JP5699958B2 - ゲート駆動回路 - Google Patents
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Description
また、ターンオフ用抵抗の抵抗値Roffは、次式により得られる値とされる。ただし、一方の駆動用トランジスタのしきい値電圧をVthとし、一方の駆動用トランジスタのドレイン・ゲート間またはコレクタ・ゲート間の静電容量をCとし、一方の駆動用トランジスタのスイッチング速度をdv/dtとする。
Roff>Vth/(C・(dv/dt))
ターンオフ用抵抗の抵抗値を上記式により得られる値に設定すれば、他方の駆動用トランジスタをターンオンする際、相互接続ノードの電圧上昇に伴って、一方の駆動用トランジスタのゲート・ソース間またはゲート・エミッタ間電圧が、確実にしきい値電圧を超えることになる。従って、本手段によれば、前述したリンギング抑制の効果を良好に得ることが可能となる。
また、インダクタの値Lは、一方の駆動用トランジスタのしきい値電圧をVthとし、インダクタの充電電流の時間変化量をdi/dtとしたとき、L>Vth/(di/dt)により得られる範囲の値にすると良い。本手段によっても、請求項1に記載の手段と同様の作用および効果が得られる。
(第1の実施形態)
以下、第1の実施形態について図1〜図9を参照しながら説明する。
図1に示す負荷駆動回路1は、直流電源2からの電力を供給して例えばモータの巻線などの誘導性負荷3を駆動する。負荷駆動回路1は、2つの電圧駆動型の駆動用トランジスタT1、T2と、それらのゲートを駆動するゲート駆動回路4、5とを備えている。駆動用トランジスタT1、T2は、Nチャネル型のLDMOS(Laterally Diffused MOS)トランジスタである。駆動用トランジスタT1、T2は、それぞれ逆並列接続された還流ダイオードD1、D2を備えている。直流電源2の出力電圧VBは、例えば12Vとなっている。直流電源2の高電位側の出力端子は、電源線6に接続されている。直流電源2の低電位側の出力端子は、グランド線7に接続されている。
Roff>Vth/(C・(dv/dt)) …(1)
負荷駆動回路1は、2つの駆動用トランジスタT1、T2を相補的にオンオフ動作(スイッチング動作)させることにより、誘導性負荷3を駆動する。この際、図5に示す3つの動作状態が存在する。なお、図5では、ゲート駆動回路4および制御回路8の図示を省略している。
図5(a)に示すように、負荷通電状態は、駆動用トランジスタT1がオンされるとともに、駆動用トランジスタT2がオフされた状態である。この状態では、オンされた駆動用トランジスタT1を通じて直流電源2から誘導性負荷3に電力が供給される。また、この状態では、ゲート駆動回路5においてターンオフ用トランジスタM2がオンになっている。
ダイオード還流状態は、駆動用トランジスタT1、T2の双方がオンになって貫通電流が流れてしまうことを防止することを目的として設けられるデッドタイムにおける動作状態である。図5(b)および(d)に示すように、ダイオード還流状態は、駆動用トランジスタT1、T2の双方がオフされた状態である。この状態では、駆動用トランジスタT2に並列接続された還流ダイオードD2を通じて誘導性負荷3からの回生電流が流れる。また、この状態では、ゲート駆動回路5においてターンオフ用トランジスタM2がオンになっている。
図5(c)に示すように、同期整流状態は、駆動用トランジスタT1がオフされるとともに、駆動用トランジスタT2がオンされた状態である。この状態では、オンされた駆動用トランジスタT2を通じて誘導性負荷3からの回生電流が流れる。また、この状態では、ゲート駆動回路5においてターンオン用トランジスタM1がオンになっている。
以下、本発明の第2の実施形態について図10を参照して説明する。
図10に示す本実施形態の負荷駆動回路21は、図1に示した第1の実施形態の負荷駆動回路1に対し、ゲート駆動回路5に代えてゲート駆動回路22を備えている点が異なっている。ゲート駆動回路22が備えるCMOS回路23は、図1に示したCMOS回路9に対し、PNが逆になっている。すなわち、ターンオン用トランジスタM21がPチャネル型であり、ターンオフ用トランジスタM22がNチャネル型である。
以下、本発明の第3の実施形態について図11および図12を参照して説明する。
図1に示した第1の実施形態の負荷駆動回路1は、ロウサイド側の駆動用トランジスタT2により同期整流を行っていた。これに対し、図11に示す本実施形態の負荷駆動回路31は、ハイサイド側の駆動用トランジスタT1により同期整流を行う。そのため、本実施形態では、誘導性負荷3は、駆動用トランジスタT1および駆動用トランジスタT2の相互接続ノードN1と電源線6との間に接続されている。なお、本実施形態では、駆動用トランジスタT1が一方の駆動用トランジスタに相当し、駆動用トランジスタT2が他方の駆動用トランジスタに相当する。
以下、本発明の第4の実施形態について図13を参照して説明する。
図13に示すように、本実施形態のゲート駆動回路41は、図3に示した第1の実施形態のゲート駆動回路5に対し、ターンオフ用抵抗の構成が変更されている点が異なっている。図13に示すターンオフ用抵抗R41は、ターンオフ用抵抗R1と同様に、ターンオフ用トランジスタM2のソースとなる拡散層16により構成されている。ただし、ターンオフ用抵抗R41が構成される拡散層16には、複数の金属製のコンタクトCn1〜Cn10が設けられている。
以下、本発明の第5の実施形態について図14および図15を参照して説明する。
図14に示す本実施形態の負荷駆動回路51は、図1に示した第1の実施形態の負荷駆動回路1に対し、駆動用トランジスタの種類が変更されている点が異なる。駆動用トランジスタT51、T52は、Nチャネル型のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。駆動用トランジスタT51、T52(電圧駆動型の駆動用トランジスタに相当)は、それぞれ逆並列接続された還流ダイオードD51、D52を備えている。
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
ターンオフ用抵抗(R1、R31、R41)に代えてまたは加えて、CMOS回路(9、23、34)の出力ノードとターンオフ用トランジスタ(M2、M22)のドレインとの間に接続されたターンオフ用抵抗を設けてもよい。つまり、ターンオフ用抵抗は、CMOS回路の出力ノードからターンオフ用トランジスタを経由して駆動用トランジスタ(T2、T31、T52)のソースまたはエミッタに至る通電経路に介在していればよい。
Vind=L・(di/dt) …(2)
そこで、インダクタの値Lは、電圧Vindが駆動用トランジスタのしきい値電圧Vthより高くなる値とすればよい(Vind>Vth)。つまり、インダクタの値Lは、下記(3)式により得られる範囲の値にするとよい。
L>Vth・(dt/di) …(3)
Claims (9)
- 直流電源の出力端子間に互いに直列接続されるとともに、相補的にオンオフ動作することにより、それらの相互接続ノードに接続される誘導性負荷を駆動する2つの還流ダイオードを有する電圧駆動型の駆動用トランジスタのうち、前記誘導性負荷からの回生電流を流す際にオンされる一方の駆動用トランジスタのゲートを駆動するゲート駆動回路であって、
外部から与えられる制御信号に基づいて前記一方の駆動用トランジスタをターンオンするオン電圧またはターンオフするオフ電圧を前記一方の駆動用トランジスタのゲート・ソース間またはゲート・エミッタ間に与えるものであり、前記一方の駆動用トランジスタをターンオンするときにオンされるターンオン用トランジスタと、前記一方の駆動用トランジスタをターンオフするときにオンされるターンオフ用トランジスタと、を備えたCMOS回路と、
前記CMOS回路の出力ノードから前記ターンオフ用トランジスタを経由して前記一方の駆動用トランジスタのソースまたはエミッタに至る通電経路に介在するターンオフ用抵抗と、を備え、
前記ターンオフ用抵抗の抵抗値Roffは、前記一方の駆動用トランジスタのしきい値電圧をVthとし、前記一方の駆動用トランジスタのドレイン・ゲート間またはコレクタ・ゲート間の静電容量をCとし、前記一方の駆動用トランジスタのスイッチング速度をdv/dtとすると、次式により得られる値とされることを特徴とするゲート駆動回路。
Roff >Vth/(C・(dv/dt)) - 前記一方の駆動用トランジスタが形成される半導体チップに形成されることを特徴とする請求項1に記載のゲート駆動回路。
- 前記ターンオフ用抵抗は、前記半導体チップ内に形成される拡散抵抗であることを特徴とする請求項2に記載のゲート駆動回路。
- 前記ターンオフ用抵抗は、前記半導体チップ上に設けられる配線による抵抗であることを特徴とする請求項2に記載のゲート駆動回路。
- 前記ターンオフ用抵抗の抵抗値を調整するターンオフ用抵抗値調整手段を備えていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のゲート駆動回路。
- 前記CMOS回路の出力ノードから前記一方の駆動用トランジスタのゲートに至る通電経路に介在するターンオン用抵抗と、
前記ターンオン用抵抗の抵抗値を調整するターンオン用抵抗値調整手段と、
を備えていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載のゲート駆動回路。 - 前記2つの駆動用トランジスタは、LDMOSトランジスタであり、
前記LDMOSトランジスタが形成される半導体チップに形成され、
前記LDMOSトランジスタとの間はトレンチ絶縁分離されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載のゲート駆動回路。 - 前記2つの駆動用トランジスタは、IGBTであり、
前記IGBTが形成される半導体チップに形成され、
前記IGBTとの間はトレンチ絶縁分離されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載のゲート駆動回路。 - 直流電源の出力端子間に互いに直列接続されるとともに、相補的にオンオフ動作することにより、それらの相互接続ノードに接続される誘導性負荷を駆動する2つの還流ダイオードを有する電圧駆動型の駆動用トランジスタのうち、前記誘導性負荷からの回生電流を流す際にオンされる一方の駆動用トランジスタのゲートを駆動するゲート駆動回路であって、
外部から与えられる制御信号に基づいて前記一方の駆動用トランジスタをターンオンするオン電圧またはターンオフするオフ電圧を前記一方の駆動用トランジスタのゲート・ソース間またはゲート・エミッタ間に与えるものであり、前記一方の駆動用トランジスタをターンオンするときにオンされるターンオン用トランジスタと、前記一方の駆動用トランジスタをターンオフするときにオンされるターンオフ用トランジスタと、を備えたCMOS回路と、
前記ターンオフ用トランジスタから前記一方の駆動用トランジスタのソースまたはエミッタに至る通電経路に介在するインダクタと、を備え、
前記インダクタの値Lは、前記一方の駆動用トランジスタのしきい値電圧をVthとし、前記インダクタの充電電流の時間変化量をdi/dtとすると、次式により得られる範囲の値にされることを特徴とするゲート駆動回路。
L>Vth/(di/dt)
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