JP4192650B2 - パワースイッチング素子の駆動回路 - Google Patents
パワースイッチング素子の駆動回路 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4192650B2 JP4192650B2 JP2003087524A JP2003087524A JP4192650B2 JP 4192650 B2 JP4192650 B2 JP 4192650B2 JP 2003087524 A JP2003087524 A JP 2003087524A JP 2003087524 A JP2003087524 A JP 2003087524A JP 4192650 B2 JP4192650 B2 JP 4192650B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- switching element
- power switching
- semiconductor element
- driven
- 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
Images
Landscapes
- Power Conversion In General (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワースイッチング素子の駆動回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
比較的大きな電流のオン、オフ制御を行う回路においては、スイッチング素子のオフ時にそのとき流れている電流のdi/dtに比例したサージ電圧が発生する。そのようなサージ電圧から半導体スイッチング素子を保護するためのツェナーダイオードを使用した駆動回路として図2に示すような回路が知られている。
【0003】
図2の回路は、インバータ回路等を構成する電圧駆動型スイッチング素子21のゲートGに、pチャネルFET22のドレインDと、nチャネルFET23のドレインDが接続されている。また、電圧駆動型スイッチング素子21のドレインDとゲートGとの間には、回路のインダクタンス成分等により発生するサージ電圧を吸収するためにツェナーダイオード24が接続されている。
【0004】
pチャネルFET22のソースには抵抗25が接続され、nチャネルFET23のソースには抵抗26が接続されている。また、pチャネルFET22のゲートとnチャネルFET23のゲートは、駆動信号生成回路27の出力に接続されている。
【0005】
上記の回路では、電圧駆動型スイッチング素子21をオフしたときに発生するサージ電圧をツェナーダイオード24で全て吸収する必要があるので、許容損失の大きなツェナーダイオード24を使用する必要がある。そのためツェナーダイオード24の外形寸法が大きくなり、部品コストも高くなるという問題点がある。
【0006】
また、特開平6−291631号公報(特許文献1)には、サージ電圧を抑制する駆動回路として図3に示すような回路が開示されている。
図3において、電流制御用の電圧駆動型スイッチング素子(例えば、IGBT)Q1のゲートは、第1の抵抗手段31とスイッチ32を介して電源Vccに接続されると共に、第2の抵抗手段33とスイッチ34を介して接地側に接続されている。
【0007】
スイッチ32とスイッチ34は、制御回路35から出力される出力信号Sにより制御され、出力信号Sがハイレベルのときスイッチ32がオン、スイッチ34がオフとなり、出力信号Sがローレベルのときスイッチ32がオフ、スイッチ34がオンする。
【0008】
第1の抵抗手段31及び第2の抵抗手段33は、電圧駆動型スイッチング素子Q1のコレクタ電圧を検出する電圧検出手段36の出力に応じて抵抗値が変化する回路である。
上記の駆動回路は、第1の抵抗手段31及び第2の抵抗手段33の値を、コレクタ電圧に応じて変化させ、電圧駆動型スイッチング素子Q1のゲートの充電及び放電速度を制御することで、ターンオン時及びターンオフ時のdi/dtを小さくできる。
【0009】
また、特開2001−45740号公報(特許文献2)には、図4に示すような駆動回路が開示されている。
図4において、パワー半導体素子(電圧駆動型スイッチング素子)41のゲートは、直列に接続されたMOSFET42,抵抗43,抵抗44及びMOSFET45の抵抗43と抵抗44の接続点に接続されている。MOSFET42のドレインには正の電源電圧VBが供給され、MOS45のソースには、負の電源電圧VSSが供給され、MOSFET42及び45のゲートにはレベルシフト回路53の出力信号が供給されている。
【0010】
パワー半導体素子41のゲートは、抵抗46を介してMOSFET47のドレインに接続され、MOSFET47のゲートには抵抗48を介してモノマルチバイブレータ回路(以下、MMV回路)49から所定幅のはパルス信号が供給される。また、MOSFET47のゲートはMOSFET50のドレインに接続されている。
【0011】
