JP5940281B2 - ゲート駆動回路 - Google Patents
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Description
(Static Induction Transistor:静電誘導トランジスタ)等のスイッチングデバイスを駆動するゲート駆動回路に関する。
(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor:MOS型電界効果トランジスタ)が用いられてきた。
(1)JFETに正の電圧を一定値以上印加すると、ゲート電流が増加して回路の消費電力が増大する。
(2)逆に、JFETに印加する正の電圧が不足するとJFETのターンオンが遅くなり、ターンオン損失が増大する。
(3)JFETのオンオフ閾値電圧は、正ではあるがゼロに近い。このため、高速スイッチングにより発生する高い電圧時間変化率(dv/dt)により、ゲート・ドレイン間の浮遊容量を介してゲート・ソース間の電圧を上昇させ、オフとオンの閾値を容易に超過して誤オン動作してしまう場合がある。
(構成)
図1に示すように、本実施形態のゲート駆動回路10は、SiCで形成された接合型電界効果トランジスタ(JFET)1のゲート側にゲート抵抗(Rg1)3が設けられ、スイッチ5を介してゲート電源(Vsg)7と接続されている。スイッチ5は、図示しないゲート指令信号に従ってオンオフ動作するONスイッチ5a及びOFFスイッチ5bからなる。符号9は、JFET1のドレイン・ゲート間に生じる浮遊容量(Cf1)であり、符号13は、JFET1のゲート・ソース間に生じる浮遊容量(Cf2)である。本実施形態では、JFET1のゲート・ソース間に、JFET1のドレイン・ゲート間に生じる浮遊容量(Cf1)9よりも大きな容量を有するコンデンサ(Cg)11が設けられている。
図2に示すとおり、インバータのUVW各相は、2つの直列接続されたJFET1a,1bで構成されるのが一般的である。図2において直列上段に接続されたJFET1aが高速にオフからオンになると、直列下段に接続されたJFET1bの両端には主回路直流電圧Vmainが印加される。
(構成)
図3に示すように、本実施形態のゲート駆動回路20は、SiCで形成された接合型電界効果トランジスタ(JFET)1のゲート側にゲート抵抗(Rg1)3が設けられ、スイッチ5を介してゲート電源(Vsg)7と接続されている。スイッチ5は、図示しないゲート指令信号に従ってオンオフ動作するONスイッチ5a及びOFFスイッチ5bからなる。
本実施形態では、ゲートオフ(OFFスイッチ5bがオンでONスイッチ5aがオフ)時のゲート・ソース間電圧は、−Vsg_ofst、ゲートオン(ONスイッチ5aがオンでOFFスイッチ5bがオフ)時のゲート・ソース間電圧は、Vsg−Vsg_ofstとなる。
(構成)
本実施形態は、前記第1の実施形態と第2の実施形態を組み合わせたものである。すなわち、図4に示すように、本実施形態のゲート駆動回路30は、ゲート電源7の低電位側とJFET1のソースとの間に、ゲートオフセット電源(電圧Vsg_ofst)21がマイナスにオフセットを印加するように接続されている。また、JFET1のゲート・ソース間に、JFET1のドレイン・ゲート間に生じる浮遊容量(Cf1)9よりも大きな容量を有するコンデンサ(Cg)11が設けられている。
本実施形態では、以下の作用・効果を奏する。
(構成)
図5に示すように、本実施形態のゲート駆動回路40は、SiCで形成された接合型電界効果トランジスタ(JFET)1のゲート側にゲート抵抗(Rg1)3が設けられ、スイッチ5を介してゲート電源(Vsg)7と接続されている。符号13は、JFET1のゲート・ソース間に生じる浮遊容量(Cf2)である。
本実施形態では、ターンオン動作時、OFFスイッチ5bが切れてONスイッチ5aがオンとなる。このため、JFET1には、第2のゲート抵抗(Rg2)31と第2のコンデンサ(CgD)33の並列回路、及びゲート抵抗(Rg1)3を通してゲート電源(Vsg)7からゲート電流が注入される。
(構成)
図6に示すように、本実施形態のゲート駆動回路50は、SiCで形成された接合型電界効果トランジスタ(JFET)1のゲート側にゲート抵抗(Rg1)3が設けられ、スイッチ5を介してゲート電源(Vsg)7と接続されている。
本実施形態のゲート駆動回路50では、ターンオン動作時、OFFスイッチ5bが切れてONスイッチ5aがオンとなる。このため、JFET1には、ゲート抵抗(Rg1)3と並列に接続される順方向ダイオード(D_on)43及び第3のゲート抵抗(Rg_on)41を通して、ゲート電源(Vsg)7からゲート電流が注入される。
(構成)
