチング素子を、低圧側アーム(以下これを下アームと称す)に第2の電力用スイッチング素子を各々配置し、これら第1及び第2の電力用スイッチング素子をトーテムポール接続 (直列接続)する。このようなインバータ装置においては、上アームの第1の電力用スイッチング素子を基準電位に対して電位的に浮動状態で駆動するため、第1の電力用スイッチング素子の駆動回路にはトランスによって絶縁された電源が用いられていた。
【0003】
また、第1の電力用スイッチング素子を制御するために上アームの低圧側回路から高圧側回路に制御信号を伝達する手段(レベルシフト)が必要であるが、上記浮動電位の状態でも信号伝達が可能なフォトカプラあるいはパルストランス等が従来用いられていた。
【0004】
これらのレベルシフト回路は、第1及び第2の電力用スイッチング素子のスイッチング周波数の高周波化の要求に伴い高速な信号伝達能力が要求される。また、インバータ装置においては、第1及び第2の電力用スイッチング素子がオンオフする際に発生するトーテムポール接続中点の急激な電位変動に影響されないレベルシフト回路が要求される。
【0005】
最近では、インバータ装置の小型化と信号伝達の高速化を目的に、前記フォトカプラ,パルストランス等を用いないレベルシフト回路が検討されている。この一例として、Proceedings of The 2nd International Symposium on PowerSemiconductor Devices & ICs の第74頁に論じられているレベルシフト回路がある。
【0006】
図2に前記文献のレベルシフト回路を備えたインバータ装置の一例を示す。
【0007】
図2において、QT1は第1の電力用スイッチング素子、QB1は第2の電力用スイッチング素子、及びDT1,DB1は該QT1,QB1と逆接続されたダイオードであり、以上の回路構成から一対のトーテムポール接続の回路構成となる。2は負荷装置、VEは該トーテムポール接続回路の電源である。QB1は VCCを電源とする駆動回路3によって駆動される。一方、上アームのQT1は上アーム用電源VCHを電源とする駆動回路3により駆動される。該駆動回路は、以下に説明するレベルシフト手段によって動作する。
【0008】
まず、低圧回路で生成される上アーム制御信号をパルス状に変換し、上アームオン及びオフ用のパルスをパルス発生器10によって生成する。これを抵抗Ra,Rb及びNチャンネルFET9a,9bで構成されるレベルシフト回路1に与える。オン用のパルスによって該FET9bがオンし該FET9bのドレイン電圧VSは該パルス信号に従って電位が低下する。該電位VSはロジックインバータ5に接続され波形整形を行い、さらに、該出力をフリップフロップ4のセット側に接続する。故に、該フリップフロップ4はセットされ、ハイレベルを出力する。従って、該出力により前記上アーム駆動回路3を駆動することにより上アーム電力用スイッチング素子QT1が動作する。また、該QT1のターンオフ時も前述と同様にオフ用パルスを前記他方のレベルシフト及び波形整形用ロジックインバータ5を介してフリップフロップ4のリセット側に入力し、該フリップフロップ4をリセットする。これに従いQT1がターンオフする。以上の動作によって、高速な信号伝達が可能となる。
【0009】
次に、QT1がターンオンした際に生ずる浮動電位VMの急激な電位変化(これを自励dV/dtと称する)及び他のアームのオンオフ動作によって生ずる VMの急激な電位変化(これを他励dV/dtと称する)に対するレベルシフト回路の動作について述べる。
【0010】
まず、QT1がターンオンするとVMが急激に立ち上がり主電源VEへ向かって電位が変動する。この時、レベルシフト回路のNチャンネルFET9a,9bのソースドレイン間寄生容量8によって、該寄生容量とVM電位の電圧変化率 dV/dtの積で決まる電流源が構成される。従って、該電流により抵抗Ra,Rbにおいて電圧降下を生じ、該抵抗Ra,Rbに接続される波形整形用ロジックインバータ5にパルス信号が伝達される。この時、該信号をフリップフロップ4に伝達しなければ、フリップフロップ4が動作せず初期の動作(セット状態)を保つので、QT1がVM電位のdV/dtに影響されることはない。なお、以上の動作は、他励dV/dt発生時も同様である。
【0011】
このロジックインバータ5においての非伝達手段としては、一般にVM電位のdV/dtの発生期間が限られていることからフィルタ等を用いて信号をカットオフする方法が用いられる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
レベルシフト回路では、一般にロジックインバータ5にフィルタ等を用いることによってVM電位のdV/dtに起因するパルス電圧をカットオフしているが、該dV/dtが非常に小さい場合にはフィルタでカットオフ出来ずフリップフロップ4に信号が伝達される恐れがある。小さなdV/dtまでフィルタでカットオフしようとすればフィルタ時定数が大きくなり、該フィルタ回路の構成が大きくなる。この時、該フィルタによって通常の制御信号に遅延を生じ本来の目的である信号伝達の高速化を損なう恐れがある。また、通常の制御信号は該フィルタ時定数以上のパルス幅が要求されるので、FET9a,9bのオン期間が長くなり該FET9a,9bで消費される電力が増加することが考えられる。
【0013】
本発明は、上記VM電位のdV/dtに起因する上アーム電力用スイッチング素子の誤動作を防止できるレベルシフト回路並びにこれを備えたインバータ装置を提供する。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明では、低圧側信号を上アームQT1駆動信号に変換するレベルシフト回路における、相補的にパルス信号によって動作するNチャンネルFET9a,9bとそのドレイン側に接続された抵抗Ra,Rbからなる回路構成において、オン側パルスを伝達する系と、オフ側パルスを伝達する系との間に、各々信号が伝達される瞬間に他方抵抗値を低める伝達手段を介在させ、かつ発生するdV/dtと前記NチャンネルFET9a,9bの寄生容量8の積からなる電流によって生ずる抵抗Ra,Rbの電圧降下が、前記オフ側パルス伝達系において他方より大きくなるように設定する手段を用いる。
【0015】