MOSFET50のゲートには、パワー半導体素子41のドレイン電圧を抵抗51と抵抗52で分圧された電圧が印加される。
上記の回路において、抵抗51と抵抗52とMOSFET50からなる回路は、パワー半導体素子41のドレイン電圧を検出するための回路であり、抵抗46とMOSFET47からなる回路は、パワー半導体素子41のゲート電荷を放電するための回路である。
【0012】
パワー半導体素子41がオフする最初の時点では、ゲート電荷は抵抗44とMOSFET45を通る経路と、抵抗46とMOSFET47を通る経路で放電する。パワー半導体素子41のドレイン、ソース間の電圧が所定値以上となり、MOSFET50がオンすると、MOSFET47がオフし、パワー半導体素子41のゲート電荷は抵抗44を介して放電する。これにより、放電電流が減少し、ターンオフタイムが長くなるのでパワー半導体素子41を流れる電流のdi/dtを小さくすることができる。
【0013】
【特許文献1】
特開平6−291631号(図1、段落0013,0014)
【0014】
【特許文献2】
特開2001−45740号(図1、段落0021〜0025)
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1及び2に記載されたサージ電圧の抑制回路は、主回路のパワー半導体素子のコレクタ電圧またはドレイン電圧を検出する回路と、ゲート電荷を放電するときの放電時定数を変化させるための抵抗の切り替え回路が必要であり、駆動回路の構成が複雑となり、部品コストも高くなるという問題点がある。
【0016】
本発明の課題は、簡単な回路で半導体スイッチング素子に印加されるサージ電圧を抑制することである。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明のパワースイッチング素子の駆動回路は、第1及び第2の主電流用電極を有する第1の半導体素子と、前記第1の半導体素子の前記第2の主電流用電極と第3の主電流用電極が接続され、第4の主電流用電極に第1の抵抗が接続された第2の半導体素子とを有し、入力信号が前記第1及び第2の半導体素子の制御端子に入力され、前記第1の半導体素子の前記第2の主電流用電極と前記第2の半導体素子の第3の主電流用電極の接続点からパワースイッチング素子の制御端子に駆動信号を供給するパワースイッチング素子の駆動回路であって、前記入力信号を第2の抵抗を介して前記第1の半導体素子と前記第2の半導体素子の前記接続点に供給し、前記パワースイッチング素子の主電流が流れる主電流用電極に一端が接続されたサージ電圧吸収素子の他端を、前記第2の半導体素子の制御端子に接続する。
【0018】
この発明によれば、ターンオフ動作の開始時は、パワースイッチング素子の制御端子に接続される抵抗値を小さくし、一定以上のサージ電圧が発生したときは、例えば、第2の半導体素子をオフさせて、制御端子に接続される抵抗値を大きくすることができる。これにより、ターンオフ時にパワースイッチング素子の制御端子から引き抜く電流を少なくし、パワースイッチング素子の主電流のdi/dtを小さくすることでサージ電圧のピーク値を抑制することができる。
【0019】
本発明の他のパワースイッチング素子の駆動回路は、第1の電圧駆動型半導体素子と、前記第1の電圧駆動型半導体素子のソースとソースが接続され、ドレインに第1の抵抗が接続された第2の電圧駆動型半導体素子とを有し、入力信号が前記第1及び第2の電圧駆動型半導体素子のゲートに入力され、前記第1及び第2の電圧駆動型半導体素子のソースから電圧駆動型パワースイッチング素子のゲートに駆動信号を供給するパワースイッチング素子の駆動回路であって、前記入力信号を第2の抵抗を介して前記第1及び第2の電圧駆動型半導体素子のソースに供給し、前記電圧駆動型パワースイッチング素子のドレインに一端が接続されたサージ電圧吸収素子の他端を、前記第2の電圧駆動型半導体素子のゲートに接続する。
【0020】
この発明によれば、大きなサージ電圧が発生した場合に、例えば、サージ電圧吸収素子により第2の電圧駆動型半導体素子をオフさせ、パワースイッチング素子のゲートに接続される抵抗値を変化させることができる。すなわち、ターンオフ動作の開始時は、パワースイッチング素子のゲートに接続される抵抗値を小さくし、一定以上のサージ電圧が発生したときには、ゲートに接続される抵抗値を大きくして、ターンオフ時の主電流のdi/dtを小さくし、サージ電圧のピーク値を抑制することができる。
【0021】
また、第1の電圧駆動型半導体素子のゲートには入力信号が直接入力し、第2の電圧駆動型半導体素子のゲートには、抵抗を介して入力信号が入力するようにしても良い。
請求項1の記載の発明の第1の半導体素子の第1及び第2の主電流用電極は、例えば、図1のFET13のドレイン及びソースに対応し、第2の半導体素子の第3の主電流用電極は、FET14のソースに対応し、第4の主電流用電極は、FET14のドレインに対応する。第1の半導体素子の第2の主電流電極と第2の半導体素子の第3の主電流用電極とが接続された接続点は、FET13のソースとFET14のソースが接続された接続点に対応する。さらに、第1及び第2の半導体素子の接続点に入力信号を供給する抵抗は、図1の抵抗17に対応する。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態の駆動回路の回路図である。
この実施の形態の駆動回路は、例えば、バッテリフォークリフトのバッテリ電圧を交流電圧に変換するインバータ回路を構成する電圧駆動型パワースイッチング素子(IGBT、FETなど)11の駆動回路である。
【0023】
抵抗12は、nチャネル電圧駆動型半導体素子(以下、nチャネルFETという)13のドレインDに接続され、nチャネルFET13のソースSはpチャネル電圧駆動型半導体素子(以下、pチャネルFETという)14のソースSと接続され、pチャネルFET1のドレインDは抵抗15に接続されている。抵抗12の他端は駆動電源16の正側に接続され、抵抗15の他端は接地側に接続されている。
【0024】
nチャネルFET13のゲートGは抵抗17を介してソースSに接続され、pチャネルFET14のゲートGは、抵抗18と抵抗17を介してソースSと接続されている。
入力信号は、nチャネルFET13のゲートと抵抗17と抵抗18の接続点に入力し、抵抗18を介してpチャネルFET14のゲートに供給されるとと共に、抵抗17を介してnチャネルFET13及びpチャネルFET14のソースの接続点に供給される。
【0025】
電圧駆動型パワースイッチング素子11のゲートは、nチャネルFET13とpチャネルFET14のソースの接続点に接続されている。電圧駆動型パワースイッチング素子11のドレインには、サージ電圧吸収用のツェナーダイオード(サージ電圧吸収素子)19の一端(カソード)が接続され、ツェナーダイオード19の他端(アノード)は、pチャネルFET14のゲートに接続されている。
【0026】
次に、以上のような構成の駆動回路の動作を説明する。最初に、電圧駆動型パワースイッチング素子11がオンするときの動作を説明する。
図1に示す矩形波の入力信号がハイレベルとなると、nチャネルFET13のゲート、ソース間の電圧VGSは順バイアスとなるので、nチャネルFET13がオンする。このとき、pチャネルFET14のゲート、ソース間は逆バイアスとなるのでFET14はオフする。
【0027】
従って、電圧駆動型パワースイッチング素子11のゲートには、駆動電源16からFET13を介して駆動電圧が供給されると共に、抵抗17を介して駆動電圧が供給される。
次に、電圧駆動型パワースイッチング素子11がオフするときの動作を説明する。矩形波の入力信号がローレベルとなると、nチャネルFET13のゲート、ソース間が逆バイアスとなり、nチャネルFET13がオフする。このとき、pチャネルFET14のゲート、ソース間は順バイアスとなり、pチャネルFET14がオンする。
【0028】
電圧駆動型パワースイッチング素子11のターンオフ動作の開始時は、ゲートの電荷が、抵抗17とpチャネルFET14のドレインに接続されている抵抗15を介して放電する。
電圧駆動型パワースイッチング素子11がターンオフすると、そのときのドレイン電流のdi/dtの値に比例したサージ電圧が発生する。サージ電圧のピーク値がツェナーダイオード19のツェナー電圧を越えると、ツェナーダイオード19に電流が流れ、pチャネルFET14のゲートに正の電圧が印加され、pチャネルFET14がオフする。
【0029】
pチャネルFET14がオフすると、電圧駆動型パワースイッチング素子11のゲート電荷は、抵抗17だけを介して放電されるので放電時間、つまりターンオフ時間が長くなり、ドレイン電流のdi/dtを小さくできる。これにより電圧駆動型パワースイッチング素子11のドレインに印加されるサージ電圧のピーク値が抑制される。その結果、ツェナーダイオード19が吸収する必要のあるサージ電圧のエネルギーも少なくなる。
【0030】
従って、電圧駆動型パワースイッチング素子11をサージ電圧から保護するツェナーダイオード19の許容電力容量を小さくできるので、ツェナーダイオード19として基板に表面実装できる小型のチップ部品を使用することが可能となる。
【0031】
さらに、電圧駆動型パワースイッチング素子11を駆動するための駆動回路も2個のFET13,14と、抵抗12,15,17,18と、サージ電圧からパワースイッチング素子を保護するためのツェナーダイオード19とで構成することができるので、複雑な電圧検出回路及び抵抗の切り替え回路が不要となる。
【0032】
本発明のパワースイッチング素子の駆動回路は、実施の形態に述べた電圧駆動型スイッチング素子に限らず、バイポーラトランジスタ等の電流駆動型素子、GTO等にも適用できる。
サージ電圧吸収素子は、ツェナーダイオードに限らず、例えば、一定電圧を越えたときに電流値が変化するような特性を有する素子であれば、どのようなものでも良い。
【0033】
【発明の効果】
本発明によれば、電流を遮断したときに発生するサージ電圧のピーク値を抑制することのできる駆動回路を簡単な構成の回路で実現できる。また、サージ電圧のピーク値を抑えることで、許容電力損失の小さいサージ電圧吸収素子を使用することができるのでサージ電圧吸収素子を小型化し、部品コストを低減できる。また、サージ電圧吸収素子の電力損失を小さくすることで表面実装型のサージ電圧吸収素子が使用できるので実装スペースを減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態の駆動回路の回路図である。
【図2】従来の駆動回路の回路図である。
【図3】従来の駆動回路の回路図である。
【図4】従来の駆動回路の回路図である。
【符号の説明】
11 電圧駆動型パワースイッチング素子
13 nチャネルFET
14 pチャネルFET
12,15,17,18 抵抗
19 ツェナーダイオード
Claims (2)
- 主電流が流れる第1及び第2の主電流用電極を有する第1の半導体素子と、前記第1の半導体素子の前記第2の主電流用電極と第3の主電流用電極が接続され、第4の主電流用電極に第1の抵抗が接続された第2の半導体素子とを有し、
入力信号が前記第1及び第2の半導体素子の制御端子に入力され、前記第1の半導体素子の前記第2の主電流用電極と前記第2の半導体素子の第3の主電流用電極の接続点からパワースイッチング素子の制御端子に駆動信号を供給するパワースイッチング素子の駆動回路であって、
前記入力信号を第2の抵抗を介して前記第1の半導体素子と前記第2の半導体素子の前記接続点に供給し、
前記パワースイッチング素子の主電流が流れる電極に一端が接続されたサージ電圧吸収素子の他端を、前記第2の半導体素子の制御端子に接続したパワースイッチング素子の駆動回路。 - 第1の電圧駆動型半導体素子と、前記第1の電圧駆動型半導体素子のソースとソースが接続され、ドレインに第1の抵抗が接続された第2の電圧駆動型半導体素子とを有し、
入力信号が前記第1及び第2の電圧駆動型半導体素子のゲートに入力され、前記第1及び第2の電圧駆動型半導体素子のソースから電圧駆動型パワースイッチング素子のゲートに駆動信号を供給するパワースイッチング素子の駆動回路であって、
前記入力信号を第2の抵抗を介して前記第1及び第2の電圧駆動型半導体素子のソースに供給し、
前記電圧駆動型パワースイッチング素子のドレインに一端が接続されたサージ電圧吸収素子の他端を、前記第2の電圧駆動型半導体素子のゲートに接続したパワースイッチング素子の駆動回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003087524A JP4192650B2 (ja) | 2003-03-27 | 2003-03-27 | パワースイッチング素子の駆動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003087524A JP4192650B2 (ja) | 2003-03-27 | 2003-03-27 | パワースイッチング素子の駆動回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004297914A JP2004297914A (ja) | 2004-10-21 |
JP4192650B2 true JP4192650B2 (ja) | 2008-12-10 |
Family
ID=33401891
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003087524A Expired - Fee Related JP4192650B2 (ja) | 2003-03-27 | 2003-03-27 | パワースイッチング素子の駆動回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4192650B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2874767B1 (fr) * | 2004-08-27 | 2006-10-20 | Schneider Toshiba Inverter | Dispositif de commande d'un transistor de puissance |
JP5315026B2 (ja) * | 2008-11-28 | 2013-10-16 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置 |
CN103066648A (zh) * | 2012-12-17 | 2013-04-24 | 上海大学 | 一种电池主动均衡电路 |
JP6338943B2 (ja) * | 2014-06-27 | 2018-06-06 | パナソニック デバイスSunx株式会社 | 出力回路、検出センサ |
KR101702034B1 (ko) * | 2015-10-06 | 2017-02-02 | 심준보 | 전기회로의 역기전력 제거 회로 |
KR102403285B1 (ko) * | 2015-10-08 | 2022-05-30 | 현대모비스 주식회사 | 역전류 방지 장치 및 이를 구비하는 공급 전원 안정화 장치 |
US10212799B2 (en) * | 2016-02-15 | 2019-02-19 | Stangenes Industries, Inc. | System and method for high power pulse generator |
-
2003
- 2003-03-27 JP JP2003087524A patent/JP4192650B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004297914A (ja) | 2004-10-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7579880B2 (en) | Circuit for driving a semiconductor element | |
US4992683A (en) | Load driver with reduced dissipation under reverse-battery conditions | |
US7692474B2 (en) | Control circuit for a high-side semiconductor switch for switching a supply voltage | |
US8040162B2 (en) | Switch matrix drive circuit for a power element | |
US6819149B2 (en) | Gate drive device for reducing a surge voltage and switching loss | |
US11362646B1 (en) | Variable current drive for isolated gate drivers | |
JP2726433B2 (ja) | 半導体素子駆動用回路配置 | |
JP3758738B2 (ja) | Mosゲート型電力用半導体素子を用いた高電圧側スイッチ回路 | |
JP2009200891A (ja) | ゲート駆動回路 | |
JP4779549B2 (ja) | 電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路。 | |
KR101758808B1 (ko) | 지능형 파워 모듈 및 그의 전원구동모듈 | |
CN109075693B (zh) | 功率元件的驱动电路 | |
JP4192650B2 (ja) | パワースイッチング素子の駆動回路 | |
EP3104527B1 (en) | Semiconductor device | |
JP5630484B2 (ja) | 半導体装置 | |
JP6767328B2 (ja) | ソレノイド駆動回路 | |
JP5405299B2 (ja) | 電力消費装置を制御するための回路配置および方法 | |
US11496125B2 (en) | Switch circuit capable of overcurrent protection with small and simple circuit, and with simple operation, without affecting normal operation | |
JP4821394B2 (ja) | 半導体素子駆動回路 | |
JP4830829B2 (ja) | 絶縁ゲートトランジスタの駆動回路 | |
JP2004088192A (ja) | 電圧駆動素子の駆動回路 | |
US11799468B2 (en) | Semiconductor device and control system | |
US20240097668A1 (en) | Gate driver circuit with a limiting function to maintain control voltage under a rated limit | |
JP3039092B2 (ja) | 短絡保護回路 | |
US10659039B2 (en) | Semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050830 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080826 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080908 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111003 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121003 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121003 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131003 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |