JP3831355B2 - Gate driving method, gate driving circuit, and gate driving power IC - Google Patents

Gate driving method, gate driving circuit, and gate driving power IC Download PDF

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JP3831355B2 JP2003095345A JP2003095345A JP3831355B2 JP 3831355 B2 JP3831355 B2 JP 3831355B2 JP 2003095345 A JP2003095345 A JP 2003095345A JP 2003095345 A JP2003095345 A JP 2003095345A JP 3831355 B2 JP3831355 B2 JP 3831355B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゲート駆動方法、ゲート駆動回路に関するもので、特にインバータ装置に適用されるMOSゲート駆動回路及びそのパワーICに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のインバータ装置用のMOSゲート駆動用パワーICでは、フローティング電位基準の上アームでの異常、又は外部のMOSゲートパワー素子の異常が発生した場合は異常を伝達しない場合が多い。あるいは、フローティング電位基準の信号を外部に出力し、フォトカプラでアース電位基準の信号に変換する回路構成が一般的である。一方、特許文献1には、第1に、上アームの異常を示す信号で高耐圧PMOS素子を駆動し、ローサイドに伝える例(図7)が示されている。第2に、ハイサイドに電流源を設け、その電流信号を高耐圧NMOS素子を介してローサイドに伝達する技術(図2等)が提案されている。
【0003】
【特許文献1】
特開2003−32102号公報(図7、図2ほか)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1に記載された上記第1及び第2の従来技術は、ともに、上アームのフローティング動作に起因して誤動作を生じる可能性があった。
【0005】
本発明の目的は、上アームのフローティング動作に起因する誤動作を防止できるゲート駆動方法、ゲート駆動回路、及びゲート駆動用パワーICを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
ゲート駆動回路においては、良く知られているように、駆動対象となるインバータ等の主回路のスイッチング動作により、上アーム(ハイサイド)の電位が大きくしかも急激に変動(フローティング)する。このフローティング電位は、下アームの主スイッチング素子であるIGBTのON期間中にアース電位にあり、このIGBTがOFFした瞬間に、インバータの電源電圧例えば数百[V]に跳ね上がる。また、上アームでの異常検出信号を下アーム用回路に伝達するために用いるスイッチング素子には寄生容量が存在する。このため、フローティング電位の跳ね上がり時の大きなdV/dtによって、この寄生容量を通して下アーム用回路に信号が伝わり、誤検出する可能性があることが判明した。
【0007】
そこで、本発明は、まず、フローティング電位が低い期間中、すなわち下アームの主スイッチング素子のON時のみに、上アームの異常検出信号を下アーム用回路へ伝達することを特徴とする。
【0008】
具体的には、上アームの異常検出信号と下アームの主スイッチング素子のオン状態を表わす信号の論理積をとって、下アーム用回路へ伝達する。また、この下アームの主スイッチング素子のオン状態を表わす信号は、下アームの主スイッチング素子へのオンゲート信号付与期間であることと、フローティング電位が低下していることとの論理積によって生成することが望ましい。
【0009】
これにより、フローティング電位の跳ね上がりに伴う誤信号を拾うことなく、信頼性の高い異常検出動作が期待できるゲート駆動方法、ゲート駆動回路を実現する。
【0010】
本発明は、また、下アームの主スイッチング素子のオン期間に前記異常検出信号を下アーム用回路へ伝達するだけでなく、さらに、この伝達された信号と、下アームの主スイッチング素子のオン期間を表わす信号との論理積に基いて外部へ異常信号を出力することを特徴とする。
【0011】
これにより、さらに信頼性の高い異常検出動作が期待できるゲート駆動方法、ゲート駆動回路を実現する。
【0012】
本発明は、また、下アームの主スイッチング素子のオン状態を表わす信号や、ゲート駆動回路の下アーム用回路へ伝達した上記上アームの異常検出信号を論理部に入力する際に、フィルタを介することを特徴とする。
【0013】
これにより、高圧回路からのノイズによって生じる例えばひげ状の誤検出信号をブロックし、誤動作の可能性をより確実に防止できるゲート駆動方法、ゲート駆動回路を実現する。
【0014】
本発明は、また、インバータ等の電力変換器を駆動するパワーICにおいて、上アームの異常を検出し保持する異常検出信号保持部と、その出力に応じてスイッチングされる低耐圧のスイッチング素子と、この低耐圧スイッチング素子に直列接続され、下アームの主スイッチング素子と同期的にON/OFF制御される高耐圧のスイッチング素子と、これら2つのスイッチング素子がともにONしたとき、上アームの異常検出信号を下アーム用回路に伝達する抵抗要素を備えたことを特徴とする。
【0015】
このレベル変換(レベルシフトダウン)回路に用いる高耐圧スイッチング素子は、通常のスイッチングのためのオン/オフ信号のレベル変換(レベルシフトアップ)回路に用いる高耐圧NMOSを用いることが望ましい。
【0016】
これにより、パワーIC内部に既存の高圧デバイスを用いて比較的簡単な回路構成で、上アームの異常信号をアース電位基準の信号レベルに変換でき、安定した上アーム異常検出機能をもつゲート駆動用パワーICを実現できる。