前記の手段によれば、前述の他励dV/dt発生時においては、オフ側パルス伝達系での抵抗電圧降下が大きいために、他方の抵抗値を低下させる手段によって該抵抗値での電圧降下が生ぜず、常にオフ側パルス電圧がフリップフロップ4に伝達され、該フリップフロップ4はリセットされる。その結果上アーム電力用スイッチング素子QT1はオフ動作となる。この時該上アーム電力用スイッチング素子QT1が前もってオンしていれば他励dV/dt発生によってターンオフするので所期の目的を達成できないことになるが、インバータ装置の動作として、上アームがオン状態で他励dV/dtが発生することは有り得ない。
【0016】
従って、他励dV/dtでは上アーム電力用スイッチング素子QT1に与える影響はない。
【0017】
一方自励dV/dtにおいては、まず低圧回路からのオン信号パルスが上アームに伝達されることによって上アーム電力用スイッチング素子QT1がターンオンして始めて、浮動電位VMでのdV/dtが発生する。この時レベルシフト回路1でのオフ側パルス伝達系の抵抗値Raは、他方の抵抗値を低下させる手段によって低くなっている。従って、dV/dt発生時におけるオン側パルス伝達系での抵抗Rbでの電圧降下は発生しない。またオン信号パルスがなくなった状態で、かつdV/dtが発生し続けていても「他方の抵抗値を低下させる手段」の保持機能により、オフ側パルス伝達系からの信号はフリップフロップ4まで伝達することは出来ない。従って自励dV/dt発生時も上アーム電力用スイッチング素子QT1に与える影響はない。
【0018】
以上の動作によれば、フリップフロップ4の前段にフィルタ回路を設けることなく浮動電位VMのdV/dtの影響を受けないインバータ装置が可能である。この結果、本発明によれば、レベルシフト回路での本来の信号伝達速度を損なうことなく、低消費電力化が可能であり、かつフィルタ回路レス化ができるので回路規模を小さくできる効果がある。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例である回路の構成を図1に示し説明する。
【0020】
図1は、本発明に係るインバータ装置の第1の実施例を示す。
【0021】
図において、QT1はU相インバータの上アーム側出力段素子である第1の電力用スイッチング素子、QB1はU相インバータの下アーム側出力段素子である第2の電力用スイッチング素子、QT2はV相インバータの上アーム側出力段素子である第1の電力用スイッチング素子、QB2はV相インバータの下アーム側出力段素子である第2の電力用スイッチング素子であり、DT1はU相上アームのQT1に逆並列接続された還流用ダイオード、DB1はU相下アームのQB1に逆並列接続された還流用ダイオード、DT2はV相上アームのQT2に逆並列接続された還流用ダイオード、DB2はV相下アームのQB2に逆並列接続された還流用ダイオードである。ここで、U相の出力端子VM1とV相出力端子VM2 の間に負荷2を接続しており、QT1,QB1,QT2,QB2のオンオフの状態に応じて主電源VEから負荷2に電流を供給する。
【0022】
次に、前記各電力用スイッチング素子の駆動方法及び信号伝達手段について述べる。なお、以下の説明はU相インバータについて行い、V相インバータについてはU相インバータと同じ構成のため説明は省略する。
【0023】
下アームQB1は、VCCを電源とする駆動回路3を介した制御信号SBによりオンオフ制御される。一方上アームQT1は出力端子VM1を基準電位とする電源VCHに接続される駆動回路3によってオンオフ制御される。該駆動回路3を制御する信号は以下の手段によって伝達される。まず、低圧側回路によって上アームのオンオフを制御する信号STが生成される。該信号STをパルス発生器10によってSTの立ち上がり及び立ち下がりに同期したオンパルス信号を形成する。該パルス信号を上アームオン側とオフ側に分配し、レベルシフト回路1の各NチャンネルFET9a,9bのゲート端子に入力する。9aにはオフ側パルス,9bにはオン側パルスを入力する。
【0024】
次に前記上アームのオフ動作を担うNチャンネルFET9aのドレイン端子にVCHを電源とする抵抗Raを接続しさらに、該抵抗とパラ接続されるPチャンネルFET7aを備える。また前記上アームのオフ動作を担うNチャンネルFET9bのドレイン端子にVCHを電源とする抵抗Rbを接続しさらに、該抵抗とパラ接続されるPチャンネルFET7bを備える。ここで、前記PチャンネルFET7aのゲート端子を前記PチャンネルFET7bのドレイン端子へ、また逆に前記PチャンネルFET7bのゲート端子を前記PチャンネルFET7aのドレイン端子へ接続する。これにより、一方の抵抗で発生する電圧降下により、他方の抵抗値を低める手段が形成される。なお、Zda,Zdbは、電圧クランプ用のツエナーダイオードである。特に次段ロジックインバータ5のゲート保護の役目を果たす。
【0025】
以上がレベルシフト回路1の基本構成である。
【0026】
ここで、該レベルシフト回路1の出力となる前記PチャンネルFET7a、及び7bの各ドレイン端子の出力ノードを、前者をVR,後者をVSと定義すれば、次段のロジックインバータ5を介して、VS側がフリップフロップ4のセット側に、VR側がフリップフロップ4のリセット側に入力されるように構成する。これに従い、該フリップフロップ4はセット側に入力信号が入れば、出力Qにハイレベル信号を、リセット側に入力信号が入れば出力Qにローレベル信号を出力する。これを受けて、駆動回路3が動作し上アームQT1のオンオフが可能となる。
【0027】
この時の信号伝達状態をタイミングチャート図3に示す。
【0028】
まず、信号STの立ち上がりと同期したパルス信号がNチャンネルFETのゲート端子に与えられ該FETがオンする。この時抵抗Rbを介して電流が流れ該Rbで電圧降下が発生する。この電圧降下は基準電位VM1から見ればローレベルに低下したのと等価であるから次段インバータ5はハイレベルに反転する。従って、フリップフロップ4がセットされ、結果としてQT1がオンする。なお、オフ動作についても同様である。
【0029】
次に、QT1がオンしたことによって出力端子VM1の電位が急激に上昇し dV/dtを発生させる。この時のレベルシフト回路1での動作を説明する。 VM1の上昇に伴いこれを基準電位とする電源VCHも上昇する。一方、NチャンネルFET9a,9bのソースドレイン間寄生容量8により、VCHから抵抗Ra,Rbを介して電流パスが形成される。その電流は該寄生容量8とdV/ dtの積によって決まる。しかし、上アームQT1をオンさせるため前もってNチャンネルFET9bがオンしているため、Rbでは電圧降下が促進されると同時に、PチャンネルFET7aのゲートソース間電圧が上昇することによって該FET7aがオンしノードVRをクランプする。これにより、NチャンネルFET9aの寄生容量8を充電する電流によって発生する抵抗Raでの電圧降下が減少する。従って、ノードVRの電圧は基準電位VM1から見ればハイレベルのままである。故に、フリップフロップ4にリセット信号が入力されることはない。
