JP4650688B2 - Insulated gate transistor drive circuit device - Google Patents
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Description
本発明は、絶縁ゲート型トランジスタ駆動回路装置に関し、詳しくは、絶縁ゲート型トランジスタのオフ時にそのゲート電極に充電された電荷を放電するゲート放電トランジスタの制御に関する。 The present invention relates to an insulated gate transistor drive circuit device, and more particularly to control of a gate discharge transistor that discharges a charge charged to a gate electrode when the insulated gate transistor is turned off.
IGBTやMOSトランジスタなどの絶縁ゲート型トランジスタにより電気負荷に給電する負荷電流を断続駆動する絶縁ゲート型トランジスタ駆動回路装置が広く使用されている。この種の絶縁ゲート型トランジスタでは、絶縁ゲート型トランジスタの電気負荷やラインのインダクタンス成分により、絶縁ゲート型トランジスタの状態遷移時において絶縁ゲート型トランジスタの主電極の電位変動が静電誘導により絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極電位を変調させ、絶縁ゲート型トランジスタが誤動作したり、動作不安定となったりする問題があった。 2. Description of the Related Art Insulated gate transistor drive circuit devices that intermittently drive a load current that supplies power to an electrical load by an insulated gate transistor such as an IGBT or a MOS transistor are widely used. In this type of insulated gate transistor, due to the electrical load of the insulated gate transistor and the inductance component of the line, the potential fluctuation of the main electrode of the insulated gate transistor is induced by electrostatic induction during the state transition of the insulated gate transistor. There is a problem that the gate electrode potential of the transistor is modulated, and the insulated gate transistor malfunctions or becomes unstable.
この問題に対処すべく、特許文献1は、図5に示すように、IGBTである絶縁ゲート型トランジスタ1と、絶縁ゲート型トランジスタ1のゲート容量を放電するMOSTであるゲート放電トランジスタ2と、絶縁ゲート型トランジスタ1のオン時にゲート放電トランジスタ2をオフするNOT回路(放電トランジスタ断続回路)4とをもつ絶縁ゲート型トランジスタ駆動回路装置を提案している。NOT回路4は、絶縁ゲート型トランジスタ1を駆動するゲートドライブ回路(制御回路)7が出力する制御電圧Vaを電流増幅して絶縁ゲート型トランジスタ1のゲート電極に印加する電流ドライバ(ドライブ回路)10の出力電圧を反転してゲート放電トランジスタ2のゲート電極に印加する。なお、図5では電流ドライバ10は、コンプリメンタリエミッタホロワ回路により構成されているがそれに限定されるものではない。図5の回路の各部波形を図6に示すタイミングチャートに示す。
In order to deal with this problem, as shown in FIG. 5,
この特許文献1の回路では、絶縁ゲート型トランジスタ1のオフ時にゲート放電トランジスタ2は絶縁ゲート型トランジスタ1のゲート電位を低インピーダンスで低電位源に接続(短絡)するため、ラインに重畳する電磁ノイズが、絶縁ゲート型トランジスタ1の主電極とゲート電極との静電容量を通じて絶縁ゲート型トランジスタ1のゲート電極電位を変動させる不具合を防止することができる。
しかしながら、図5に示す回路装置では、ゲートドライブ回路7が電流ドライバ10へ出力する制御電圧Vaがローレベルからハイレベルに変化した時点t1ではゲート放電トランジスタ2がオンしているため、電流ドライバ10が出力する絶縁ゲート型トランジスタ1のゲート電極充電のための電流はゲート放電トランジスタ2を通じて放電されてしまい、図6のAに示すようにその分だけ絶縁ゲート型トランジスタ1のゲート電圧波形が鈍り、乱れる。その結果、このゲート電圧の増加が遅延して絶縁ゲート型トランジスタ1のターンオンが遅れたり、遅れ時間が不規則となって、その電力損失及び発熱が増大し、電気負荷オンタイミングも遅れてしまうという問題が生じた。図6に示すように、この問題は、NOT回路4の出力電圧が反転するまで続く。
However, in the circuit device shown in FIG. 5, since the
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、簡素な回路によりゲート放電トランジスタのオフを早期化可能な絶縁ゲート型トランジスタ駆動回路装置を提供することをその目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an insulated gate transistor drive circuit device capable of accelerating the turn-off of the gate discharge transistor with a simple circuit.
