JP5700095B2 - Power device control circuit and IPM using the same - Google Patents
Power device control circuit and IPM using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP5700095B2 JP5700095B2 JP2013191939A JP2013191939A JP5700095B2 JP 5700095 B2 JP5700095 B2 JP 5700095B2 JP 2013191939 A JP2013191939 A JP 2013191939A JP 2013191939 A JP2013191939 A JP 2013191939A JP 5700095 B2 JP5700095 B2 JP 5700095B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power device
- circuit
- threshold
- value
- digital
- 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.)
- Active
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 21
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 8
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Description
本発明はパワーデバイスのゲート電圧を制御するパワーデバイス制御回路およびそれを用いたIPMに関する。 The present invention relates to a power device control circuit for controlling a gate voltage of a power device and an IPM using the power device control circuit.
大電流を制御する場合は高耐圧を要するためIGBT(Insulated bipolar Transistor)やMOSFETなどのパワーデバイスが多用される。パワーデバイスは電圧駆動または電流駆動によりオンオフの制御が行われる。パワーデバイスのオンオフの制御を行う部分はパワーデバイス制御回路と呼ばれる。 When controlling a large current, a high breakdown voltage is required, and power devices such as IGBTs (Insulated Bipolar Transistors) and MOSFETs are often used. The power device is on / off controlled by voltage driving or current driving. The part that controls on / off of the power device is called a power device control circuit.
パワーデバイス制御回路は、dv/dtとスイッチングロスを低減するようにパワーデバイスを制御することが望ましい。ここで、dv/dtとはゲート電圧の時間変化量のことである。dv/dtが大きくなるとEMIノイズ(Electromagnetic Interference)が大きくなる。EMIノイズは電子機器の制御を妨害するものであるため抑制しなければならない。一方、スイッチングロスとはパワーデバイスをターンオン、ターンオフする際に生じる電力ロスのことである。スイッチングロスは低消費電力化の観点から抑制しなければならない。 The power device control circuit desirably controls the power device so as to reduce dv / dt and switching loss. Here, dv / dt is a time change amount of the gate voltage. As dv / dt increases, EMI noise (Electromagnetic Interference) increases. Since EMI noise interferes with control of electronic equipment, it must be suppressed. On the other hand, the switching loss is a power loss that occurs when the power device is turned on and off. Switching loss must be suppressed from the viewpoint of lower power consumption.
たとえば、特許文献1にはdv/dtを高速化しスイッチング損失を低減するパワーデバイス制御回路が開示される。特許文献1に開示のパワーデバイス制御回路はスイッチング素子(パワーデバイス)の主回路電流とゲート電圧を検出する。そして、主回路電流が大きい場合で、かつ、ゲート電圧がミラー期間の間にゲート抵抗を低減させる(特許文献1明細書段落0014)。これにより、スイッチング素子の大電流駆動時にもdi/dt、dv/dtを高速化することができ、スイッチング損失も低減できる。なお特許文献1ではパワーデバイス制御回路をゲート駆動回路または駆動回路と表現している。
For example,
電圧駆動のパワーデバイスの場合、dv/dtを低減してEMIを抑制するためにはゲート抵抗を大きくすることが多い。また、電流駆動のパワーデバイスの場合は駆動電流を小さくすることが多い。ここで、dv/dtとスイッチングロスの関係について図10を参照して説明する。図10はIGBTのVg、Ic、Vce、スイッチングロスの波形を説明する図である。図10において実線はdv/dtが大きい場合であり、破線はdv/dtが小さい場合である。dv/dtを高めるとEMIノイズは増大するがスイッチングは短期間で終わる。よってスイッチングロスは小さい。一方、dv/dtを低減するとミラー期間が延びスイッチングがゆっくり行われる。よってEMIノイズの問題は抑制されるがスイッチングロスが増大する。つまり、dv/dt低減とスイッチングロス低減はトレードオフの関係にある。そのため、EMIノイズの低減とスイッチングロスの低減を一緒に実現することは困難であるという問題があった。 In the case of a voltage-driven power device, the gate resistance is often increased in order to reduce dv / dt and suppress EMI. In the case of a current-driven power device, the drive current is often reduced. Here, the relationship between dv / dt and switching loss will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a diagram for explaining the waveforms of IGBT Vg, Ic, Vce, and switching loss. In FIG. 10, the solid line is when dv / dt is large, and the broken line is when dv / dt is small. When dv / dt is increased, EMI noise increases, but switching ends in a short period. Therefore, the switching loss is small. On the other hand, when dv / dt is reduced, the mirror period is extended and switching is performed slowly. Therefore, the problem of EMI noise is suppressed, but the switching loss increases. That is, dv / dt reduction and switching loss reduction are in a trade-off relationship. Therefore, there is a problem that it is difficult to realize the reduction of EMI noise and the reduction of switching loss together.
ところで、特許文献1に記載のパワーデバイス制御回路ではゲート電圧を制御に利用する。具体的にはゲート電圧判定機52なる部分を備える。そして、ゲート電圧がミラー期間における電圧であるか判定する。ここで、パワーデバイスのゲート電圧はMOSFET、IGBTの場合それぞれ10〜12V、15V程度である。ところが、パワーデバイス制御回路の動作電圧は数Vであることが多い。したがって、特許文献1に記載のパワーデバイス制御回路でゲート電圧の制御を行うためにはレベルシフト回路が必要となる。よって特許文献1に記載の方法では制御が複雑になるなどの問題があった。
Incidentally, in the power device control circuit described in
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、簡素な構成でEMIノイズとスイッチングロスを抑制できるパワーデバイス制御回路およびそれを用いたIPMを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a power device control circuit capable of suppressing EMI noise and switching loss with a simple configuration, and an IPM using the power device control circuit.