【0030】
さらにNチャンネルFET9bのオンパルスが消滅して該FETがオフした場合でも、該FETの寄生容量に充電電流が流れるためRbでの電圧降下が発生し続け、ノードVRの電位は低下することがない。また、PチャンネルFET7bのゲート電圧は、他方FET7aのオン動作により低く保たれるため、該FET7b は高抵抗である。従って、この状態は、抵抗RbとFET9bの寄生容量から決まる時定数の期間保たれるのでdV/dt発生時におけるフリップフロップ4のリセット動作が起こることはない。
【0031】
次に、上アームQT1のオン動作以外に発生するdV/dt(他励dV/dt)を考える。本状態においては、NチャンネルFET9a,9bが双方オフである。この時レベルシフト回路1におけるオン側及びオフ側伝達系が双方電気的に同条件であれば、dV/dt発生時にはNチャンネルFET9a,9bの寄生容量に同量の電流が流れRa,Rbに電圧降下を生じた結果、フリップフロップ4にセット及びリセット信号が同時に入力される。即ち、フリップフロップ4は不定となる。このため、レベルシフト回路における左右の電気的バランスが、製造ばらつき等によって崩れれば、フリップフロップ4はセットリセットのどちらに状態が変化するか不明である。
【0032】
これを解消するために、あらかじめレベルシフト回路左右の電気的バランスを崩しておく手段を用いる。インバータ装置では、他励dV/dtは、上アーム QT1がオフしている時に発生するので、該dV/dtが発生した際、あらかじめフリップフロップ4がリセットされるようにレベルシフト回路左右のバランスを崩しておけば良い。
【0033】
本実施例では、抵抗Ra,Rbの条件を、Ra>Rbとしておくことによって、前記バランスを崩す。
【0034】
前記実施例では抵抗値のバランスを変えたが、これによらず、NチャンネルFETの寄生容量、あるいは、PチャンネルFETのサイズ等左右の電気的アンバランスを生じさせ抵抗Raでの電圧降下が大きくなるように構成してもよい。
次に、本発明の他の実施例を示す図4について説明する。
【0035】
図4において、前述した図1の実施例と異なる点は、レベルシフト回路における他方の抵抗値を低下させる手段にある。図4において、PチャンネルFET7a ,7bのゲート端子は、フリップフロップ4の出力から与えられる。これにより、該FETのどちらか一方が常にオン状態となっている。一方図1の実施例では、プルアップ用の抵抗Ra,Rbにより電位が固定されるので定常的には前記FET7a,7bは双方オフである。
【0036】
これにより、本実施例では、図1の実施例と異なり定常的にレベルシフト回路での他方の抵抗値を低下させることができる。従って、dV/dtの耐量は実施例図1より大きい。
【0037】
【発明の効果】
本発明によれば、dV/dtによる電力用スイッチング素子の誤動作を未然に防止できる。これにより、レベルシフト回路次段のフィルタ回路が不要で回路構成を簡略化できる。また、信号伝達の妨げとなるフィルタ回路がないことから信号伝達速度が速く、かつフィルタ回路での消費電力が発生しないことから低消費電力化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による一実施例を示す回路図である。
【図2】従来技術による回路図である。
【図3】本発明による図1の実施例におけるタイミングチャートを示す図である。
【図4】本発明の他の実施例を示す回路である。
【符号の説明】
1…レベルシフト回路、2…負荷、3…電力用スイッチング素子駆動回路、4…フリップフロップ、5…ロジックインバータ、7a,7b…PチャンネルFET 、8…9a,9bFETのソースドレイン間寄生容量、9a,9b…NチャンネルFET、10…上アーム制御用パルス発生器、QT1,QT2…上アーム電力用スイッチング素子、QB1,QB2…下アーム電力用スイッチング素子、DT1 ,DT2,DB1,DB2…還流ダイオード、VE…主電源、VCC…下アーム制御電源、VCH…上アーム制御電源、Ra,Rb…抵抗、Zda,Zdb…電圧クランプ用ツエナーダイオード、ST…上アーム制御信号、SB…下アーム制御信号、VM1…U相インバータ出力端子、VM2…V相インバータ出力端子、VS…レベルシフトセット側出力、VR…レベルシフトリセット側出力。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an inverter device having a level shift circuit in a drive circuit for a semiconductor switching element.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an inverter device used for driving an electric motor or the like includes a first power switching element on a high voltage side arm (hereinafter referred to as an upper arm) between main power supply terminals and a low voltage side arm (hereinafter referred to as a lower arm). ), A second power switching element is disposed, and the first and second power switching elements are connected by a totem pole connection (series connection). In such an inverter device, since the first power switching element of the upper arm is driven in a floating state with respect to the reference potential, the drive circuit of the first power switching element is insulated by the transformer. Power was used.