【0017】
本発明のその他の目的及び特徴は、以下の実施例の説明で明らかにする。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の一実施例によるゲート駆動用パワーICと制御対象となるインバータ主回路の1相分を示す機能ブロック図である。家電用、産業用あるいは、EV(Electric Vehicle)用等のインバータシステムには、モータ駆動用の3相分のインバータブリッジが多用されている。直流電源1は、3相インバータの1相分を示す上アーム及び下アームの主スイッチング素子(IGBT)21と22の直列回路に接続されている。ここでは、MOSゲート素子としてIGBTを示しているが、パワーMOSとすることもできる。これらIGBTの直列接続点Aは、同期電動機や誘導電動機に代表される3相負荷3の1相端子に接続されている。他の2相分の回路は省略している。
【0019】
これらの主IGBT21や22は、ゲート駆動用パワーIC(ゲート駆動回路)4から、外部バッファ51,52を介して交互にON/OFF駆動される。一実施例パワーIC4は、制御信号発生部6から数[V]レベルのPWM信号である上,下入力信号61,62を受け、十数[V]の電源71(Vcc),72(Vct)によって、数百[mA]レベルのPWMパルス列を出力する。これを、外部バッファ51,52にて数[A]レベルに増幅して主IGBT21,22に供給している。これらの外部バッファ51,52は、出力電流レベルを増幅しているが、IC出力の電流能力と駆動するMOSゲート素子の入力容量によっては省略することもできる。この例では、主電源1は数百[V]レベルである。
【0020】
次に、パワーIC4内の機能ブロックについて説明する。上アーム側では、上入力信号61を入力インターフェース部41で受け、レベルシフトアップ回路42Uで電位レベルをシフトアップする。そして、上アームドライブ回路431を通し、外部バッファ51を介して、主IGBT(MOSゲート素子)21を駆動する。下アーム側では、下入力信号62を入力インターフェース部41で受け、下アームドライブ回路432を通し、外部バッファ52を介して主IGBT(MOSゲート素子)22を駆動する。
【0021】
このパワーICには、異常検出機能が付加されており、上下のアーム異常検出及び保持部441及び442でそれぞれ異常を検出し、ホールドする。上アーム異常検出及び保持部441は、上アームの主IGBT21の過電流、制御電源電圧の低下等の異常を検出/保持する。保持された異常検出信号は、レベルシフトダウン回路42Dで、信号電位レベルをシフトダウンされ、下アームのFault出力部45に伝達される。一方、下アーム異常検出及び保持部442で検出/保持された異常検出信号は、直接、Fault出力部45に伝達される。
【0022】
この実施例においては、上アームの異常検出及び保持部441からの異常検出信号を、A点のフローティング電位がアース電位レベルにある期間のみにおいて、レベルシフトダウン回路42Dを介してFault出力部45に伝達する部分に特徴があり、その詳細を図2を参照して説明する。
【0023】
図2は、本発明の一実施例によるゲート駆動用パワーICのうち、レベルシフトダウン回路42Dの具体的な回路を示す構成図である。図中、図1と同一符号は同一機能部を示しており、必要に応じての説明にとどめる。上アーム異常検出及び保持部441で異常が検出された場合、一旦、上アームドライブ回路431を通して主IGBT素子21を遮断する。同時に、この異常検出信号は、上アームの異常検出及び保持部441に保持され、保持された状態で、レベルシフトダウン回路42D内の低耐圧PMOSスイッチング素子11をオン状態とする。このPMOSスイッチング素子11には、並列にツェナーダイオード12が接続されている。したがって、今、主IGBT22がOFF期間であり、A点のフローティング電位が数百[V]レベルの高電位にあれば、この高電位は高耐圧NMOSスイッチング素子13のドレインに達し、ブロックされている。
【0024】
この高耐圧NMOSスイッチング素子13のゲート信号の生成について説明する。下アームIGBTにON信号が与えられる期間「H」である入力信号14がフィルタ15に与えられている。一方、フローティング電位の高低を示す信号16は、基準電圧生成部17の出力と、比較部18において比較されている。そして、フィルタ15の出力と、比較部18の出力とが、AND論理部19に入力され、このAND論理部19の出力によって前記高耐圧NMOSスイッチング素子13のゲート信号を生成している。したがって、下アームの主IGBT22にON信号が与えられる期間であって、かつフローティング電位が低いという、確実に下アームの主IGBT22がONしていることを確認できたとき、高耐圧NMOSスイッチング素子13がONする。
【0025】
さて、このように下アームの主IGBT22がONし、これと同期的にON/OFFする高耐圧NMOSスイッチング素子13もONしている期間に、前述した上アームの異常検出及び保持部441からの異常検出信号が発生したとする。これにより、低耐圧PMOSスイッチング素子11がオン状態となると、上アーム回路用の電源72(Vct)から、低耐圧PMOSスイッチング素子11、高耐圧NMOSスイッチング素子13を通して、ソースフォロア抵抗23に電流が流れる。したがって、高耐圧NMOSスイッチング素子13のソースとソースフォロア抵抗23の接続点が「H」となる。このようにして、上アームの異常検出信号は下アーム回路部へ伝達される。
【0026】
この信号は、ひげ状のノイズをカットするフィルタ24を介してNAND論理部25の一入力となる。一方、このNAND論理部25の他入力には、前記AND論理部19の出力が与えられている。すなわち、上アーム用回路から下アーム用回路に伝達された異常検出信号は、下アーム用回路において、下アームの主スイッチング素子22の確実なON状態を再確認できたときのみ、Fault出力部45からパワーIC4の外部へ出力される。なお、26は保護用のダイオードである。