本願の発明にかかるパワーデバイス制御回路は、パワーデバイスにゲート駆動信号を伝送するパワーデバイス制御回路であって、該パワーデバイスのゲートと接続された複数の駆動素子を有する駆動回路と、該パワーデバイスのゲート電圧のアナログ値をデジタル化してゲート電圧デジタル値に変換する変換回路と、一定のばらつきを有する該パワーデバイスの現実の閾値をデジタル化して閾値デジタルデータとして記憶した閾値設定回路と、該ゲート電圧デジタル値と該閾値デジタルデータとを比較して該駆動回路の駆動能力の切り替えを行う比較回路と、該パワーデバイスの温度を測定する温度センサと、該温度センサで測定した温度をデジタル化しデジタル温度値に変換する温度変換回路と、を備え、該閾値設定回路には該パワーデバイスの温度に対応した複数の閾値デジタルデータが記憶され、該比較回路は、該複数の閾値デジタルデータのなかから該デジタル温度値に対応した閾値デジタルデータを選択し該ゲート電圧デジタル値と比較することを特徴とする。
本願の発明にかかる他のパワーデバイス制御装置は、パワーデバイスにゲート駆動信号を伝送するパワーデバイス制御回路であって、該パワーデバイスのゲートと接続された複数の駆動素子を有する駆動回路と、該パワーデバイスのゲート電圧のアナログ値をデジタル化してゲート電圧デジタル値に変換する変換回路と、一定のばらつきを有する該パワーデバイスの現実の閾値をデジタル化して閾値デジタルデータとして記憶した閾値設定回路と、該ゲート電圧デジタル値と該閾値デジタルデータとを比較して該駆動回路の駆動能力の切り替えを行う比較回路と、該パワーデバイスの通流電流を測定する電流検出素子と、該電流検出素子により測定された通流電流をデジタル化しデジタル通流電流値に変換する通流電流変換回路と、を備え、該閾値設定回路には該パワーデバイスの通流電流に対応した複数の閾値デジタルデータが記憶され、該比較回路は、該複数の閾値デジタルデータのなかから該デジタル通流電流値に対応した閾値デジタルデータを選択し該ゲート電圧デジタル値と比較することを特徴とする。
A power device control circuit according to the invention of the present application is a power device control circuit that transmits a gate drive signal to a power device, the drive device having a plurality of drive elements connected to the gate of the power device, and the power device A conversion circuit that digitizes an analog value of the gate voltage of the power device and converts it into a digital value of the gate voltage, a threshold setting circuit that digitizes an actual threshold value of the power device having a certain variation and stores it as threshold digital data, A comparison circuit that compares the voltage digital value and the threshold digital data to switch the drive capability of the drive circuit, a temperature sensor that measures the temperature of the power device, and a digital that digitizes the temperature measured by the temperature sensor A temperature conversion circuit for converting the temperature value into a temperature value, and the threshold setting circuit includes the power device. A plurality of threshold digital data corresponding to the temperature of the memory is stored, and the comparison circuit selects threshold digital data corresponding to the digital temperature value from the plurality of threshold digital data and compares it with the gate voltage digital value. It is characterized by that.
Another power device control apparatus according to the invention of the present application is a power device control circuit that transmits a gate drive signal to a power device, the drive circuit having a plurality of drive elements connected to the gate of the power device, A conversion circuit that digitizes an analog value of the gate voltage of the power device and converts it to a digital value of the gate voltage; a threshold setting circuit that digitizes an actual threshold value of the power device having a certain variation and stores it as threshold digital data; A comparison circuit that switches the drive capability of the drive circuit by comparing the digital value of the gate voltage and the threshold digital data, a current detection element that measures the current flowing through the power device, and a measurement by the current detection element A current conversion circuit that digitizes the converted current and converts it into a digital current value, The threshold setting circuit stores a plurality of threshold digital data corresponding to the conduction current of the power device, and the comparison circuit selects the threshold digital data corresponding to the digital conduction current value from the plurality of threshold digital data. Is selected and compared with the digital value of the gate voltage.
本願の発明にかかるIPMは上述のパワーデバイス制御回路の全体または一部を制御ICまたはマイコンに内蔵したことを特徴とする。 The IPM according to the invention of the present application is characterized in that the whole or a part of the power device control circuit described above is built in a control IC or a microcomputer.
本願の発明にかかる他のIPMは該パワーデバイスの一部に形成されたSiCを材料とするダイオードと、上述のパワーデバイス制御回路とを備えたことを特徴とする。 Another IPM according to the invention of the present application is characterized by including a diode made of SiC formed in a part of the power device and the power device control circuit described above.
本発明によれば、EMIノイズとスイッチングロスを抑制したパワーデバイス制御回路およびそれを用いたIPMを簡素な構成により製造できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power device control circuit which suppressed EMI noise and switching loss, and IPM using the same can be manufactured by simple structure.