[0003]
Further, a means (level shift) for transmitting a control signal from the low-voltage side circuit of the upper arm to the high-voltage side circuit for controlling the first power switching element is required. Possible photocouplers or pulse transformers have been used in the past.
[0004]
These level shift circuits are required to have a high-speed signal transmission capability in accordance with a demand for a higher switching frequency of the first and second power switching elements. Further, in the inverter device, a level shift circuit is required which is not affected by a sudden potential change at the totem pole connection midpoint generated when the first and second power switching elements are turned on and off.
[0005]
Recently, a level shift circuit that does not use the photocoupler, the pulse transformer, and the like has been studied for the purpose of reducing the size of the inverter device and increasing the speed of signal transmission. An example of this is the level shifting circuit discussed on page 74 of Proceedings of The 2nd International Symposium on Power Semiconductor Devices & ICs.
[0006]
FIG. 2 shows an example of an inverter device provided with the level shift circuit of the above document.
[0007]
In FIG. 2, QT1 is a first power switching element, QB1 is a second power switching element, and DT1 and DB1 are diodes reversely connected to the QT1 and QB1. The circuit configuration is a pole connection. 2 is a load device, and VE is a power supply of the totem pole connection circuit. QB1 is driven by a drive circuit 3 powered by VCC. On the other hand, the upper arm QT1 is driven by the drive circuit 3 using the upper arm power supply VCH as a power supply. The drive circuit is operated by a level shift unit described below.
[0008]
First, the upper-arm control signal generated by the low-voltage circuit is converted into a pulse, and a pulse for turning on and off the upper arm is generated by the pulse generator 10. This is applied to the level shift circuit 1 composed of the resistors Ra and Rb and the N-channel FETs 9a and 9b. The FET 9b is turned on by the ON pulse, and the drain voltage VS of the FET 9b is reduced in potential according to the pulse signal. The potential VS is connected to the logic inverter 5 to perform waveform shaping, and the output is connected to the set side of the flip-flop 4. Therefore, the flip-flop 4 is set and outputs a high level. Therefore, by driving the upper arm drive circuit 3 with the output, the upper arm power switching element QT1 operates. Also, when the QT 1 is turned off, an off pulse is input to the reset side of the flip-flop 4 via the other level shift and waveform shaping logic inverter 5 in the same manner as described above, and the flip-flop 4 is reset. Accordingly, QT1 turns off. The above operation enables high-speed signal transmission.