【0027】
この実施例によるゲート駆動方法、ゲート駆動回路又はゲート駆動用パワーICを要約すると次の通りである。まず、直列接続された上下アームの主IGBT21,22に対して、入力信号61,62に応じ、フローティング電位基準の上アームのゲート駆動信号と、アース電位基準の下アームのゲート駆動信号を出力する。また、フローティング電位基準の上アーム用回路の電源72を用いて上アームの異常を検出する異常検出部441と、この異常検出信号をアース電位基準の下アーム用回路へ伝達する伝達径路を有するゲート駆動用パワーIC4を前提とする。ここで、上アーム用回路で異常検出信号を保持し伝達径路へ出力する異常信号保持部441と、伝達径路中に接続された高耐圧NMOSスイッチング素子13と、フローティング電位の低下時に高耐圧NMOSスイッチング素子13をオンさせる制御部(14〜19)を備えている。そして、伝達径路の低耐圧PMOS11へ異常検出信号が出力され、かつ高耐圧NMOSスイッチング素子13がオンしたことに基き、アース電位基準の下アーム用回路のソースフォロア抵抗23に上アームの異常検出信号を伝達する。また、ソースフォロア抵抗23の電位信号と、下アームの主IGBT22のオン状態を表わす信号(19出力)との論理積(25)により外部への異常信号を出力(45)する論理構成を備え、外部へ出力するレベルシフトダウン回路42Dを備えている。
【0028】
このように、下アームの主スイッチング素子へのオンゲート信号付与期間であることを二重に確認して、上アームの異常信号を下アーム用回路に伝達し、フローティング電位のdV/dtによる予期せぬ誤動作を二重に防止している。
【0029】
【発明の効果】
本発明によれば、フローティング電位の跳ね上がりに伴う誤信号を拾うことなく、信頼性の高い異常検出動作が期待できるゲート駆動方法、ゲート駆動回路又はゲート駆動用パワーICを実現することができる。
【0030】
また、IC内部で既存の高圧デバイスを用いて比較的簡単な回路構成で実現でき、安定な上アーム異常検出/出力の機能をもつゲート駆動用パワーICを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるゲート駆動用パワーICと制御対象となるインバータ主回路の1相分を示す機能ブロック図である。
【図2】本発明の一実施例によるゲート駆動用パワーICのうちレベルシフトダウン回路の具体的な回路構成図である。
【符号の説明】
1…高圧直流電源、21,22…上,下アーム主スイッチング素子(主IGBT)、3…3相負荷、4…ゲート駆動回路(ゲート駆動用パワーIC)、41…入力インターフェース部、42U…レベルシフトアップ回路、42D…レベルシフトダウン回路、11…低耐圧PMOSスイッチング素子、12…保護用ツェナーダイオード、13…高圧NMOSスイッチング素子、14…下アームオン信号、15…フィルタ、16…フローティング電位、17…基準電圧発生部、18…比較部、19…AND論理部、23…ソースフォロア抵抗、24…フィルタ、25…NAND論理部、26…保護用ダイオード、431,432…上下アームドライブ回路、441,442…上下アーム異常検出及び保持部、45…Fault出力部、51,52…外部バッファ、6…(PWM)制御信号発生部、61,62…上下(PWM)制御信号、71…アース電位基準の下アーム用回路の制御電源(Vcc)、72…フローティング電位基準の上アーム用回路の制御電源(Vct)、8…外部高圧ダイオード、81…外部プルアップ抵抗。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gate driving method and a gate driving circuit, and more particularly to a MOS gate driving circuit applied to an inverter device and a power IC thereof.
[0002]
[Prior art]
In a conventional MOS gate driving power IC for an inverter device, when an abnormality occurs in the upper arm based on a floating potential or an abnormality of an external MOS gate power element, the abnormality is often not transmitted. Alternatively, a circuit configuration in which a floating potential reference signal is output to the outside and converted to a ground potential reference signal by a photocoupler is generally used. On the other hand, Patent Document 1 first shows an example (FIG. 7) in which a high voltage PMOS device is driven by a signal indicating abnormality of the upper arm and transmitted to the low side. Secondly, a technique (FIG. 2 and the like) has been proposed in which a current source is provided on the high side and the current signal is transmitted to the low side via a high voltage NMOS device.