実施の形態1
本実施形態は図1−5を参照して説明する。なお、同一材料または同一、対応する構成要素には同一の符号を付して複数回の説明を省略する場合がある。他の実施形態でも同様である。
This embodiment will be described with reference to FIGS. In some cases, the same material or the same and corresponding components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted a plurality of times. The same applies to other embodiments.
図1は本実施形態のパワーデバイス制御回路およびそれを用いたIPMの概念図である。図1にはパワーデバイス制御回路10とパワーデバイス12が表されている。パワーデバイス制御回路10とパワーデバイス12をまとめてIPMと称することがある。パワーデバイス制御回路10はIGBT26にゲート駆動信号を伝送する回路である。一方、パワーデバイス12はIGBT26とダイオード28を備える。以後、パワーデバイス制御回路10の構成について説明する。
FIG. 1 is a conceptual diagram of a power device control circuit of this embodiment and an IPM using the same. FIG. 1 shows a power
パワーデバイス制御回路10は変換回路14を備える。変換回路14はIGBT26のゲート配線と接続され、ゲート電圧をモニタする。さらに、変換回路14はゲート電圧をアナログ値からデジタル値へ変換する。以後、変換回路14でデジタル値に変換されたゲート電圧は「ゲート電圧デジタル値」と称する。
The power
さらに、パワーデバイス制御回路10は閾値設定回路18を備える。閾値設定回路18は記憶装置と読み出し回路から構成される。記憶装置には、IGBT26の閾値がデジタルデータとして保存される。記憶装置にはたとえばEPROMやFlashメモリが用いられる。以後、閾値設定回路18に保存されたIGBT26の閾値のデジタルデータを「閾値デジタルデータ」と称する。
Further, the power
さらに、パワーデバイス制御回路10は比較回路16を備える。比較回路16はゲート電圧デジタル値と閾値デジタルデータとを比較して後述する駆動回路20の駆動能力の切り替えを行う部分である。比較回路16は変換回路14および閾値設定回路18と接続される。また、比較回路16は駆動回路20の駆動能力を切り替えるために駆動回路20に接続される。なお、比較回路16の動作については後述する。
Further, the power
さらに、パワーデバイス制御回路10は駆動回路20を備える。駆動回路20は複数の駆動素子22を有する。複数の駆動素子22はIGBT26のゲートに並列に接続される。駆動回路20の駆動能力は比較回路16の制御対象である。すなわち、比較回路16からの制御により複数の駆動素子22のうちいくつの駆動素子を利用するかが定められる。
本実施形態のパワーデバイス制御回路10は上述の構成である。以後、図2を参照してパワーデバイス制御回路10の動作について説明する。
Further, the power
The power
図2はIGBT26のターンオンの際のパワーデバイス制御回路10の動作を説明するフローチャートである。まずステップ50にて、変換回路14がIGBT26のゲート電圧の値を取得する。ゲート電圧の値の取得は、変換回路14とゲート配線を接続する配線により行われる。
FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the power
次いで、ステップ52へと処理が進められる。ステップ52では、変換回路14はゲート電圧をアナログ値からデジタル値へAD変換する。これによりゲート電圧デジタル値が得られる。ここで、比較回路16はたとえばマイコンなどの低耐圧制御回路である。よって典型的には12V程度であるIGBT26のゲート電圧をそのまま比較回路16に入力することはできない。そのため、ゲート電圧デジタル値は比較回路16で取り扱うことができる程度の電圧となるようにAD変換が行われる。
Next, the process proceeds to step 52. In
次いでステップ54へと処理が進められる。ステップ54では、比較回路16にてゲート電圧デジタル値と閾値デジタルデータとが比較される。ここで、前述のとおり、比較回路16は低耐圧制御回路である。しかしながらゲート電圧デジタル値と閾値デジタルデータはいずれもデジタル信号であるから、比較回路はこれらをそのまま使うことができる。ゲート電圧デジタル値が閾値デジタルデータより低い場合は再度ステップ50へ戻る。一方、ゲート電圧デジタル値が閾値デジタルデータ以上であるときはステップ56へ処理が進められる。なお、ゲート電圧デジタル値が閾値デジタルデータより低い場合は複数の駆動素子22のいくつかは未使用である。
Next, the process proceeds to step 54. In