[0009]
Next, a sudden change in the floating potential VM generated when QT1 is turned on (this is referred to as self-excited dV / dt) and a sudden change in the VM generated by the on / off operation of the other arm (this is referred to as separately excited dV / Dt) will be described.
[0010]
First, when QT1 is turned on, VM rises sharply and the potential fluctuates toward main power supply VE. At this time, the source-drain parasitic capacitance 8 of the N-channel FETs 9a and 9b of the level shift circuit forms a current source determined by the product of the parasitic capacitance and the voltage change rate dV / dt of the VM potential. Therefore, the current causes a voltage drop in the resistors Ra and Rb, and a pulse signal is transmitted to the waveform shaping logic inverter 5 connected to the resistors Ra and Rb. At this time, if the signal is not transmitted to the flip-flop 4, the flip-flop 4 does not operate and the initial operation (set state) is maintained, so that QT1 is not affected by dV / dt of the VM potential. The above operation is the same when the separately excited dV / dt occurs.
[0011]
As a non-transmitting means in the logic inverter 5, a method of cutting off a signal using a filter or the like is generally used because the generation period of dV / dt of the VM potential is limited.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
The level shift circuit generally cuts off the pulse voltage caused by the dV / dt of the VM potential by using a filter or the like for the logic inverter 5, but when the dV / dt is very small, the filter is cut off. There is a possibility that a signal is transmitted to the flip-flop 4 without being able to do so. If the filter is to be cut off to a small dV / dt, the filter time constant becomes large, and the configuration of the filter circuit becomes large. At this time, the filter may cause a delay in a normal control signal, which may impair the original purpose of speeding up signal transmission. Further, since a normal control signal requires a pulse width longer than the filter time constant, it is conceivable that the ON period of the FETs 9a and 9b becomes longer and the power consumed by the FETs 9a and 9b increases.
[0013]
The present invention provides a level shift circuit capable of preventing a malfunction of the upper arm power switching element due to the dV / dt of the VM potential, and an inverter device including the same.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, in a level shift circuit for converting a low voltage side signal into an upper arm QT1 drive signal, a circuit configuration including N-channel FETs 9a and 9b operated complementarily by a pulse signal and resistors Ra and Rb connected to the drain side thereof. in a system for transmitting an on-side pulse, between the system for transmitting the off-side pulse, and dV / dt, each moment the signal is transmitted to be interposed transmission means to lower the other resistance values, and generates A means is used for setting the voltage drop of the resistors Ra and Rb caused by the current of the product of the parasitic capacitances 8 of the N-channel FETs 9a and 9b to be larger than the other in the off-side pulse transmission system.
[0015]
According to the above-mentioned means, when the above-mentioned separately excited dV / dt is generated, since the resistance voltage drop in the off-side pulse transmission system is large, the voltage drop at the resistance value is reduced by the other resistance value reducing means. Does not occur, the off-side pulse voltage is always transmitted to the flip-flop 4, and the flip-flop 4 is reset. As a result, the upper arm power switching element QT1 is turned off. At this time, if the upper-arm power switching element QT1 is turned on in advance, it is turned off by generation of separately excited dV / dt, so that the intended purpose cannot be achieved. However, as an operation of the inverter device, the upper arm is turned on. , It is unlikely that separate excitation dV / dt occurs.
[0016]
Therefore, the separately excited dV / dt does not affect the upper arm power switching element QT1.
[0017]
On the other hand, in the self-excited dV / dt, the ON signal pulse from the low-voltage circuit is first transmitted to the upper arm to turn on the upper arm power switching element QT1, and dV / dt at the floating potential VM is generated. . At this time, the resistance value Ra of the off-side pulse transmission system in the level shift circuit 1 is reduced by means for reducing the other resistance value. Therefore, no voltage drop occurs in the resistor Rb in the ON-side pulse transmission system when dV / dt occurs. Also, even if dV / dt continues to be generated with no on-signal pulse, the signal from the off-side pulse transmission system is transmitted to the flip-flop 4 by the holding function of "the means for lowering the other resistance value". I can't do that. Therefore, even when self-excited dV / dt occurs, there is no effect on the upper arm power switching element QT1.
[0018]
According to the above operation, it is possible to provide an inverter device which is not affected by dV / dt of the floating potential VM without providing a filter circuit in a stage preceding the flip-flop 4. As a result, according to the present invention, the power consumption can be reduced without impairing the original signal transmission speed in the level shift circuit, and the filter scale can be eliminated, so that the circuit scale can be reduced.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A configuration of a circuit according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0020]
FIG. 1 shows a first embodiment of the inverter device according to the present invention.