[0003]
[Patent Document 1]
JP2003-32102A (FIGS. 7, 2, etc.)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, both the first and second prior arts described in Patent Document 1 may cause a malfunction due to the floating operation of the upper arm.
[0005]
An object of the present invention is to provide a gate driving method, a gate driving circuit, and a gate driving power IC that can prevent a malfunction due to a floating operation of an upper arm.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In a gate drive circuit, as is well known, the potential of the upper arm (high side) increases and rapidly fluctuates (floats) due to the switching operation of a main circuit such as an inverter to be driven. This floating potential is at the ground potential during the ON period of the IGBT which is the main switching element of the lower arm, and jumps to the power supply voltage of the inverter, for example, several hundred [V] at the moment when the IGBT is turned off. In addition, there is a parasitic capacitance in the switching element used to transmit the abnormality detection signal in the upper arm to the lower arm circuit. For this reason, it has been found that there is a possibility that a signal is transmitted to the lower arm circuit through this parasitic capacitance due to a large dV / dt when the floating potential jumps and erroneous detection is performed.
[0007]
Therefore, the present invention is characterized in that an abnormality detection signal for the upper arm is first transmitted to the lower arm circuit only when the floating potential is low, that is, only when the main switching element of the lower arm is ON.
[0008]
Specifically, the logical product of the abnormality detection signal of the upper arm and the signal indicating the ON state of the main switching element of the lower arm is taken and transmitted to the lower arm circuit. The signal representing the ON state of the main switching element of the lower arm is generated by a logical product of the period during which the on-gate signal is applied to the main switching element of the lower arm and the floating potential being lowered. Is desirable.
[0009]
This realizes a gate driving method and a gate driving circuit that can be expected to perform a highly reliable abnormality detection operation without picking up an error signal associated with the jump of the floating potential.
[0010]
The present invention not only transmits the abnormality detection signal to the lower arm circuit during the ON period of the main switching element of the lower arm, but also transmits the transmitted signal and the ON period of the main switching element of the lower arm. An abnormal signal is output to the outside based on a logical product with a signal representing.
[0011]
As a result, a gate driving method and a gate driving circuit that can expect a more reliable abnormality detection operation are realized.
[0012]
In the present invention, the signal indicating the ON state of the main switching element of the lower arm and the abnormality detection signal of the upper arm transmitted to the circuit for the lower arm of the gate drive circuit are input to the logic unit via a filter. It is characterized by that.
[0013]
As a result, a gate drive method and a gate drive circuit that can block, for example, a whisker-like erroneous detection signal caused by noise from the high-voltage circuit and prevent the possibility of malfunction more reliably are realized.
[0014]
In the power IC that drives a power converter such as an inverter, the present invention also includes an abnormality detection signal holding unit that detects and holds an abnormality of the upper arm, a low breakdown voltage switching element that is switched according to the output, A high breakdown voltage switching element connected in series to the low breakdown voltage switching element and controlled ON / OFF synchronously with the main switching element of the lower arm, and an abnormality detection signal for the upper arm when both of these two switching elements are turned ON. Is provided with a resistance element for transmitting to the lower arm circuit.
[0015]
The high breakdown voltage switching element used in this level conversion (level shift down) circuit is desirably a high breakdown voltage NMOS used in a level conversion (level shift up) circuit for an on / off signal for normal switching.
[0016]
As a result, it is possible to convert an abnormal signal of the upper arm to a signal level based on the ground potential with a relatively simple circuit configuration using an existing high-voltage device inside the power IC, and for gate driving having a stable upper arm abnormality detection function. A power IC can be realized.
[0017]
Other objects and features of the present invention will become apparent from the description of the following examples.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a functional block diagram showing one phase of a gate driving power IC and an inverter main circuit to be controlled according to an embodiment of the present invention. Inverter systems for home appliances, industrial use, EV (Electric Vehicle), and the like often use three-phase inverter bridges for motor drive. The DC power source 1 is connected to a series circuit of main switching elements (IGBTs) 21 and 22 of an upper arm and a lower arm showing one phase of a three-phase inverter. Here, IGBT is shown as the MOS gate element, but power MOS can also be used. A series connection point A of these IGBTs is connected to a one-phase terminal of a three-phase load 3 typified by a synchronous motor or an induction motor. The other two-phase circuits are omitted.