ステップ56について説明する。ステップ56では、比較回路16が駆動回路20の駆動能力を高めるように駆動回路20を制御する。すなわち、ステップ56では 比較回路16の制御により複数の駆動素子22のうち未使用であった駆動素子のいくつかがオン状態とされる。これにより、駆動回路20の駆動能力が高まり、IGBT26のゲート電圧のdV/dtが高められる。換言すれば、ステップ56ではIGBT26のスイッチング速度が加速される。なお、ここでは使用する駆動素子の数を増やすことで駆動能力を向上させた。しかしながら使用する駆動素子の切り替えにより駆動能力を増大させてもよい。
図2のフローチャートに基づいてパワーデバイス制御回路10を動作させると、図3の実線のようなゲート波形が得られる。図3について説明する。図3においてゲート電圧デジタル値が閾値デジタルデータに到達する前の区間は区間1である。区間1においてはdv/dtが小さい状態で制御が行われる。これは、駆動回路20の駆動能力が低い状態である。そして、ゲート電圧デジタル値が閾値デジタルデータと同等となる区間が区間2である。区間2はミラー期間である。前述のとおり、区間2では駆動回路20の駆動能力が高められる。よって区間1と同等の駆動能力で制御継続した場合と比較してミラー期間は短縮される。ここで、図3における一点破線の波形は一定の駆動能力を維持してIGBTのターンオン動作を行ったときのゲート波形である。
When the power
そして、ゲート電圧デジタル値が閾値デジタルデータより高い区間が区間3である。区間3では駆動回路20の駆動能力が高められた状態が維持される。よって区間3は区間1よりdv/dtの高い区間である。
本実施形態のパワーデバイス制御回路10の動作は上述のとおりである。
A section in which the gate voltage digital value is higher than the threshold digital data is
The operation of the power
本実施形態のパワーデバイス制御回路10を用いれば、EMIノイズとスイッチングロスを抑制できる。すなわち、ゲート電圧デジタル値が閾値デジタルデータより低い段階ではdv/dtの低い状態を維持するためEMIノイズが抑制される。一方ゲート電圧デジタル値が閾値デジタルデータ以上となると駆動回路20の駆動能力が高められる。よってミラー期間が短縮され、かつ、その後のスイッチングも加速されるからスイッチングロスが抑制される。このように、本実施形態のパワーデバイス制御回路10の構成によればIGBT26のゲート波形を最適化できる。
If the power
本実施形態のパワーデバイス制御回路10を用いれば、簡素な構成で容易にEMIノイズとスイッチングロスの抑制ができる。本実施形態では比較回路16が利用するゲート電圧デジタル値と閾値デジタルデータはいずれもデジタル化されている。よって、IGBT26のゲート電圧を、レベルシフト回路などを用いることなしに駆動回路20の制御に利用することができる。ゆえに、簡素な構成で容易にEMIノイズとスイッチングロスを抑制できる。また、変換回路14で生成したゲート電圧デジタル値をほかの制御に応用することもできる。ゆえに、ゲート電圧の値をアナログ値のまま用いた場合と比較して制御性、応用性の面で優れる。
If the power
本実施形態のパワーデバイス制御回路10を用いれば、閾値の微調整が可能となる。すなわち、閾値デジタルデータの調整ビット数を増加させる。そして、閾値デジタルデータをより現実の閾値と一致させるように微調整する。たとえば微調整は、製造ばらつきなどにより一定のばらつきを有する現実の閾値と閾値デジタルデータを一致させるように行う。これにより精度の高い制御を実行できる。このような微調整は閾値の情報(閾値デジタルデータ)がデジタル化されているから可能となるものである。
If the power
本実施形態のパワーデバイス制御回路10を用いれば、ひとつのパワーデバイス制御回路で複数のパワーデバイスの制御を成しうる。この場合、パワーデバイス制御回路は多様な閾値を有するパワーデバイスのそれぞれについての閾値デジタルデータを保存する。そして、多様な閾値を有するパワーデバイスのそれぞれについてゲート電圧デジタル値を生成する。このようにすれば、ひとつのパワーデバイス制御回路で複数のパワーデバイスの制御が可能となる。
If the power
本実施形態のパワーデバイス制御回路10を用いれば、パワーデバイス制御回路またはIPMの検証(テスト)を容易化できる。本実施形態の閾値設定回路18はIGBT26の閾値のデータをデジタル化した閾値デジタルデータを保存している。そのため、部品の付け替えなどによる回路構成部品の変更を要せずにパワーデバイス制御回路またはIPMの検証(テスト)が可能となる。
If the power
以後、本実施形態の変形例について説明する。
たとえば、図4に示すパワーデバイス制御回路100を用いると本発明の効果を高めることができる。図4に示すパワーデバイス制御回路100はパワーデバイス12の温度を駆動回路20の制御に反映する点に特徴がある。図4に示すとおり、パワーデバイス12を構成するチップにオンチップダイオード114が搭載される。オンチップダイオード114によりパワーデバイス12の温度が測定される。測定した温度は温度変換回路112にてデジタル温度値に変換される。また、温度レベル閾値設定回路110には温度レベル閾値が保存される。温度レベル閾値設定回路110は閾値設定回路18とともに閾値設定部分106に配置される。パワーデバイス制御回路100にはさらに、デジタル温度値と温度レベル閾値を比較する温度比較回路104が配置される。
Hereinafter, modifications of the present embodiment will be described.