[0021]
In the figure, QT1 is a first power switching element that is an upper-arm output stage element of a U-phase inverter, QB1 is a second power switching element that is a lower-arm output stage element of a U-phase inverter, and QT2 is V QB2 is a second power switching element which is a lower-arm output stage element of the V-phase inverter, and DT1 is a U-phase upper arm of the V-phase inverter. A freewheeling diode connected antiparallel to QT1; DB1 is a freewheeling diode connected antiparallel to QB1 of the U-phase lower arm; DT2 is a freewheeling diode connected antiparallel to QT2 of the V-phase upper arm; DB2 is V This is a reflux diode connected in antiparallel to QB2 of the lower arm. Here, a load 2 is connected between the U-phase output terminal VM1 and the V-phase output terminal VM2, and a current is supplied from the main power supply VE to the load 2 according to the on / off state of QT1, QB1, QT2, and QB2. I do.
[0022]
Next, a method of driving each of the power switching elements and a signal transmission unit will be described. The following description is made for the U-phase inverter, and the description for the V-phase inverter is omitted because it has the same configuration as the U-phase inverter.
[0023]
ON / OFF of the lower arm QB1 is controlled by a control signal SB via a drive circuit 3 using VCC as a power supply. On the other hand, the upper arm QT1 is on / off controlled by a drive circuit 3 connected to a power supply VCH having the output terminal VM1 as a reference potential. A signal for controlling the driving circuit 3 is transmitted by the following means. First, a signal ST for controlling ON / OFF of the upper arm is generated by the low voltage side circuit. The signal ST forms an on-pulse signal synchronized with the rise and fall of ST by the pulse generator 10. The pulse signal is distributed to the upper arm ON side and the OFF side, and is input to the gate terminals of the N-channel FETs 9a and 9b of the level shift circuit 1. An off-side pulse is input to 9a, and an on-side pulse is input to 9b.
[0024]
Next, a resistor Ra using VCH as a power supply is connected to the drain terminal of the N-channel FET 9a responsible for turning off the upper arm, and a P-channel FET 7a is connected in parallel with the resistor. Further, a resistor Rb using VCH as a power supply is connected to a drain terminal of the N-channel FET 9b responsible for turning off the upper arm, and a P-channel FET 7b connected in parallel with the resistor is provided. Here, the gate terminal of the P-channel FET 7a is connected to the drain terminal of the P-channel FET 7b, and conversely, the gate terminal of the P-channel FET 7b is connected to the drain terminal of the P-channel FET 7a. This forms a means for lowering the resistance of the other resistor due to the voltage drop occurring at one resistor. Here, Zda and Zdb are Zener diodes for voltage clamping. In particular, it plays the role of protecting the gate of the next-stage logic inverter 5.
[0025]
The above is the basic configuration of the level shift circuit 1.
[0026]
Here, if the output nodes of the drain terminals of the P-channel FETs 7a and 7b, which are the outputs of the level shift circuit 1, are defined as VR and VS, respectively, via the logic inverter 5 in the next stage, The VS side is inputted to the set side of the flip-flop 4 and the VR side is inputted to the reset side of the flip-flop 4. Accordingly, the flip-flop 4 outputs a high-level signal to the output Q when an input signal is input to the set side, and outputs a low-level signal to the output Q when an input signal is input to the reset side. In response, the drive circuit 3 operates and the upper arm QT1 can be turned on and off.
[0027]
The signal transmission state at this time is shown in a timing chart of FIG.
[0028]
First, a pulse signal synchronized with the rise of the signal ST is supplied to the gate terminal of the N-channel FET, and the FET is turned on. At this time, a current flows through the resistor Rb, and a voltage drop occurs at the Rb. This voltage drop is equivalent to a drop to a low level when viewed from the reference potential VM1, so that the next-stage inverter 5 is inverted to a high level. Therefore, the flip-flop 4 is set, and as a result, QT1 turns on. The same applies to the off operation.
[0029]
Next, when QT1 is turned on, the potential of the output terminal VM1 rises sharply to generate dV / dt. The operation of the level shift circuit 1 at this time will be described. With the rise of VM1, the power supply VCH using this as a reference potential also rises. On the other hand, a current path is formed from VCH via the resistances Ra and Rb by the source-drain parasitic capacitance 8 of the N-channel FETs 9a and 9b. The current is determined by the product of the parasitic capacitance 8 and dV / dt. However, since the N-channel FET 9b has been turned on in advance to turn on the upper arm QT1, the voltage drop is promoted at Rb, and at the same time, the gate-source voltage of the P-channel FET 7a rises to turn on the FET 7a. Clamp VR. As a result, the voltage drop at the resistor Ra caused by the current charging the parasitic capacitance 8 of the N-channel FET 9a is reduced. Therefore, the voltage of the node VR remains at the high level when viewed from the reference potential VM1. Therefore, the reset signal is not input to the flip-flop 4.