上記課題を解決する本発明の絶縁ゲート型トランジスタ駆動回路装置は、電気負荷を断続駆動する絶縁ゲート型トランジスタと、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極と低位電源端とを接続するゲート放電トランジスタと、前記絶縁ゲート型トランジスタを駆動制御する制御電圧を出力する制御回路と、前記制御回路から出力された前記制御電圧により駆動されて前記絶縁ゲート型トランジスタを駆動するドライブ回路と、前記制御回路の出力端と前記絶縁ゲート型トランジスタの入力端との間の前記制御電圧の伝達経路中に配置されて前記制御電圧を時間遅延する機能を有する時間遅延回路素子の出力電圧に基づいて、前記絶縁ゲート型トランジスタのオン時に前記ゲート放電トランジスタをオフさせ、前記絶縁ゲート型トランジスタのオフ時に前記ゲート放電トランジスタをオンさせる放電トランジスタ断続回路とを備える絶縁ゲート型トランジスタ駆動回路装置において、前記時間遅延回路素子は、少なくとも前記制御回路の出力端と前記ドライブ回路の入力端との間に配置される抵抗素子を含み、前記放電トランジスタ断続回路が、前記時間遅延回路素子の出力電圧と前記制御回路と前記抵抗素子との間における前記制御電圧との両方の論理和信号に実質的に相当する信号に基づいて前記ゲート放電トランジスタを断続制御することを特徴としている。 An insulated gate transistor drive circuit device of the present invention that solves the above problems includes an insulated gate transistor that intermittently drives an electrical load, a gate discharge transistor that connects a gate electrode of the insulated gate transistor and a lower power supply terminal, A control circuit that outputs a control voltage for driving and controlling the insulated gate transistor; a drive circuit that is driven by the control voltage output from the control circuit to drive the insulated gate transistor; and an output terminal of the control circuit And the insulated gate transistor based on the output voltage of a time delay circuit element that is disposed in the transmission path of the control voltage between the input terminal of the insulated gate transistor and the insulated gate transistor and has a function of time delaying the control voltage The gate discharge transistor is turned off when the transistor is turned on, and the insulated gate transistor is turned off. In the insulated gate transistor drive circuit device comprising a discharge transistor intermittent circuit for turning on the gate discharge transistor when OFF, the time delay circuit elements between the output end of at least the control circuit and the input terminal of the drive circuit The discharge transistor intermittent circuit substantially includes a logical sum signal of both the output voltage of the time delay circuit element and the control voltage between the control circuit and the resistance element. The gate discharge transistor is intermittently controlled based on a corresponding signal.
好適には、放電トランジスタ断続回路は、上記論理和信号を出力するOR回路と、このOR回路の出力を反転するNOT回路とを含むが、この論理和動作と否定動作をその他の論理回路で実現することは当然可能である。 Preferably, the discharge transistor intermittent circuit includes an OR circuit that outputs the logical sum signal and a NOT circuit that inverts the output of the OR circuit, and the logical sum operation and the negative operation are realized by other logic circuits. Of course it is possible to do.
また、上記で言う時間遅延回路素子は、制御回路の出力端と絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極との間に介設されて、制御回路が出力する制御電圧よりも時間遅延した信号電圧を出力する回路素子により構成される。好適には、時間遅延回路素子は、制御回路から出力される制御電圧を増幅する増幅回路であるドライブ回路により構成される。その他、このドライブ回路の入力端と制御回路の出力端とを接続する抵抗素子や、このドライブ回路の出力端と絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極とを接続する抵抗素子により上記時間遅延回路素子を構成しても良い。 The time delay circuit element mentioned above is interposed between the output terminal of the control circuit and the gate electrode of the insulated gate transistor, and outputs a signal voltage delayed in time from the control voltage output by the control circuit. Consists of circuit elements. Preferably, the time delay circuit element is configured by a drive circuit which is an amplifier circuit that amplifies a control voltage output from the control circuit. In addition, the above-described time delay circuit element is configured by a resistor element that connects the input terminal of the drive circuit and the output terminal of the control circuit, or a resistor element that connects the output terminal of the drive circuit and the gate electrode of the insulated gate transistor. You may do it.
すなわち、この発明では、従来同様、絶縁ゲート型トランジスタのオフ時にそのゲート電極を低位電源端に接続して電位固定するため、ライン重畳ノイズ電圧などが絶縁ゲート型トランジスタのゲート寄生静電容量などを通じてゲート電極に印加されても、絶縁ゲート型トランジスタが誤動作したり、動作不安定となったりするのを良好に防止することができる。 That is, according to the present invention, since the gate electrode is connected to the lower power supply terminal to fix the potential when the insulated gate transistor is turned off, the line superposed noise voltage or the like is passed through the gate parasitic capacitance of the insulated gate transistor, etc. Even when applied to the gate electrode, it is possible to satisfactorily prevent the insulated gate transistor from malfunctioning or becoming unstable.
また、制御回路がドライブ回路へ出力する制御電圧がローレベルからハイレベルに変化すると、この制御電圧変化によりゲート放電トランジスタはオフする。その結果、その後にドライブ回路の出力状態(絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極電位)がローレベルからハイレベルに変化して絶縁ゲート型トランジスタをターンオン遷移させる際にゲート放電トランジスタが既にオフしているため、絶縁ゲート型トランジスタ充電用のドライブ回路の出力電流がゲート放電トランジスタによりバイパス放電されることがなく、絶縁ゲート型トランジスタは急速に充電されることができる。これにより、絶縁ゲート型トランジスタのターンオン遷移時間を短縮してその損失及び発熱を低減するとともに、絶縁ゲート型トランジスタのターンオンタイミングも安定化することができ、電気負荷へ速やかに給電することができる。 Further, when the control voltage output from the control circuit to the drive circuit changes from the low level to the high level, the gate discharge transistor is turned off by the change in the control voltage. As a result, the gate discharge transistor is already turned off when the output state of the drive circuit (gate electrode potential of the insulated gate transistor) subsequently changes from low level to high level and the insulated gate transistor is turned on. The output current of the drive circuit for charging the insulated gate transistor is not bypass-discharged by the gate discharge transistor, and the insulated gate transistor can be charged rapidly. As a result, the turn-on transition time of the insulated gate transistor is shortened to reduce loss and heat generation, the turn-on timing of the insulated gate transistor can be stabilized, and power can be supplied quickly to the electric load.
更に、この発明では、上記時間遅延回路素子の出力電圧と制御電圧との両方の論理和信号に実質的に相当する信号に基づいてゲート放電トランジスタを断続制御するため、絶縁ゲート型トランジスタのターンオフ時においては従来同様、制御電圧が十分に低下した後で、絶縁ゲート型トランジスタをオフすることができ、ターンオフ時の安定動作が可能となる。 Furthermore, in the present invention, since the gate discharge transistor is intermittently controlled based on a signal substantially corresponding to the logical sum signal of both the output voltage and the control voltage of the time delay circuit element, the insulated gate transistor is turned off. As in the prior art, after the control voltage is sufficiently lowered, the insulated gate transistor can be turned off, and a stable operation at turn-off is possible.
好適な態様において、前記時間遅延回路素子の出力電圧は、前記時間遅延回路素子を兼ねる前記ドライブ回路の出力電圧からなる。このようにすれば、時間遅延回路素子として特別な回路素子を追設する必要がないため、回路構成を簡素化することができる。 In a preferred aspect, the output voltage of the time delay circuit element is an output voltage of the drive circuit that also serves as the time delay circuit element. In this way, it is not necessary to additionally install a special circuit element as a time delay circuit element, so that the circuit configuration can be simplified.
本発明の絶縁ゲート型トランジスタ駆動回路装置の好適な態様を以下の実施例により詳細に説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に限定解釈されるものではなく、その他の技術を組み合わせて本発明の技術思想を実現してもよいことはもちろんである。 Preferred embodiments of the insulated gate transistor driving circuit device of the present invention will be described in detail with reference to the following examples. However, the present invention is not construed as being limited to the following embodiments, and it goes without saying that the technical idea of the present invention may be realized by combining other techniques.
(回路構成)
まず、この実施形態の絶縁ゲート型トランジスタ駆動回路装置の回路構成を図1に示すブロック図を参照して説明する。なお、絶縁ゲート型トランジスタ1としてはIGBTでもよく、MOSTでもよい。
(Circuit configuration)
First, the circuit configuration of the insulated gate transistor drive circuit device of this embodiment will be described with reference to the block diagram shown in FIG. The insulated
この絶縁ゲート型トランジスタ駆動回路装置は、IGBTである絶縁ゲート型トランジスタ1と、絶縁ゲート型トランジスタ1のゲート容量を放電するMOSTであるゲート放電トランジスタ2と、絶縁ゲート型トランジスタ1を駆動するゲートドライブ回路(制御回路)7と、ゲートドライブ回路(制御回路)7が出力する制御電圧Vaを電流増幅して絶縁ゲート型トランジスタ1のゲート電極に印加する電流ドライバ(ドライブ回路)10と、絶縁ゲート型トランジスタ1のオン時にゲート放電トランジスタ2をオフするための放電トランジスタ断続回路11とをもつ。3は電流ドライバ10の出力端と絶縁ゲート型トランジスタ1のゲート電極とを接続するいわゆるゲート抵抗素子、6はゲートドライブ回路7の出力端と電流ドライバ10の入力端とを接続するいわゆるベース抵抗素子である。絶縁ゲート型トランジスタ1はIGBTと並列接続された接合ダイオードを含んでいる。
This insulated gate transistor drive circuit device includes an insulated
ゲートドライブ回路7は、モノリシックIC化されたコントローラであって、外部入力信号に基づいて絶縁ゲート型トランジスタ1を断続するためのパルス信号電圧をなす制御電圧Vaを出力する。
The
電流ドライバ10は、周知のコンプリメンタリエミッタホロワ回路と、その二つのコレクタ電極を高電源電位源と低電源電位源とに個別に接続する二つのコレクタ抵抗8、9とからなる。
The
放電トランジスタ断続回路11は、ゲートドライブ回路7が出力する制御電圧Vaと、電流ドライバ10の出力電圧Veとが入力されるOR回路12と、OR回路12が出力する論理和信号電圧を反転するNOT回路4とからなる。また、抵抗素子6と電流ドライバ10とは本発明で言う時間遅延回路素子を構成している。
The discharge transistor intermittent circuit 11 includes an
すなわち、図1に示すこの実施形態の回路は、図5に示す従来回路において、OR回路12を追加した点が異なっている。電流ドライバ10は、ゲートドライブ回路7が出力する制御電圧Vaを絶縁ゲート型トランジスタ1の駆動に必要な電力レベルまで増幅する回路であればよく、コンプリメンタリエミッタホロワ回路以外の増幅回路により構成されることができる。
That is, the circuit of this embodiment shown in FIG. 1 is different from the conventional circuit shown in FIG. 5 in that an
(動作説明)
図1に示す回路の動作を図2に示すタイミングチャートを参照して説明する。
(Description of operation)
The operation of the circuit shown in FIG. 1 will be described with reference to the timing chart shown in FIG.
(絶縁ゲート型トランジスタ1のオン動作)
まず、絶縁ゲート型トランジスタ1のオン動作を説明する。
(ON operation of insulated gate transistor 1)
First, the on operation of the insulated
ゲートドライブ回路7が電流ドライバ10へ出力する制御電圧Vaがローレベルからハイレベルに変化した時点t1の直前ではゲート放電トランジスタ2がオンしているが、制御電圧Vaがハイレベルとなると、OR回路12を通じてNOT回路4が直ちにオフするため、その後、電流ドライバ10が出力する絶縁ゲート型トランジスタ1のゲート電極充電のための電流はゲート放電トランジスタ2を通じて放電されてしまうことが無い。したがって、従来の欠点であった絶縁ゲート型トランジスタ1のゲート電圧波形の鈍り(図6のA参照)が生じることがなく、電流ドライバ10は高速に絶縁ゲート型トランジスタ1のゲート電極を充電し、絶縁ゲート型トランジスタ1は速やかにオンすることができる。その結果、絶縁ゲート型トランジスタ1は、図5、図6に示す従来回路に比べて相対的に高速にターンオンすることができるため、ターンオン遷移時の電力損失及び発熱を低減することができる。すなわち、この実施形態では、電流ドライバ10の出力電圧が反転して絶縁ゲート型トランジスタ1のゲート電極を充電する以前に、ゲートドライブ回路7がNOT回路4を通じてゲート放電トランジスタ2をオフさせるので、上記効果を奏することができる。
The
また、この実施例によれば、従来同様、絶縁ゲート型トランジスタのオフ時にそのゲート電極を低位電源端に接続して電位固定するため、ライン重畳ノイズ電圧などが絶縁ゲート型トランジスタのゲート寄生静電容量(図3を参照されたい)などを通じてゲート電極に印加されても、絶縁ゲート型トランジスタが誤動作したり、動作不安定となったりするのを良好に防止することができる。 In addition, according to this embodiment, as in the conventional case, when the insulated gate transistor is turned off, the gate electrode is connected to the lower power supply terminal to fix the potential. Even when applied to the gate electrode through a capacitor (see FIG. 3) or the like, it is possible to satisfactorily prevent the insulated gate transistor from malfunctioning or becoming unstable.
(絶縁ゲート型トランジスタ1のオフ動作)
次に、絶縁ゲート型トランジスタ1のオフ動作を説明する。
(OFF operation of the insulated gate transistor 1)
Next, the off operation of the
ゲートドライブ回路7が電流ドライバ10へ出力する制御電圧Vaがハイレベルからローレベルに変化した時点t2では、ゲート放電トランジスタ2はオフしているため、絶縁ゲート型トランジスタ1のゲート電極に充電された電荷は、電流ドライバ10を通じてのみ放電されることになる。しかし、制御電圧Vaが時点t2にてローレベルに変化した後も、絶縁ゲート型トランジスタ1のゲート電極電位は、電流ドライバ10の出力電圧Veがローレベルに遷移し、絶縁ゲート型トランジスタ1のゲート電極に充電された電荷が放電されるまでは高い状態となる。したがって、時点t2から所定時間が経過し、絶縁ゲート型トランジスタ1のゲート電極に充電された電荷が電流ドライバ10を通じて放電されて低電位となる時点t3まで、NOT回路4はローレベルを出力し、ゲート放電トランジスタ2はオフ状態を維持する。
At the time t2 when the control voltage Va output from the
すなわち、この実施形態では、図5、図6に示す従来と同様、絶縁ゲート型トランジスタ1のターンオフ遷移時には、ゲート放電トランジスタ2のターンオンを所定時間ΔT=t3−t2だけ遅延することができる。したがって、このゲート放電トランジスタ2のターンオン遅延により、ゲート放電トランジスタ2が絶縁ゲート型トランジスタ1のターンオフを促進するのを防止することができる。
That is, in this embodiment, the turn-on of the
つまり、絶縁ゲート型トランジスタ1のターンオフ時においては従来同様、制御回路であるゲートドライブ回路7が出力する制御電圧Vaが十分に低下した後で、絶縁ゲート型トランジスタ1をオフすることができるのでターンオフ時の安定動作が可能となる。
That is, when the
(変形態様)
変形態様を図4に示す。この変形態様では、電流ドライバ10の入力端電圧Vbとゲートドライブ回路7が出力する制御電圧VaとがOR回路12に入力される。このようにすれば上記と同様の効果を奏することができる。
(Modification)
A modification is shown in FIG. In this modification, the input terminal voltage Vb of the
その他、制御電圧Vaと絶縁ゲート型トランジスタ1の入力電圧VcとをOR回路12に入力しても良い。
In addition, the control voltage Va and the input voltage Vc of the
1 絶縁ゲート型トランジスタ
2 ゲート放電トランジスタ
4 NOT回路
6 抵抗素子
7 ゲートドライブ回路(制御回路)
8 コレクタ抵抗
10 電流ドライバ(ドライブ回路、時間遅延回路素子)
11 放電トランジスタ断続回路
DESCRIPTION OF
8
11 Discharge transistor interrupt circuit
Claims (2)
前記絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極と低位電源端とを接続するゲート放電トランジスタと、
前記絶縁ゲート型トランジスタを駆動制御する制御電圧を出力する制御回路と、
前記制御回路から出力された前記制御電圧により駆動されて前記絶縁ゲート型トランジスタを駆動するドライブ回路と、
前記制御回路の出力端と前記絶縁ゲート型トランジスタの入力端との間の前記制御電圧の伝達経路中に配置されて前記制御電圧を時間遅延する機能を有する時間遅延回路素子の出力電圧に基づいて、前記絶縁ゲート型トランジスタのオン時に前記ゲート放電トランジスタをオフさせ、前記絶縁ゲート型トランジスタのオフ時に前記ゲート放電トランジスタをオンさせる放電トランジスタ断続回路と、
を備える絶縁ゲート型トランジスタ駆動回路装置において、
前記時間遅延回路素子は、少なくとも前記制御回路の出力端と前記ドライブ回路の入力端との間に配置される抵抗素子を含み、
前記放電トランジスタ断続回路は、
前記時間遅延回路素子の出力電圧と前記制御回路と前記抵抗素子との間における前記制御電圧との両方の論理和信号に実質的に相当する信号に基づいて前記ゲート放電トランジスタを断続制御することを特徴とする絶縁ゲート型トランジスタ駆動回路装置。 An insulated gate transistor for intermittently driving an electrical load;
A gate discharge transistor connecting the gate electrode of the insulated gate transistor and a lower power supply terminal;
A control circuit for outputting a control voltage for driving and controlling the insulated gate transistor;
A drive circuit driven by the control voltage output from the control circuit to drive the insulated gate transistor;
Based on the output voltage of a time delay circuit element disposed in the control voltage transmission path between the output terminal of the control circuit and the input terminal of the insulated gate transistor and having a function of time delaying the control voltage. A discharge transistor intermittent circuit that turns off the gate discharge transistor when the insulated gate transistor is turned on and turns on the gate discharge transistor when the insulated gate transistor is turned off;
In an insulated gate transistor drive circuit device comprising:
The time delay circuit element includes a resistance element disposed at least between an output end of the control circuit and an input end of the drive circuit,
The discharge transistor intermittent circuit is:
Intermittently controlling the gate discharge transistor based on a signal substantially corresponding to a logical sum signal of both the output voltage of the time delay circuit element and the control voltage between the control circuit and the resistance element. An insulated gate transistor drive circuit device characterized by the above.
前記時間遅延回路素子の出力電圧は、前記時間遅延回路素子を兼ねる前記ドライブ回路の出力電圧からなる絶縁ゲート型トランジスタ。 The insulated gate transistor drive circuit device according to claim 1,
An insulated gate transistor in which an output voltage of the time delay circuit element is an output voltage of the drive circuit that also serves as the time delay circuit element.
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