[0019]
The main IGBTs 21 and 22 are alternately turned ON / OFF from the gate driving power IC (gate driving circuit) 4 via the external buffers 51 and 52. In one embodiment, the power IC 4 is a PWM signal of several [V] level from the control signal generator 6 and receives the lower input signals 61 and 62 and receives power supplies 71 (Vcc) and 72 (Vct) of ten and several [V]. To output a PWM pulse train of several hundred [mA] level. This is amplified to several [A] levels by the external buffers 51 and 52 and supplied to the main IGBTs 21 and 22. These external buffers 51 and 52 amplify the output current level, but may be omitted depending on the current capability of the IC output and the input capacity of the MOS gate element to be driven. In this example, the main power source 1 has a level of several hundred [V].
[0020]
Next, functional blocks in the power IC 4 will be described. On the upper arm side, the upper input signal 61 is received by the input interface unit 41, and the potential level is shifted up by the level shift up circuit 42U. Then, the main IGBT (MOS gate element) 21 is driven through the upper arm drive circuit 431 and the external buffer 51. On the lower arm side, the lower input signal 62 is received by the input interface unit 41, passes through the lower arm drive circuit 432, and drives the main IGBT (MOS gate element) 22 via the external buffer 52.
[0021]
This power IC is provided with an abnormality detection function, and the upper and lower arm abnormality detection and holding units 441 and 442 detect and hold the abnormality, respectively. The upper arm abnormality detection and holding unit 441 detects / holds an abnormality such as an overcurrent of the main IGBT 21 of the upper arm and a decrease in the control power supply voltage. The held abnormality detection signal is shifted down in the signal potential level by the level shift down circuit 42D and transmitted to the fault output unit 45 of the lower arm. On the other hand, the abnormality detection signal detected / held by the lower arm abnormality detection and holding unit 442 is directly transmitted to the fault output unit 45.
[0022]
In this embodiment, the abnormality detection signal from the upper arm abnormality detection and holding unit 441 is sent to the fault output unit 45 via the level shift down circuit 42D only during the period when the floating potential at the point A is at the ground potential level. There is a feature in the transmitting portion, and the details will be described with reference to FIG.
[0023]
FIG. 2 is a configuration diagram showing a specific circuit of the level shift down circuit 42D in the gate driving power IC according to one embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same functional units, and the description will be made only when necessary. When an abnormality is detected by the upper arm abnormality detection / holding unit 441, the main IGBT element 21 is once shut off through the upper arm drive circuit 431. At the same time, this abnormality detection signal is held in the upper arm abnormality detection and holding unit 441, and in the held state, the low breakdown voltage PMOS switching element 11 in the level shift down circuit 42D is turned on. A Zener diode 12 is connected to the PMOS switching element 11 in parallel. Therefore, if the main IGBT 22 is now in the OFF period and the floating potential at the point A is a high potential of several hundred [V] level, this high potential reaches the drain of the high voltage NMOS switching element 13 and is blocked. .
[0024]
Generation of the gate signal of the high voltage NMOS switching element 13 will be described. An input signal 14 that is “H” during which an ON signal is applied to the lower arm IGBT is applied to the filter 15. On the other hand, the signal 16 indicating the level of the floating potential is compared with the output of the reference voltage generation unit 17 in the comparison unit 18. The output of the filter 15 and the output of the comparison unit 18 are input to the AND logic unit 19, and the gate signal of the high breakdown voltage NMOS switching element 13 is generated by the output of the AND logic unit 19. Therefore, when it is confirmed that the main IGBT 22 of the lower arm is in an ON period during the period in which the ON signal is applied to the main IGBT 22 of the lower arm and the floating potential is low, the high breakdown voltage NMOS switching element 13 Turns on.
[0025]
Now, during the period in which the main IGBT 22 of the lower arm is turned on and the high voltage NMOS switching element 13 that is turned on / off in synchronization with the main IGBT 22 is also turned on, the above-described abnormality detection and holding unit 441 from the upper arm is turned on. Assume that an abnormality detection signal is generated. Thus, when the low breakdown voltage PMOS switching element 11 is turned on, a current flows from the power supply 72 (Vct) for the upper arm circuit to the source follower resistor 23 through the low breakdown voltage PMOS switching element 11 and the high breakdown voltage NMOS switching element 13. . Therefore, the connection point between the source of the high voltage NMOS switching element 13 and the source follower resistor 23 is “H”. In this way, the abnormality detection signal for the upper arm is transmitted to the lower arm circuit unit.
[0026]
This signal becomes one input of the NAND logic unit 25 through the filter 24 that cuts whiskers. On the other hand, the output of the AND logic unit 19 is given to the other input of the NAND logic unit 25. That is, the abnormality detection signal transmitted from the upper arm circuit to the lower arm circuit is the fault output unit 45 only when the reliable ON state of the main switching element 22 of the lower arm can be reconfirmed in the lower arm circuit. To the outside of the power IC 4. Reference numeral 26 denotes a protective diode.