[0030]
Further, even when the on-pulse of the N-channel FET 9b disappears and the FET is turned off, the charging current flows through the parasitic capacitance of the FET, so that the voltage drop at Rb continues to occur, and the potential of the node VR does not decrease. The gate voltage of the P-channel FET 7b is kept low by the ON operation of the other FET 7a, so that the FET 7b has a high resistance. Therefore, since this state is maintained for a time constant determined by the resistance Rb and the parasitic capacitance of the FET 9b, the reset operation of the flip-flop 4 does not occur when dV / dt occurs.
[0031]
Next, consider dV / dt (separately excited dV / dt) generated other than the ON operation of the upper arm QT1. In this state, the N-channel FETs 9a and 9b are both off. At this time, if both the on-side and off-side transmission systems in the level shift circuit 1 are electrically the same, the same amount of current flows through the parasitic capacitance of the N-channel FETs 9a and 9b when dV / dt occurs, and the voltage flows through Ra and Rb. As a result of the drop, the set and reset signals are simultaneously input to the flip-flop 4. That is, the flip-flop 4 is undefined. Therefore, if the electrical balance between the left and right in the level shift circuit is broken due to manufacturing variations or the like, it is unclear which of the flip-flops 4 will change its state to set or reset.
[0032]
In order to solve this, means for previously breaking the electrical balance between the left and right of the level shift circuit is used. In the inverter device, the separately excited dV / dt is generated when the upper arm QT1 is off, so that when the dV / dt occurs, the level shift circuit balances the left and right so that the flip-flop 4 is reset in advance. You just need to break it down.
[0033]
In the present embodiment, the balance is broken by setting the conditions of the resistors Ra and Rb to Ra> Rb.
[0034]
In the above embodiment, the resistance balance is changed. However, regardless of this, the left and right electrical imbalances such as the parasitic capacitance of the N-channel FET or the size of the P-channel FET occur, and the voltage drop at the resistor Ra is large. You may comprise so that it may become.
Next, FIG. 4 showing another embodiment of the present invention will be described.
[0035]
4 differs from the embodiment of FIG. 1 described above in the means for lowering the other resistance value in the level shift circuit. In FIG. 4, the gate terminals of the P-channel FETs 7a and 7b are supplied from the output of the flip-flop 4. As a result, one of the FETs is always on. On the other hand, in the embodiment of FIG. 1, since the potential is fixed by the pull-up resistors Ra and Rb, the FETs 7a and 7b are normally off.
[0036]
Thus, in the present embodiment, unlike the embodiment of FIG. 1, the other resistance value in the level shift circuit can be steadily reduced. Therefore, the tolerance of dV / dt is larger than that of the embodiment shown in FIG.
[0037]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, malfunction of the power switching element by dV / dt can be prevented beforehand. This eliminates the need for a filter circuit at the next stage of the level shift circuit, thereby simplifying the circuit configuration. Further, since there is no filter circuit that hinders signal transmission, the signal transmission speed is high, and power consumption can be reduced because power consumption in the filter circuit does not occur.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram according to the related art.
FIG. 3 is a diagram showing a timing chart in the embodiment of FIG. 1 according to the present invention.
FIG. 4 is a circuit showing another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Level shift circuit, 2 ... Load, 3 ... Power switching element drive circuit, 4 ... Flip-flop, 5 ... Logic inverter, 7a, 7b ... P-channel FET, 8 ... 9a, 9b FET source-drain parasitic capacitance, 9a , 9b: N-channel FET, 10: Upper arm control pulse generator, QT1, QT2: Upper arm power switching element, QB1, QB2: Lower arm power switching element, DT1, DT2, DB1, DB2: Reflux diode, VE: Main power supply, VCC: Lower arm control power supply, VCH: Upper arm control power supply, Ra, Rb: Resistor, Zda, Zdb: Zener diode for voltage clamp, ST: Upper arm control signal, SB: Lower arm control signal, VM1 ... U-phase inverter output terminal, VM2 ... V-phase inverter output terminal, VS ... level switch Tosetto side output, VR ... level shift the reset side output.