本実施形態は、前記第4の実施形態と第5の実施形態を組み合わせたものである。すなわち、図7に示すように、本実施形態のゲート駆動回路60は、ゲート抵抗(Rg1)3とスイッチ5との間に、第2のゲート抵抗(Rg2)31が直列に接続され、この第2のゲート抵抗(Rg2)31と並列に第2のコンデンサ(CgD)33が接続されている。
本実施形態では、以下の作用・効果を奏する。
(構成)
本実施形態は、前記第6の実施形態に対して、さらに逆方向バイパスダイオード(D_by)53を付加したものである。すなわち、図8に示すように、本実施形態のゲート駆動回路70は、JFET1のゲート側からスイッチ5までの間に、順に、第1の回路61、第2の回路63を有している。
たとえば、インバータ過電流状態からインバータを保護するために、各相すべてのゲート指令SwRefをオフして、各相すべてのJFET1をオフすることがある。この際、JFET1はアバランシェし、アバランシェ電流がJFET1のドレインからゲートに流れる。この時、第2のゲート抵抗(Rg2)31のみで逆方向バイパスダイオード(D_by)53がない場合、アバランシェ電流は第2のゲート抵抗(Rg2)31を通って流れる。その結果、第2のゲート抵抗(Rg2)31が損傷してゲート駆動回路が故障する場合がある。
本実施形態は、前記第3の実施形態と第7の実施形態を組み合わせたものである。すなわち、図9に示すように、本実施形態のゲート駆動回路80は、JFET1のゲート側からスイッチ5までの間に、順に、第1の回路61、第2の回路63を有している。
本実施形態では、以下の作用・効果を奏する。
(1)上記の各実施形態では、スイッチングデバイスとしてJFETを用いた例を説明したが、SITに置き換えても良く、この場合も同様の作用効果を得ることができる。
3…ゲート抵抗(Rg1)(第1のゲート抵抗)
5…スイッチ
7…ゲート電源(Vsg)
10…ゲート駆動回路
11…コンデンサ(Cg)
20…ゲート駆動回路
21…ゲートオフセット電源(Vsg_ofst)
30…ゲート駆動回路
31…第2のゲート抵抗(Rg2)
33…第2のコンデンサ(CgD)
40…ゲート駆動回路
41…第3のゲート抵抗(Rg_on)
43…順方向ダイオード(D_on)
50…ゲート駆動回路
53…逆方向バイパスダイオード(D_by)
60…ゲート駆動回路
61…第1の回路
63…第2の回路
70…ゲート駆動回路
80…ゲート駆動回路
90…ゲート駆動回路
Claims (8)
- SiCで形成され所定のオンオフ閾値電圧を有するJFET又はSITのスイッチングデバイスのゲート側に接続されるゲート駆動回路において、
オンオフ動作するスイッチを介して前記スイッチングデバイスをゲート電源と接続し、
前記スイッチングデバイスのドレイン・ゲート間に生じる浮遊容量よりも大きな容量を有するコンデンサを前記スイッチングデバイスのゲート・ソース間に設け、
前記スイッチングデバイスがオフの間に外乱により前記オンオフ閾値電圧を超えないように構成したことを特徴とするゲート駆動回路。 - 前記ゲート電源の低電位側と前記スイッチングデバイスのソースとの間に、ゲートオフセット電源をマイナスにオフセットを印加するように接続したことを特徴とする請求項1記載のゲート駆動回路。
- 前記スイッチングデバイスのゲート側と前記スイッチとの間の回路に対して並列に第2のコンデンサを接続したことを特徴とする請求項1又は2に記載のゲート駆動回路。
- 前記スイッチングデバイスのゲート側と前記スイッチとの間に第1のゲート抵抗を接続するとともに、当該第1のゲート抵抗と前記スイッチとの間に、第2のゲート抵抗を直列に接続し、さらに当該第2のゲート抵抗と並列に第2のコンデンサを接続したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載のゲート駆動回路。
- 前記第2のゲート抵抗及び前記第2のコンデンサのそれぞれに対して並列になるようにバイパスダイオードを逆方向に接続したことを特徴とする請求項4記載のゲート駆動回路。
- 前記スイッチングデバイスのゲート側と前記スイッチとの間の回路に対して並列に、ダイオードを順方向に接続したことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載のゲート駆動回路。
- 前記第1のゲート抵抗と並列に、ダイオードを順方向に接続したことを特徴とする請求項4又は5のいずれか1項記載のゲート駆動回路。
- 前記順方向に接続したダイオードと直列に、第3のゲート抵抗を接続したことを特徴とする請求項7記載のゲート駆動回路。
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