[0027]
The gate drive method, gate drive circuit or gate drive power IC according to this embodiment is summarized as follows. First, the upper arm gate drive signal based on the floating potential and the lower arm gate drive signal based on the ground potential are output to the main IGBTs 21 and 22 of the upper and lower arms connected in series according to the input signals 61 and 62. . Also, an abnormality detection unit 441 that detects an abnormality of the upper arm using the power supply 72 of the upper arm circuit based on the floating potential, and a gate having a transmission path for transmitting this abnormality detection signal to the lower arm circuit based on the ground potential The driving power IC 4 is assumed. Here, the abnormal signal holding unit 441 that holds the abnormality detection signal in the upper arm circuit and outputs it to the transmission path, the high breakdown voltage NMOS switching element 13 connected in the transmission path, and the high breakdown voltage NMOS switching when the floating potential decreases. The control part (14-19) which turns on the element 13 is provided. Then, when an abnormality detection signal is output to the low breakdown voltage PMOS 11 in the transmission path and the high breakdown voltage NMOS switching element 13 is turned on, the upper arm abnormality detection signal is supplied to the source follower resistor 23 of the lower arm circuit based on the ground potential. To communicate. In addition, it has a logical configuration that outputs (45) an abnormal signal to the outside by a logical product (25) of the potential signal of the source follower resistor 23 and a signal (19 outputs) indicating the ON state of the main IGBT 22 of the lower arm, A level shift down circuit 42D for outputting to the outside is provided.
[0028]
As described above, it is double-checked that the on-gate signal is applied to the main switching element of the lower arm, the abnormal signal of the upper arm is transmitted to the lower arm circuit, and the floating potential dV / dt is expected. This prevents double malfunctions.
[0029]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to realize a gate drive method, a gate drive circuit, or a gate drive power IC that can be expected to have a highly reliable abnormality detection operation without picking up an error signal associated with a rise in floating potential.
[0030]
Further, it is possible to provide a gate driving power IC that can be realized with a relatively simple circuit configuration using an existing high voltage device inside the IC and has a stable upper arm abnormality detection / output function.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram showing one phase of a gate driving power IC and an inverter main circuit to be controlled according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a specific circuit configuration diagram of a level shift down circuit in a gate driving power IC according to an embodiment of the present invention;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... High voltage DC power supply, 21, 22 ... Upper and lower arm main switching element (main IGBT), 3 ... Three-phase load, 4 ... Gate drive circuit (power IC for gate drive), 41 ... Input interface part, 42U ... Level Shift-up circuit, 42D ... level shift-down circuit, 11 ... low voltage PMOS switching element, 12 ... protective zener diode, 13 ... high voltage NMOS switching element, 14 ... lower arm on signal, 15 ... filter, 16 ... floating potential, 17 ... Reference voltage generation unit, 18 ... comparison unit, 19 ... AND logic unit, 23 ... source follower resistance, 24 ... filter, 25 ... NAND logic unit, 26 ... protection diode, 431,432 ... upper and lower arm drive circuits, 441,442 ... Upper and lower arm abnormality detection and holding unit, 45 ... Fault output unit, 51, 52 External buffer, 6 ... (PWM) control signal generator, 61, 62 ... Vertical (PWM) control signal, 71 ... Control power supply (Vcc) for lower arm circuit based on ground potential, 72 ... For upper arm based on floating potential Control power supply (Vct) of the circuit, 8 ... external high voltage diode, 81 ... external pull-up resistor.

Claims (13)

直列接続された上下アームの主スイッチング素子に対して、ゲート駆動回路から、フローティング電位基準の上アームのゲート駆動信号と、アース電位基準の下アームのゲート駆動信号を出力するとともに、前記ゲート駆動回路内の上アーム用回路の電源を用いて上アームの異常を検出し、この異常信号をアース電位基準の回路部へ伝達する機能を持つゲート駆動方法において、前記上アーム用回路で前記異常信号を保持するステップと、この保持された異常信号を、下アームの主スイッチング素子のオン期間に前記アース電位基準の回路部へ伝達するステップを備えたことを特徴とするゲート駆動方法。The gate drive circuit outputs the gate drive signal of the upper arm based on the floating potential and the gate drive signal of the lower arm based on the ground potential to the main switching elements of the upper and lower arms connected in series. In the gate driving method having a function of detecting an abnormality of the upper arm using the power supply of the upper arm circuit and transmitting the abnormality signal to the ground potential reference circuit unit, the abnormality signal is transmitted by the upper arm circuit. A gate driving method comprising: a holding step; and a step of transmitting the held abnormal signal to the ground potential reference circuit unit during an ON period of the main switching element of the lower arm. 直列接続された上下アームの主スイッチング素子に対して、ゲート駆動回路から、フローティング電位基準の上アームのゲート駆動信号と、アース電位基準の下アームのゲート駆動信号を出力するとともに、前記ゲート駆動回路内の上アーム用回路の電源を用いて上アームの異常を検出し、この異常信号をアース電位基準の回路部へ伝達する機能を持つゲート駆動方法において、前記上アーム用回路で前記異常信号を保持するステップと、下アームの主スイッチング素子のオフ期間に前記異常信号の伝達径路を高耐圧スイッチング素子でブロックするステップと、下アームの主スイッチング素子のオン期間に前記ブロックを解除するステップを備えたことを特徴とするゲート駆動方法。The gate drive circuit outputs the gate drive signal of the upper arm based on the floating potential and the gate drive signal of the lower arm based on the ground potential to the main switching elements of the upper and lower arms connected in series. In the gate driving method having a function of detecting an abnormality of the upper arm using the power supply of the upper arm circuit and transmitting the abnormality signal to the ground potential reference circuit unit, the abnormality signal is transmitted by the upper arm circuit. A step of holding, a step of blocking the abnormal signal transmission path with a high voltage switching element during an off period of the main switching element of the lower arm, and a step of releasing the block during an on period of the main switching element of the lower arm. A gate driving method characterized by the above. 直列接続された上下アームの主スイッチング素子に対して、ゲート駆動回路から、フローティング電位基準の上アームのゲート駆動信号と、アース電位基準の下アームのゲート駆動信号を出力するとともに、前記ゲート駆動回路内の上アーム用回路の電源を用いて上アームの異常を検出し、この異常信号をアース電位基準の回路部へ伝達する機能を持つゲート駆動方法において、前記上アーム用回路で前記異常信号を保持するステップと、下アームの主スイッチング素子のオフ期間に前記異常信号の伝達径路を高耐圧スイッチング素子でブロックするステップと、下アームの主スイッチング素子のオン期間に前記ブロックを解除し前記異常信号を前記アース電位基準の回路部へ伝達するステップと、この伝達された信号と、下アームの主スイッチング素子のオン期間を表わす信号との論理積に基いて外部へ異常信号を出力するステップとを含むことを特徴とするゲート駆動方法。The gate drive circuit outputs the gate drive signal of the upper arm based on the floating potential and the gate drive signal of the lower arm based on the ground potential to the main switching elements of the upper and lower arms connected in series. In the gate driving method having a function of detecting an abnormality of the upper arm using the power supply of the upper arm circuit and transmitting the abnormality signal to the ground potential reference circuit unit, the abnormality signal is transmitted by the upper arm circuit. A step of holding, a step of blocking the transmission path of the abnormal signal with a high voltage switching element during an off period of the main switching element of the lower arm, and a step of releasing the block during the on period of the main switching element of the lower arm. To the ground potential reference circuit unit, the transmitted signal, and the main switch of the lower arm. Gate drive method characterized by including the step of outputting an abnormality signal to the outside based on the logical product of the signal representing the on period of the quenching device. 請求項1〜3のいずれかにおいて、下アームの主スイッチング素子へのオン信号と、フローティング電位の低下を表わす信号との論理積に基いて、この主スイッチング素子のオン期間を判定することを特徴とするゲート駆動方法。4. The ON period of the main switching element according to claim 1, wherein the ON period of the main switching element is determined based on a logical product of an ON signal to the main switching element of the lower arm and a signal indicating a decrease in floating potential. The gate drive method. 直列接続された上下アームの主スイッチング素子に対して、ゲート駆動回路から、フローティング電位基準の上アームのゲート駆動信号と、アース電位基準の下アームのゲート駆動信号を出力するとともに、前記ゲート駆動回路内の上アーム用回路の電源を用いて上アームの異常を検出する異常検出部と、この異常検出信号をアース電位基準の回路部へ伝達する伝達径路を有するゲート駆動回路において、前記上アーム用回路で前記異常検出信号を保持し前記伝達径路へ出力する異常信号保持部と、前記伝達径路中に接続された高耐圧スイッチング素子と、下アームの主スイッチング素子のオン/オフと同期的に前記高耐圧スイッチング素子をオン/オフ制御する制御部を備えたことを特徴とするゲート駆動回路。The gate drive circuit outputs the gate drive signal of the upper arm based on the floating potential and the gate drive signal of the lower arm based on the ground potential to the main switching elements of the upper and lower arms connected in series. In the gate drive circuit having an abnormality detection unit for detecting an abnormality of the upper arm using a power supply of the circuit for the upper arm in the inside and a transmission path for transmitting this abnormality detection signal to the circuit unit of the ground potential reference, An abnormality signal holding unit that holds the abnormality detection signal in a circuit and outputs it to the transmission path, a high-breakdown-voltage switching element connected in the transmission path, and the on / off of the main switching element of the lower arm synchronously with the on / off A gate drive circuit comprising a control unit that controls on / off of a high-breakdown-voltage switching element. 直列接続された上下アームの主スイッチング素子に対して、ゲート駆動回路から、フローティング電位基準の上アームのゲート駆動信号と、アース電位基準の下アームのゲート駆動信号を出力するとともに、前記ゲート駆動回路内の上アーム用回路の電源を用いて上アームの異常を検出する異常検出部と、この異常検出信号をアース電位基準の回路部へ伝達する伝達径路を有するゲート駆動回路において、前記上アーム用回路で前記異常検出信号を保持し前記伝達径路へ出力する異常信号保持部と、前記伝達径路中に接続された高耐圧スイッチング素子と、フローティング電位の低下時に前記高耐圧スイッチング素子をオンさせる制御部を備えたことを特徴とするゲート駆動回路。The gate drive circuit outputs the gate drive signal of the upper arm based on the floating potential and the gate drive signal of the lower arm based on the ground potential to the main switching elements of the upper and lower arms connected in series. In the gate drive circuit having an abnormality detection unit for detecting an abnormality of the upper arm using a power supply of the circuit for the upper arm in the inside and a transmission path for transmitting this abnormality detection signal to the circuit unit of the ground potential reference, An abnormality signal holding unit that holds the abnormality detection signal in a circuit and outputs it to the transmission path, a high breakdown voltage switching element connected in the transmission path, and a control unit that turns on the high breakdown voltage switching element when the floating potential is lowered A gate drive circuit comprising: 請求項5又は6において、前記異常信号保持部の出力に応じて、前記伝達径路をスイッチングする低耐圧スイッチング素子と、この低耐圧スイッチング素子に並列接続された定電圧素子を備えたことを特徴とするゲート駆動回路。7. The method according to claim 5, further comprising: a low breakdown voltage switching element that switches the transmission path according to an output of the abnormal signal holding unit; and a constant voltage element connected in parallel to the low breakdown voltage switching element. A gate drive circuit. 請求項5〜7のいずれかにおいて、前記高耐圧スイッチング素子は、高耐圧NMOSスイッチング素子であることを特徴とするゲート駆動回路。8. The gate drive circuit according to claim 5, wherein the high breakdown voltage switching element is a high breakdown voltage NMOS switching element. 請求項5〜8のいずれかにおいて、前記伝達径路は、低耐圧PMOSスイッチング素子と定電圧素子の並列体、高耐圧NMOSスイッチング素子、及びソースフォロア抵抗要素の直列回路を備えたことを特徴とするゲート駆動回路。9. The transmission path according to claim 5, wherein the transmission path includes a parallel body of a low breakdown voltage PMOS switching element and a constant voltage element, a high breakdown voltage NMOS switching element, and a series circuit of a source follower resistance element. Gate drive circuit. 請求項9において、前記ソースフォロア抵抗の電位信号と、前記下アームの主スイッチング素子のオン状態を表わす信号との論理積により外部への異常信号を出力する論理構成を備えたことを特徴とするゲート駆動回路。10. The logic structure according to claim 9, further comprising: a logical configuration that outputs an abnormal signal to the outside by a logical product of a potential signal of the source follower resistance and a signal representing an ON state of the main switching element of the lower arm. Gate drive circuit. 請求項10において、前記論理積の信号入力部の少なくとも1つにフィルタを備えたことを特徴とするゲート駆動回路。11. The gate drive circuit according to claim 10, further comprising a filter in at least one of the logical product signal input units. 直列接続された上下アームの主スイッチング素子に対して、ゲート駆動回路から、フローティング電位基準の上アームのゲート駆動信号と、アース電位基準の下アームのゲート駆動信号を出力するとともに、前記ゲート駆動回路内の上アーム用回路の電源を用いて上アームの異常を検出する異常検出部と、この異常検出信号をアース電位基準の回路部へ伝達する伝達径路を有するゲート駆動用パワーICにおいて、前記上アーム用回路で前記異常検出信号を保持し前記伝達径路へ出力する異常信号保持部と、前記伝達径路中に接続された高耐圧スイッチング素子と、下アームの主スイッチング素子のオン時に前記高耐圧スイッチング素子をオンさせる制御部を備えたことを特徴とするゲート駆動用パワーIC。The gate drive circuit outputs the gate drive signal of the upper arm based on the floating potential and the gate drive signal of the lower arm based on the ground potential to the main switching elements of the upper and lower arms connected in series. In the gate drive power IC having an abnormality detection unit for detecting an abnormality of the upper arm using the power supply of the upper arm circuit in the inside and a transmission path for transmitting the abnormality detection signal to the circuit unit of the ground potential reference, An abnormal signal holding unit for holding the abnormality detection signal in an arm circuit and outputting it to the transmission path, a high breakdown voltage switching element connected in the transmission path, and the high breakdown voltage switching when the main switching element of the lower arm is turned on A power IC for driving a gate, comprising a control unit for turning on an element. 請求項12において、前記制御部は、前記下アームの主スイッチング素子のオン状態を、この主スイッチング素子へのオン信号及び/又は前記フローティング電位の低下に基いて検出する手段を備えたことを特徴とするゲート駆動用パワーIC。13. The control unit according to claim 12, further comprising means for detecting an on state of the main switching element of the lower arm based on an on signal to the main switching element and / or a decrease in the floating potential. The gate drive power IC.
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