Claims (2)

複数の電力用半導体スイッチング素子と、該電力用半導体スイッチング素子を駆動する複数の駆動回路と、該駆動回路にフリップフロップを介して制御信号を伝達するレベルシフト回路とを備えたインバータ装置において、
前記複数の電力用半導体スイッチング素子が、該インバータ装置の上アーム側出力段素子と、下アーム側出力段素子とであって、
前記レベルシフト回路が、前記上アームの電力用半導体スイッチング素子に低圧側回路から高圧側回路に前記制御信号を伝達する回路であって、
かつ前記レベルシフト回路が、第1のスイッチング素子の一端と第1の抵抗の一端とが接続されることにより、第1のスイッチング素子と第1の抵抗とが直列に接続され、
第2のスイッチング素子の一端と第2の抵抗の一端とが接続されることにより、第2のスイッチング素子と第2の抵抗とが直列に接続され、
第1のスイッチング素子の他端と第2のスイッチング素子の他端とが共通接続され、
第1の抵抗の他端と前記第2の抵抗の他端とが共通接続され、
第1の抵抗の両端に、第1のスイッチング素子がオン状態の時にオフ状態になる第3のスイッチング素子が並列に接続され、
第2の抵抗の両端に、第2のスイッチング素子がオン状態の時にオフ状態になる第4のスイッチング素子が並列に接続され
前記第1の抵抗の一端が前記フリップフロップのセット側に接続され、
前記第2の抵抗の一端が前記フリップフロップのリセット側に接続されており、
前記レベルシフト回路の第1の抵抗の大きさが第2の抵抗の大きさより大きいことを特徴とするインバータ装置。
In an inverter device including a plurality of power semiconductor switching elements, a plurality of drive circuits that drive the power semiconductor switching elements, and a level shift circuit that transmits a control signal to the drive circuit via a flip-flop ,
The plurality of power semiconductor switching elements are an upper-arm output stage element and a lower-arm output stage element of the inverter device,
The level shift circuit is a circuit that transmits the control signal from a low voltage side circuit to a high voltage side circuit to the power semiconductor switching element of the upper arm,
And the level shift circuit connects one end of the first switching element and one end of the first resistor, so that the first switching element and the first resistor are connected in series,
By connecting one end of the second switching element and one end of the second resistor, the second switching element and the second resistor are connected in series,
The other end of the first switching element and the other end of the second switching element are commonly connected,
The other end of the first resistor and the other end of the second resistor are commonly connected,
A third switching element which is turned off when the first switching element is turned on is connected in parallel to both ends of the first resistor,
A fourth switching element which is turned off when the second switching element is turned on is connected in parallel to both ends of the second resistor ,
One end of the first resistor is connected to a set side of the flip-flop,
One end of the second resistor is connected to a reset side of the flip-flop,
The magnitude | size of the 1st resistance of the said level shift circuit is larger than the magnitude | size of a 2nd resistance, The inverter apparatus characterized by the above-mentioned .
複数の電力用半導体スイッチング素子と、該電力用半導体スイッチング素子を駆動する複数の駆動回路と、該駆動回路にフリップフロップを介して制御信号を伝達するレベルシフト回路とを備えたインバータ装置において、
前記複数の電力用半導体スイッチング素子が、該インバータ装置の上アーム側出力段素子と、下アーム側出力段素子とであって、
前記レベルシフト回路が、前記上アームの電力用半導体スイッチング素子に低圧側回路から高圧側回路に前記制御信号を伝達する回路であって、
かつ前記レベルシフト回路が、第1のスイッチング素子の一端と第1の抵抗の一端とが接続されることにより、第1のスイッチング素子と第1の抵抗とが直列に接続され、
第2のスイッチング素子の一端と第2の抵抗の一端とが接続されることにより、第2のスイッチング素子と第2の抵抗とが直列に接続され、
第1のスイッチング素子の他端と第2のスイッチング素子の他端とが共通接続され、
第1の抵抗の他端と前記第2の抵抗の他端とが共通接続され、
第1の抵抗の両端に、第1のスイッチング素子がオン状態の時にオフ状態になる第3のスイッチング素子が並列に接続され、
第2の抵抗の両端に、第2のスイッチング素子がオン状態の時にオフ状態になる第4のスイッチング素子が並列に接続され、
前記第1の抵抗の一端が前記フリップフロップのセット側に接続され、
前記第2の抵抗の一端が前記フリップフロップのリセット側に接続されており、
前記レベルシフト回路、前記第1のスイッチング素子の持つ寄生容量前記第2のスイッチング素子の持つ寄生容量より大きいことを特徴とするインバータ装置。
In an inverter device including a plurality of power semiconductor switching elements, a plurality of drive circuits that drive the power semiconductor switching elements, and a level shift circuit that transmits a control signal to the drive circuit via a flip-flop,
The plurality of power semiconductor switching elements are an upper-arm output stage element and a lower-arm output stage element of the inverter device,
The level shift circuit is a circuit that transmits the control signal from a low voltage side circuit to a high voltage side circuit to the power semiconductor switching element of the upper arm,
And the level shift circuit connects one end of the first switching element and one end of the first resistor, so that the first switching element and the first resistor are connected in series,
By connecting one end of the second switching element and one end of the second resistor, the second switching element and the second resistor are connected in series,
The other end of the first switching element and the other end of the second switching element are commonly connected,
The other end of the first resistor and the other end of the second resistor are commonly connected,
A third switching element which is turned off when the first switching element is turned on is connected in parallel to both ends of the first resistor,
A fourth switching element which is turned off when the second switching element is turned on is connected in parallel to both ends of the second resistor,
One end of the first resistor is connected to a set side of the flip-flop,
One end of the second resistor is connected to a reset side of the flip-flop,
Said level shift circuit, said inverter device parasitic capacitance of the first switching element and wherein the larger parasitic capacitance of the second switching element.
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