For example, when the power
図4の構成ではゲート電圧のデジタル化処理なども行われるが上述したので省略する。ただし、閾値設定回路18にはパワーデバイスの温度が高い場合の閾値デジタルデータ(高温用閾値デジタルデータ)とパワーデバイスの温度が低い場合の閾値デジタルデータ(低温用閾値デジタルデータ)が保存される。つまり、閾値設定回路18には2種類の閾値デジタルデータが保存されているものとする。
In the configuration of FIG. 4, digitization processing of the gate voltage is also performed, but the description thereof is omitted here. However, the
温度比較回路104ではデジタル温度値と温度レベル閾値が比較されてその比較結果が駆動回路20の制御に反映される。具体的には、温度比較回路104の比較結果により閾値設定回路18に保存された2種類の閾値デジタルデータのいずれを用いるか選択される。デジタル温度値が温度レベル閾値よりも高い場合は高温用閾値デジタルデータが用いられる。デジタル温度値が温度レベル閾値よりも低い場合は低温用閾値デジタルデータが用いられる。よって、比較回路16で用いる閾値デジタルデータは、パワーデバイス12の温度により定められることになる。IGBT26の閾値電圧はパワーデバイスの温度によって変動することが知られている。よって、上述のようにパワーデバイスの温度に応じて適切な閾値デジタルデータを利用することにより駆動回路20を高精度で制御できる。よってパワーデバイスの動作環境に適した駆動回路20の制御が可能となる。
In the
なお、閾値設定回路18には2種類の閾値デジタルデータでなく3種類以上の閾値デジタルデータを保存することとしても良い。また、温度比較回路による比較を行わずに、デジタル温度値が直接に閾値設定回路18または比較回路16へ伝送される構成も考えられる。また、オンチップダイオード114に代えてサーミスタなどの他の温度センサを用いてもよい。
The
別の変形例について図5を参照して説明する。
たとえば、図5に示すパワーデバイス制御回路200を用いると本発明の効果を高めることができる。図5に示すパワーデバイス制御回路200はIGBT26の通流電流を駆動回路20の制御に反映する点に特徴がある。図5に示すとおり、パワーデバイス制御回路200にはシャント抵抗208が配置される。シャント抵抗208の両端はIGBT26のコレクタ電流を検出できるようにIGBT26に接続される。シャント抵抗208で検出した通流電流は通流電流変換回路206にてデジタル通流電流値に変換される。また、電流レベル閾値設定回路204には電流レベル閾値が保存される。電流レベル閾値設定回路204は閾値設定回路18とともに閾値設定部分202に配置される。パワーデバイス制御回路200にはさらに、デジタル通流電流値と電流レベル閾値を比較する通流電流比較回路220が配置される。
Another modification will be described with reference to FIG.
For example, when the power
図5の構成ではゲート電圧のデジタル化処理なども行われるが上述したので省略する。ただし、閾値設定回路18にはパワーデバイスの通流電流が高い場合の閾値デジタルデータ(高通流電流用閾値デジタルデータ)とパワーデバイスの通流電流が低い場合の閾値デジタルデータ(低通流電流用閾値デジタルデータ)が保存される。つまり、閾値設定回路18には2種類の閾値デジタルデータが保存されているものとする。
In the configuration of FIG. 5, digitization processing of the gate voltage is also performed. However, the
通流電流比較回路220ではデジタル通流電流値と電流レベル閾値が比較されてその比較結果が駆動回路20の制御に反映される。具体的には、通流電流比較回路220の比較結果により閾値設定回路18に保存された2種類の閾値デジタルデータのいずれを用いるか選択される。デジタル通流電流値が電流レベル閾値よりも高い場合は高通流電流用閾値デジタルデータが用いられる。デジタル通流電流値が電流レベル閾値よりも低い場合は低通流電流用閾値デジタルデータが用いられる。したがって、閾値設定回路18から比較回路16に伝送される閾値デジタルデータは、パワーデバイス12の通流電流により定められることになる。閾値デジタルデータの選択にデジタル通流電流の値を利用すると駆動回路20を高精度で制御できる。よってパワーデバイスの動作環境に適した駆動回路20の制御が可能となる。
In the conduction
なお、閾値設定回路18には2種類の閾値デジタルデータでなく3種類以上の閾値デジタルデータを保存することとしても良い。また、シャント抵抗208に代えてカレントトランスやパワーデバイス12のチップ上に形成されたカレントセンス等の電流検出素子を用いてもよい。
The
別の変形例について説明する。
パワーデバイス制御回路10の全体または一部を制御ICまたはマイコンに内蔵してもよい。これによりディスクリート部品で構成するよりも搭載部品、回路構成部品を少なくできる。そのため、コスト低減でき、不良率も低減できる。
Another modification will be described.
The whole or a part of the power
別の変形例について説明する。
図1などに記載したダイオード28をSiCを材料として製造してもよい。SiCは耐電圧性が高いため、電流密度を大きくすることができる。よってダイオードを小型化できるからIPMを小型化できる。
Another modification will be described.
The
別の変形例について説明する。
パワーデバイス12を構成するIGBT26、ダイオード28はSiCを材料として製造してもよい。上述と同様にしてIPMを小型化できる。また、パワーデバイスがバイポーラトランジスタやMOSFETを備える場合はそれらをSiCで製造しても同様である。
Another modification will be described.
The
別の変形例について説明する。
パワーデバイス12はSiCを材料として製造されたRC(Reverse-Conductive)−IGBTで構成してもよい。この場合SiCを用いているため上述と同様にIPMを小型化できる。また、IGBTに逆並列にダイオードを接続する必要がなく、IPMの組み立てを容易化できる。
Another modification will be described.
The
他にも、たとえばパワーデバイス12はIGBT26に代えてMOSFETを有する構成としてもよい。MOSFETのゲート電圧は10〜12V程度である。そのような高い電圧を、比較回路で処理できる低い電圧のデジタル値へ変換すると本発明の効果を得ることができる。
In addition, for example, the
実施の形態2
本実施形態は図6、7を参照して説明する。本実施形態は、比較回路により制御される駆動回路の構成に関する。比較回路への入力については実施形態1と同様であるから省略する。図6に示されるように本実施形態の駆動回路302は複数の駆動素子304として複数の抵抗素子を備える。各抵抗素子はすべて同一抵抗値である。また、複数の抵抗素子は並列に配置されている。そして、ひとつの抵抗素子を除き比較回路16と接続され比較回路16からオンオフの制御が行われる。
Embodiment 2
This embodiment will be described with reference to FIGS. The present embodiment relates to a configuration of a drive circuit controlled by a comparison circuit. Since the input to the comparison circuit is the same as that of the first embodiment, a description thereof will be omitted. As shown in FIG. 6, the
本実施形態ではゲート電圧デジタル値が閾値デジタルデータ未満の区間は比較回路16に接続されていない抵抗のみでゲート駆動を行う。したがってこの区間では駆動能力が低く、dv/dtの値は小さい。そしてゲート電圧デジタル値が閾値デジタルデータ以上となると抵抗素子の幾つかは電源と接続される。したがってこの区間では駆動能力が高く、dv/dtの値は大きい。
In the present embodiment, gate driving is performed only with a resistor not connected to the
結果的に図3の実線のようなゲート波形が得られる。よって実施形態1と同じ効果を得ることができる。特に複数の駆動素子304が同一抵抗値の抵抗素子で構成されるから以下の二点において優れる。一点目は複数の駆動素子304のうちのひとつの特性を把握すれば並列使用の場合の特性およびばらつきを把握できることである。二点目は、閾値ばらつきを調整できることである。つまり現実の閾値に合うように抵抗素子のオンオフを制御できる。
As a result, a gate waveform as shown by the solid line in FIG. 3 is obtained. Therefore, the same effect as
本実施形態では抵抗素子で複数の駆動素子を構成したが本発明はこれに限定されない。たとえば抵抗素子に代えてMOSFETを用いてもよい。複数の駆動素子として複数のMOSFETを利用した構成について図7を参照して説明する。パワーデバイス制御回路400は駆動回路402を備える。駆動回路402はMOSFET410とMOSFET412を備える。MOSFET410とMOSFET412は同一の特性を有する。また、MOSFET410とMOSFET412は並列に配置されている。MOSFET410とMOSFET412はそれぞれ第1ドライブ回路404と第2ドライブ回路406と接続される。第1ドライブ回路404と第2ドライブ回路406は比較回路16と接続される。
In the present embodiment, a plurality of driving elements are configured by resistance elements, but the present invention is not limited to this. For example, a MOSFET may be used instead of the resistance element. A configuration using a plurality of MOSFETs as a plurality of driving elements will be described with reference to FIG. The power
そして、ゲート電圧デジタル値が閾値デジタルデータ未満の区間はMOSFET410のみでゲート駆動を行う。したがってこの区間では駆動能力が低く、dv/dtの値は小さい。そしてゲート電圧デジタル値が閾値デジタルデータ以上となると、MOSFET410に加えてMOSFET412も使用される。したがってこの区間では駆動能力が高く、dv/dtの値は大きい。よって複数の抵抗素子を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
In a section where the gate voltage digital value is less than the threshold digital data, gate driving is performed only by the
ところで、図6の構成のように抵抗を用いた構成をIC化すると、MOSFETを用いた場合と比較してパワーデバイス制御回路を小面積化できる。よってコスト低減が可能である。 By the way, if the configuration using resistors as in the configuration of FIG. 6 is made into an IC, the area of the power device control circuit can be reduced compared to the case where MOSFETs are used. Therefore, the cost can be reduced.
なお、抵抗素子の数とMOSFETの数は駆動能力の観点などから適宜定められる。その他、実施形態1相当の変形をなしうる。 Note that the number of resistance elements and the number of MOSFETs are appropriately determined from the viewpoint of driving capability. In addition, modifications corresponding to the first embodiment can be made.
実施の形態3
本実施形態は図8、9を参照して説明する。本実施形態は、比較回路により制御される駆動回路の構成に関する。比較回路への入力については実施形態1と同様であるから省略する。図8に示されるように本実施形態の駆動回路502は抵抗504と抵抗506を備える。抵抗504は抵抗506より抵抗値が低い。また、抵抗504と抵抗506は並列に配置されている。そして、抵抗504と抵抗506はともに比較回路16と接続され比較回路16によりオンオフの制御が行われる。
This embodiment will be described with reference to FIGS. The present embodiment relates to a configuration of a drive circuit controlled by a comparison circuit. Since the input to the comparison circuit is the same as that of the first embodiment, a description thereof will be omitted. As shown in FIG. 8, the
本実施形態ではゲート電圧デジタル値が閾値デジタルデータ未満の区間は抵抗506のみでゲート駆動を行う。したがってこの区間では駆動能力が低く、dv/dtの値は小さい。そしてゲート電圧デジタル値が閾値デジタルデータ以上となると抵抗504のみでゲート駆動を行う。したがってこの区間では駆動能力が高く、dv/dtの値は大きい。
In the present embodiment, the gate drive is performed only by the
結果的に図3の実線のようなゲート波形が得られる。よって実施形態1と同じ効果を得ることができる。特に駆動回路502が抵抗値の異なる複数の抵抗素子で構成されるから以下の三点において優れる。一点目は駆動素子の数を最小2素子にまで低減できる点である。つまり、図3に記載の区間1で用いるための抵抗と、区間2、3で用いるための抵抗の2素子でよい。よってパワーデバイス制御回路500を小型化できる。二点目は、部品点数が減るのでコスト低減、不良率低下ができる点である。三点目は、駆動回路502をIC化することにより小型化できる点である。
As a result, a gate waveform as shown by the solid line in FIG. 3 is obtained. Therefore, the same effect as
本実施形態では2の抵抗素子で駆動素子を構成したがこれに限定されない。たとえば抵抗素子に代えてMOSFETを用いてもよい。駆動素子として2のMOSFETを利用した構成について図9を参照して説明する。パワーデバイス制御回路600は駆動回路602を備える。駆動回路602はMOSFET604とMOSFET606を備える。MOSFET604はMOSFET606よりも電流容量が大きい。また、MOSFET604とMOSFET606は並列に配置されている。MOSFET604とMOSFET606はそれぞれ第1ドライブ回路610と第2ドライブ回路612と接続される。第1ドライブ回路610と第2ドライブ回路612は比較回路16と接続される。
In the present embodiment, the driving element is configured by the two resistance elements, but the present invention is not limited to this. For example, a MOSFET may be used instead of the resistance element. A configuration using two MOSFETs as drive elements will be described with reference to FIG. The power device control circuit 600 includes a
そして、ゲート電圧デジタル値が閾値デジタルデータ未満の区間はMOSFET606のみでゲート駆動を行う。したがってこの区間では駆動能力が低く、dv/dtの値は小さい。そしてゲート電圧デジタル値が閾値デジタルデータ以上となるとMOSFET604が使用される。したがってこの区間では駆動能力が高く、dv/dtの値は大きい。よって前述した2の抵抗素子を用いた場合と同様の効果を得ることができる。なお、抵抗素子の数とMOSFETの数は駆動能力の観点などから適宜定められる。その他、実施形態1相当の変形をなしうる。
In a section where the gate voltage digital value is less than the threshold digital data, gate driving is performed only by the
10 パワーデバイス制御回路、 12 パワーデバイス、 14 変換回路、 16 比較回路、 18 閾値設定回路、 20 駆動回路、 22 複数の駆動素子、 26 IGBT、 28 ダイオード
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記パワーデバイスのゲートと接続された複数の駆動素子を有する駆動回路と、
前記パワーデバイスのゲート電圧のアナログ値をデジタル化してゲート電圧デジタル値に変換する変換回路と、
一定のばらつきを有する前記パワーデバイスの現実の閾値をデジタル化して閾値デジタルデータとして記憶した閾値設定回路と、
前記ゲート電圧デジタル値と前記閾値デジタルデータとを比較して前記駆動回路の駆動能力の切り替えを行う比較回路と、
前記パワーデバイスの温度を測定する温度センサと、
前記温度センサで測定した温度をデジタル化しデジタル温度値に変換する温度変換回路と、を備え、
前記閾値設定回路には前記パワーデバイスの温度に対応した複数の閾値デジタルデータが記憶され、
前記比較回路は、前記複数の閾値デジタルデータのなかから前記デジタル温度値に対応した閾値デジタルデータを選択し前記ゲート電圧デジタル値と比較することを特徴とするパワーデバイス制御回路。 A power device control circuit for transmitting a gate drive signal to a power device,
A drive circuit having a plurality of drive elements connected to the gate of the power device;
A conversion circuit that digitizes an analog value of the gate voltage of the power device and converts it to a digital value of the gate voltage;
A threshold setting circuit that digitizes an actual threshold value of the power device having a certain variation and stores it as threshold digital data;
A comparison circuit that compares the gate voltage digital value and the threshold digital data to switch the drive capability of the drive circuit ;
A temperature sensor for measuring the temperature of the power device;
A temperature conversion circuit that digitizes the temperature measured by the temperature sensor and converts it into a digital temperature value;
The threshold setting circuit stores a plurality of threshold digital data corresponding to the temperature of the power device,
The comparison circuit selects threshold value digital data corresponding to the digital temperature value from the plurality of threshold value digital data, and compares it with the gate voltage digital value.
前記パワーデバイスのゲートと接続された複数の駆動素子を有する駆動回路と、
前記パワーデバイスのゲート電圧のアナログ値をデジタル化してゲート電圧デジタル値に変換する変換回路と、
一定のばらつきを有する前記パワーデバイスの現実の閾値をデジタル化して閾値デジタルデータとして記憶した閾値設定回路と、
前記ゲート電圧デジタル値と前記閾値デジタルデータとを比較して前記駆動回路の駆動能力の切り替えを行う比較回路と、
前記パワーデバイスの通流電流を測定する電流検出素子と、
前記電流検出素子により測定された通流電流をデジタル化しデジタル通流電流値に変換する通流電流変換回路と、を備え、
前記閾値設定回路には前記パワーデバイスの通流電流に対応した複数の閾値デジタルデータが記憶され、
前記比較回路は、前記複数の閾値デジタルデータのなかから前記デジタル通流電流値に対応した閾値デジタルデータを選択し前記ゲート電圧デジタル値と比較することを特徴とするパワーデバイス制御回路。 A power device control circuit for transmitting a gate drive signal to a power device,
A drive circuit having a plurality of drive elements connected to the gate of the power device;
A conversion circuit that digitizes an analog value of the gate voltage of the power device and converts it to a digital value of the gate voltage;
A threshold setting circuit that digitizes an actual threshold value of the power device having a certain variation and stores it as threshold digital data;
A comparison circuit that compares the gate voltage digital value and the threshold digital data to switch the drive capability of the drive circuit ;
A current detection element for measuring a current flowing through the power device;
A conduction current conversion circuit that digitizes the conduction current measured by the current detection element and converts it into a digital conduction current value;
The threshold setting circuit stores a plurality of threshold digital data corresponding to the current flowing through the power device,
The comparison circuit selects threshold digital data corresponding to the digital conduction current value from the plurality of threshold digital data, and compares the digital digital value with the gate voltage digital value.
前記パワーデバイス制御回路と接続されゲート駆動信号を受けるパワーデバイスと、 A power device connected to the power device control circuit and receiving a gate drive signal;
前記パワーデバイスの一部に形成されたSiCを材料とするダイオードとを備えたことを特徴とするIPM。 An IPM comprising: a diode made of SiC formed in a part of the power device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013191939A JP5700095B2 (en) | 2013-09-17 | 2013-09-17 | Power device control circuit and IPM using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013191939A JP5700095B2 (en) | 2013-09-17 | 2013-09-17 | Power device control circuit and IPM using the same |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009232763A Division JP2011082764A (en) | 2009-10-06 | 2009-10-06 | Power device control circuit and ipm using the power device control circuit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013258778A JP2013258778A (en) | 2013-12-26 |
JP5700095B2 true JP5700095B2 (en) | 2015-04-15 |
Family
ID=49954751
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013191939A Active JP5700095B2 (en) | 2013-09-17 | 2013-09-17 | Power device control circuit and IPM using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5700095B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10250254B2 (en) | 2016-05-02 | 2019-04-02 | Lsis Co., Ltd. | System for controlling power device |
US10256807B2 (en) | 2016-03-04 | 2019-04-09 | Fuji Electric Co., Ltd. | Driving device for semiconductor elements |
US10554202B2 (en) | 2016-08-31 | 2020-02-04 | Fuji Electric Co., Ltd. | Gate driver |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101664613B1 (en) * | 2014-12-09 | 2016-10-24 | 현대자동차주식회사 | Circuit conrolling for voltage slope of Power Mosfet |
KR101721107B1 (en) * | 2015-07-15 | 2017-03-29 | 엘에스산전 주식회사 | Gate driver circuit for power switching device |
US9954461B1 (en) | 2017-06-12 | 2018-04-24 | Power Integrations, Inc. | Multiple stage gate drive for cascode current sensing |
JP6970069B2 (en) * | 2018-09-14 | 2021-11-24 | 株式会社東芝 | Electronic circuits and methods |
JP7455006B2 (en) | 2020-06-22 | 2024-03-25 | キヤノンメディカルシステムズ株式会社 | Power supplies and power supplies for medical imaging diagnostic equipment |
US11689095B2 (en) * | 2021-01-08 | 2023-06-27 | Dialog Semiconductor Inc. | Adaptive gate drive for a power switch transistor in a switching power converter |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61294969A (en) * | 1985-06-21 | 1986-12-25 | Canon Inc | Picture processor |
JPH06241875A (en) * | 1993-02-17 | 1994-09-02 | Tokimec Inc | Fire-extinguishing agent monitor |
JP2000232347A (en) * | 1999-02-08 | 2000-08-22 | Toshiba Corp | Gate circuit and gate circuit control method |
JP2006074729A (en) * | 2004-08-02 | 2006-03-16 | Fusaichi Yamazaki | Flexible touch sensor |
-
2013
- 2013-09-17 JP JP2013191939A patent/JP5700095B2/en active Active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10256807B2 (en) | 2016-03-04 | 2019-04-09 | Fuji Electric Co., Ltd. | Driving device for semiconductor elements |
US10250254B2 (en) | 2016-05-02 | 2019-04-02 | Lsis Co., Ltd. | System for controlling power device |
US10554202B2 (en) | 2016-08-31 | 2020-02-04 | Fuji Electric Co., Ltd. | Gate driver |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013258778A (en) | 2013-12-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5700095B2 (en) | Power device control circuit and IPM using the same | |
JP2011082764A (en) | Power device control circuit and ipm using the power device control circuit | |
US11009530B2 (en) | Methods and circuitry for analyzing voltages | |
US11075627B2 (en) | Methods and circuitry for driving a device | |
Baker et al. | Online junction temperature measurement via internal gate resistance during turn-on | |
JP6498473B2 (en) | Switch drive circuit | |
US10153696B2 (en) | Methods and circuitry for sampling a signal | |
JP6350301B2 (en) | Load drive control device and load drive control method | |
JP5692717B2 (en) | Gate drive circuit and gate drive method | |
Baker et al. | Online junction temperature measurement using peak gate current | |
JP4284575B2 (en) | Gate drive circuit for power semiconductor device | |
JP2019169825A (en) | Semiconductor device and power conversion device | |
WO2019207847A1 (en) | Device for driving power semiconductor element | |
US20150032404A1 (en) | Method and device for determining the temperature calibration characteristic curve of a semiconductor component appertaining to power electronics | |
JP6970069B2 (en) | Electronic circuits and methods | |
JP6924277B2 (en) | Power module | |
KR101531018B1 (en) | Failure prediction method of power semiconductor device | |
JP2023065319A (en) | Semiconductor testing device, and method for testing semiconductor element | |
JPWO2019058490A1 (en) | Switching element control circuit and power module | |
JP7068636B2 (en) | Power converter | |
JP6977486B2 (en) | Semiconductor device test equipment | |
JP2015029378A (en) | Semiconductor element module and gate drive circuit | |
US20230040345A1 (en) | Power conversion device | |
CN110022141B (en) | Driving device of power device and method for acquiring real-time state of power device | |
JP2022109668A (en) | Device and method for inspecting electrical characteristics of semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140421 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140603 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140707 |
|
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: 20150120 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150202 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5700095 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |