JP6151750B2 - コンバータシステム、半導体スイッチ駆動回路及び半導体スイッチ駆動方法 - Google Patents
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Description
前記駆動ユニットは、互いに異なるオフパラメータを有する複数のオフ駆動ユニット及び1つのオン駆動ユニットを含み、
前記サンプリングユニットは、前記半導体スイッチの動作状態を反映するサンプリング電流をサンプリングし、
前記判定選択ユニットは、1つの駆動制御信号、前記サンプリング電流及び1つ又は複数のリファレンス値を受信し、前記駆動制御信号が第1制御信号であると、前記サンプリング電流及び前記リファレンス値に基づいて、前記半導体スイッチの動作状態を判定し、オフパラメータが前記動作状態に合致するオフ駆動ユニットを1つ選択し、前記半導体スイッチをオフし、前記駆動制御信号が第2制御信号であると、前記オン駆動ユニットを選択し、前記半導体スイッチをオンする。
前記半導体スイッチの動作状態を反映するサンプリング電流をサンプリングするステップと、
1つの駆動制御信号及び1つ又は複数のリファレンス値を受信し、前記駆動制御信号が第1制御信号であると、前記サンプリング電流及びリファレンス値に基づいて、前記半導体スイッチの動作状態を判定し、オフパラメータが判定した動作状態に合致するオフ駆動ユニットを1つ選択し、1つの半導体スイッチをオフし、前記駆動制御信号が第2制御信号であると、前記オン駆動ユニットを選択し、前記半導体スイッチをオンする。
本例示的な実施形態において、半導体スイッチ駆動回路のオフパラメータをオフ駆動ユニットのオフ抵抗とすることを例に挙げて、駆動制御信号DSが第1制御信号であると、判定選択ユニットは、オフ抵抗が判定した動作状態に合致するオフ駆動ユニットを選択し、半導体スイッチをオフする。例えば、オフ駆動ユニットは、第1オフ駆動ユニット及び第2オフ駆動ユニットを含み、第1オフ駆動ユニットのオフ抵抗が第2オフ駆動ユニットのオフ抵抗より大きく、判定選択ユニットがリファレンス値及びサンプリング電流を受け取った後、リファレンス値とサンプリング電流とを比較し、サンプリング電流がリファレンス値より大きいと、判定選択ユニットは、第1オフ駆動ユニットを選択し、半導体スイッチをオフし、一方、サンプリング電流がリファレンス値以下であると、判定選択ユニットは、第2オフ駆動ユニットを選択し、半導体スイッチをオフする。以下、図7から図12を参照しながら、詳細に説明する。
本例示的な実施形態において、半導体スイッチ駆動回路のオフパラメータをオフ駆動ユニットのオフ電流とすることを例にあげて、駆動制御信号が第1制御信号であると、判定選択ユニットは、オフ電流が判定した動作状態に合致するオフ駆動ユニットを選択し、半導体スイッチをオフする。例えば、オフ駆動ユニットは、第1オフ駆動ユニット及び第2オフ駆動ユニットを含み、第1オフ駆動ユニットのオフ電流が第2オフ駆動ユニットのオフ電流より小さく、判定選択ユニットがリファレンス値及びサンプリング電流を受け取った後、リファレンス値とサンプリング電流とを比較し、サンプリング電流がリファレンス値より大きいと、第1オフ駆動ユニットを選択し、半導体スイッチをオフし、サンプリング電流がリファレンス値以下であると、第2オフ駆動ユニットを選択し、半導体スイッチをオフする。以下、図13を参照しながら、より詳細に説明する。
本例示的な実施形態において、半導体スイッチ駆動回路のオフパラメータをオフ駆動ユニットのオフ電圧とすることを例とすると、判定選択ユニットは、オフ電圧が判定した動作状態に合致するオフ駆動ユニットを選択し、半導体スイッチをオフする。例えば、オフ駆動ユニットは、第1オフ駆動ユニット及び第2オフ駆動ユニットを含み、第1オフ駆動ユニットのオフ電圧が第2オフ駆動ユニットのオフ電圧より低いと、判定選択ユニットは、リファレンス値及びサンプリング電流を受信した後、リファレンス値とサンプリング電流とを比較し、サンプリング電流がリファレンス値より大きいと、第1オフ駆動ユニットを選択して半導体スイッチをオフし、サンプリング電流がリファレンス値以下であると、第2オフ駆動ユニットを選択して半導体スイッチをオフする。以下、図14を参照しながらより詳細に説明する。
上記例示的な実施形態において、2つのオフ駆動ユニットを含む。理解すべきことは、多くのオフ駆動ユニットを含んでもよい。本例示的な実施形態において、オフ駆動ユニットのオフ電圧を半導体スイッチ駆動回路のオフパラメータとし、オフ駆動ユニットが第1オフ駆動ユニット、第2オフ駆動ユニット及び第3オフ駆動ユニットを含むことを例に挙げて、判定選択ユニットは、オフ電圧が判定した動作状態に合致するオフ駆動ユニットを選択し、半導体スイッチをオフする。例えば、第1オフ駆動ユニット、第2オフ駆動ユニット及び第3オフ駆動ユニットのオフ電圧が順番に上昇し、判定選択ユニットは、第1リファレンス値及び第1リファレンス値より大きい第2リファレンス値を受信し、それらをサンプリング電流ISと比較し、サンプリング電流ISが第2リファレンス値より大きいと、第1オフ駆動ユニットを選択し、半導体スイッチをオフすることができ、サンプリング電流ISが第1リファレンス値より大きく、かつ第2リファレンス値以下であると、第2オフ駆動ユニットを選択し、半導体スイッチをオフし、サンプリング電流ISが第1リファレンス値以下であると、第3オフ駆動ユニットを選択し、半導体スイッチをオフする。以下、図15を参照しながら、より詳細に説明する。
本例示的な実施形態において、半導体スイッチ駆動方法を提供し、当該半導体スイッチ駆動方法は、図6から図15に示した互いに異なるオフパラメータを有する複数のオフ駆動ユニット及び1つのオン駆動ユニットを含む半導体スイッチ駆動回路に適用される。図16を参照し、当該半導体スイッチ駆動方法は、以下のステップを含む。
サンプリング電流と順次に高くなる第1リファレンス値ないし第M−1リファレンス値とを比較し、
サンプリング電流が第1リファレンス値以下であると、第1オフ駆動ユニットを選択し、半導体スイッチをオフするステップ、
サンプリング電流が第N(1≦N≦M−1)リファレンス値より大きく、かつ第N+1リファレンス値以下であると、第N+1オフ駆動ユニットを選択し、半導体スイッチをオフするステップ、
サンプリング電流が第M−1リファレンス値より大きいと、第Mオフ駆動ユニットを選択し、半導体スイッチをオフするステップの1つを実行するステップを含む。
1 入力側部分
2 半導体スイッチ部分
20 半導体スイッチ駆動回路
201 サンプリングユニット
202 判定選択ユニット
203 駆動ユニット
203a オン駆動ユニット
203b オフ駆動ユニット
203b1 第1オフ駆動ユニット
203b1 第2オフ駆動ユニット
3 出力側部分
S1 第1半導体スイッチ
S2 第2半導体スイッチ
S3 第3半導体スイッチ
S4 第4半導体スイッチ
Q1 第1スイッチング素子
Q3 第2スイッチング素子
Q5 第3スイッチング素子
Q7 第4スイッチング素子
U1 第1コンパレータ
U2 第2コンパレータ
U3 第1ANDゲート
U4 第2ANDゲート
U5 第1NOTゲート
U6 第2NOTゲート
U7 AD変換器
U8 デジタルコントローラ
Rd 駆動抵抗
Rd1 オン抵抗
Rd2 オフ抵抗
RS1 第1サンプリング抵抗
RS2 第2サンプリング抵抗
R1 第1抵抗
R2 第2抵抗
Roff1 第1オフ抵抗
Roff2 第2オフ抵抗
Ron オン抵抗
+Vcc ハイレベル端子
−Vee ローレベルの端子
−Vee1 第1ローレベルの端子
−Vee2 第2ローレベルの端子
−Vee3 第3ローレベルの端子
Ref リファレンス値
IS サンプリング電流
DO 初期制御信号
DS 駆動制御信号
Lf 出力インダクタンス
Lf1 第1インダクタンス
Lf2 第2インダクタンス
Ls1、Ls2、Ls3、Ls4 寄生インダクタンス
C1 第1コンデンサ
C2 第2コンデンサ
C3 結合コンデンサ
Cf1 第1出力コンデンサ
Cf2 第2出力コンデンサ
D1 第1ダイオード
D2 第2ダイオード
DS1 第1整流ダイオード
DS1 第2整流ダイオード
T1 第1SCR
T2 第2SCR
AC 交流電源
H ホール素子
S10−S16 ステップ
Claims (22)
- 互いに異なるオフパラメータを有する複数のオフ駆動ユニット及び1つのオン駆動ユニットを含む駆動ユニットと、
半導体スイッチの動作状態を反映するサンプリング電流をサンプリングするためのサンプリングユニットと、
1つの駆動制御信号、前記サンプリング電流及び1つ又は複数のリファレンス値を受信し、前記駆動制御信号が第1制御信号であると、前記サンプリング電流及び前記リファレンス値に基づいて、前記半導体スイッチの動作状態を判定し、オフパラメータが前記動作状態に合致するオフ駆動ユニットを1つ選択し、前記半導体スイッチをオフし、一方、前記駆動制御信号が第2制御信号であると、前記オン駆動ユニットを選択し、前記半導体スイッチをオンするための判定選択ユニットとを、含み、
前記オフパラメータは、前記サンプリング電流のラインサイクルの周波数で切り替わる、
ことを特徴とする半導体スイッチ駆動回路。 - 前記オフパラメータは、オフ速度であり、
前記判定選択ユニットは、前記サンプリング電流が大きいほどオフ速度が遅いオフ駆動ユニットを選択する
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体スイッチ駆動回路。 - 前記オフパラメータは、前記オフ駆動ユニットのオフ抵抗であり、
前記オフ駆動ユニットは、第1オフ駆動ユニット及び第2オフ駆動ユニットを含み、前記第1オフ駆動ユニットのオフ抵抗は、前記第2オフ駆動ユニットのオフ抵抗より大きく、
前記判定選択ユニットは、1つの前記リファレンス値を受信し、それを前記サンプリング電流と比較し、前記サンプリング電流が前記リファレンス値より大きいと、前記第1オフ駆動ユニットを選択し、前記半導体スイッチをオフし、前記サンプリング電流が前記リファレンス値以下であると、前記第2オフ駆動ユニットを選択し、前記半導体スイッチをオフする
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体スイッチ駆動回路。 - 前記第1オフ駆動ユニットは、
入力端がローレベルの端子に結合され、制御端が前記駆動制御信号を受信し、前記駆動制御信号が第1制御信号であるとオンされる第1スイッチング素子と、
第1端が前記第1スイッチング素子の出力端に結合され、第2端が前記半導体スイッチの制御端に結合される第1オフ抵抗と、を含む
ことを特徴とする請求項3に記載の半導体スイッチ駆動回路。 - 前記第2オフ駆動ユニットは、
入力端がローレベルの端子に結合され、制御端が前記駆動制御信号を受信し、前記駆動制御信号が第1制御信号であるとオンされる第1スイッチング素子と、
第1端が前記第1スイッチング素子の出力端に結合され、第2端が前記半導体スイッチの制御端に結合される第1オフ抵抗と、
入力端がローレベルの端子に結合され、制御端が前記判定選択ユニットの出力信号を受信し、当該出力信号に基づいてオン又はオフされるための第2スイッチング素子と、
第1端が前記第2スイッチング素子の出力端に結合され、第2端が前記半導体スイッチの制御端に結合される第2オフ抵抗と、を含む
ことを特徴とする請求項3に記載の半導体スイッチ駆動回路。 - 前記判定選択ユニットは、
前記サンプリング電流及び前記リファレンス値を受信して比較し、前記サンプリング電流と前記リファレンス値とに基づいて、比較信号を出力するためのコンパレータと、
前記駆動制御信号及び比較信号を受信し、前記駆動制御信号及び比較信号に対してAND演算した後に1つの信号を前記オフ駆動ユニットに出力するためのANDゲートと、を含む
ことを特徴とする請求項3に記載の半導体スイッチ駆動回路。 - 前記オフパラメータは、前記オフ駆動ユニットのオフ電流であり、
前記オフ駆動ユニットは、第1オフ駆動ユニット及び第2オフ駆動ユニットを含み、前記第1オフ駆動ユニットのオフ電流は、前記第2オフ駆動ユニットのオフ電流より小さく、
前記判定選択ユニットは、1つの前記リファレンス値を受信し、それを前記サンプリング電流と比較し、前記サンプリング電流が前記リファレンス値より大きいと、前記第1オフ駆動ユニットを選択し、前記半導体スイッチをオフし、前記サンプリング電流が前記リファレンス値以下であると、前記第2オフ駆動ユニットを選択し、前記半導体スイッチをオフする
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体スイッチ駆動回路。 - 前記第1オフ駆動ユニットは、
入力端がローレベルの端子に結合され、制御端が前記駆動制御信号を受信し、前記駆動制御信号が第1制御信号であるとオンされる第1スイッチング素子と、
第1端が前記第1スイッチング素子の出力端に結合され、第2端が前記半導体スイッチの制御端に結合されるオフ抵抗と、を含む
ことを特徴とする請求項7に記載の半導体スイッチ駆動回路。 - 前記第2オフ駆動ユニットは、
入力端がローレベルの端子に結合され、制御端が前記駆動制御信号を受信し、前記駆動制御信号が第1制御信号であるとオンされる第1スイッチング素子と、
第1端が前記第1スイッチング素子の出力端に結合され、第2端が前記半導体スイッチの制御端に結合されるオフ抵抗と、
第1端が前記判定選択ユニットの出力信号を受信するための結合コンデンサと、
第1端が前記結合コンデンサの第2端に結合され、第2端がグランド端に結合される第1抵抗と、
入力端のそれぞれが前記第1抵抗の第1端とグランド端に結合され、前記第1抵抗の第1端の電位とグランド端の電位との比較結果に基づいて、第1比較信号を出力するための第1コンパレータと、
第1端が前記ローレベルの端子に結合される第2抵抗と、
入力端が前記第2抵抗の第2端に結合され、出力端が前記半導体スイッチの制御端に結合され、制御端が前記第1比較信号を受信し、当該第1比較信号に基づいてオン又はオフされる第2スイッチング素子とを含む
ことを特徴とする請求項7に記載の半導体スイッチ駆動回路。 - 前記判定選択ユニットは、
前記サンプリング電流及び前記リファレンス値を受信して比較し、前記サンプリング電流と前記リファレンス値とに基づいて、第2比較信号を出力するための第2コンパレータと、
前記駆動制御信号及び第2比較信号を受信し、前記駆動制御信号及び第2比較信号に対してAND演算した後に1つの信号を前記オフ駆動ユニットに出力するためのANDゲートとを含む
ことを特徴とする請求項7に記載の半導体スイッチ駆動回路。 - 前記オフパラメータが前記オフ駆動ユニットのオフ電圧であり、
前記オフ駆動ユニットは、第1オフ駆動ユニット及び第2オフ駆動ユニットを含み、前記第1オフ駆動ユニットのオフ電圧は、前記第2オフ駆動ユニットのオフ電圧より低く、
前記判定選択ユニットは、前記リファレンス値を受信し、それを前記サンプリング電流と比較し、前記サンプリング電流が前記リファレンス値より大きいと、前記第1オフ駆動ユニットを選択し、前記半導体スイッチをオフし、前記サンプリング電流が前記リファレンス値以下であると、前記第2オフ駆動ユニットを選択し、前記半導体スイッチをオフする
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体スイッチ駆動回路。 - 前記第1オフ駆動ユニットは、
入力端が第1ローレベルの端子に結合され、制御端が前記判定選択ユニットから出力された第1信号を受信し、当該第1信号に基づいてオン又はオフされる第1スイッチング素子と、
第1端が前記第1スイッチング素子の出力端に結合され、第2端が前記半導体スイッチの制御端に結合されるオフ抵抗と、を含む
ことを特徴とする請求項11に記載の半導体スイッチ駆動回路。 - 前記第2オフ駆動ユニットは、
第2端が前記半導体スイッチの制御端に結合されるオフ抵抗と、
入力端が第2ローレベルの端子に結合され、出力端が前記オフ抵抗の第1端に結合され、制御端が前記判定選択ユニットから出力された第2信号を受信し、当該第2信号に基づいてオン又はオフされる第2スイッチング素子とを含む
ことを特徴とする請求項11に記載の半導体スイッチ駆動回路。 - 前記判定選択ユニットは、
前記サンプリング電流及び前記リファレンス値を受信して比較し、前記サンプリング電流と前記リファレンス値とに基づいて、比較信号を出力するためのコンパレータと、
前記比較信号を受信し、前記比較信号に対してNOT演算した後に、1つの信号を出力するための第1NOTゲートと、
前記駆動制御信号及び前記第1NOTゲートから出力された信号を受信し、前記駆動制御信号及び前記第1NOTゲートから出力された信号に対してAND演算した後に第1信号を前記オフ駆動ユニットに出力するための第1ANDゲートと、
前記駆動制御信号及び前記比較信号を受信し前記駆動制御信号及び前記比較信号に対してAND演算した後に第2信号を前記オフ駆動ユニットに出力するための第2ANDゲートと、を含む
ことを特徴とする請求項11に記載の半導体スイッチ駆動回路。 - 前記オフ駆動ユニットは、オフ電圧が順次に高くなる第1オフ駆動ユニット、第2オフ駆動ユニット及び第3オフ駆動ユニットを含み、
前記判定選択ユニットは、第1リファレンス値及び前記第1リファレンス値より大きい第2リファレンス値を受信し、当該第1リファレンス値及び第2リファレンス値のそれぞれを前記サンプリング電流と比較し、
前記サンプリング電流が前記第2リファレンス値より大きいと、前記第1オフ駆動ユニットを選択し、前記半導体スイッチをオフし、
前記サンプリング電流が前記第1リファレンス値より大きく、かつ前記第2リファレンス値以下であると、前記第2オフ駆動ユニットを選択し、前記半導体スイッチをオフし、
前記サンプリング電流が前記第1リファレンス値以下であると、前記第3オフ駆動ユニットを選択し、前記半導体スイッチをオフする
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体スイッチ駆動回路。 - 前記第1オフ駆動ユニットは、
入力端が第1ローレベルの端子に結合され、制御端が前記判定選択ユニットから出力された第1信号を受信し、当該第1信号に基づいてオン又はオフされる第1スイッチング素子と、
第1端が前記第1スイッチング素子の出力端に結合され、第2端が前記半導体スイッチの制御端に結合されるオフ抵抗と、を含む
ことを特徴とする請求項15に記載の半導体スイッチ駆動回路。 - 前記第2オフ駆動ユニットは、
第2端が前記半導体スイッチの制御端に結合されるオフ抵抗と、
入力端が第2ローレベルの端子に結合され、出力端が前記オフ抵抗の第1端に結合され、制御端が前記判定選択ユニットから出力された第2信号を受信し、当該第2信号に基づいてオン又はオフされる第2スイッチング素子と、を含む
ことを特徴とする請求項15に記載の半導体スイッチ駆動回路。 - 前記第3オフ駆動ユニットは、
第2端が前記半導体スイッチの制御端に結合されるオフ抵抗と、
入力端が第3ローレベルの端子に結合され、出力端が前記オフ抵抗の第1端に結合され、制御端が前記判定選択ユニットから出力された第3信号を受信し、当該第3信号に基づいてオン又はオフされる第3スイッチング素子と、を含む
ことを特徴とする請求項15に記載の半導体スイッチ駆動回路。 - 前記判定選択ユニットは、
入力端が前記サンプリング電流を受信し、前記サンプリング電流をAD変換した後にデジタル信号を出力するためのAD変換器と、
入力端のそれぞれが前記駆動制御信号と前記デジタル信号を受信し、前記駆動制御信号と前記デジタル信号を加えて演算処理を行った後に第1信号、第2信号及び第3信号を前記オフ駆動ユニットに出力するためのデジタルコントローラと、を含む
ことを特徴とする請求項15に記載の半導体スイッチ駆動回路。 - 前記オン駆動ユニットは、
入力端がハイレベル端子に結合され、制御端が前記駆動制御信号を受信し、前記駆動制御信号が第2制御信号であるとオンされる第4スイッチング素子と、
第1端が前記第4スイッチング素子の出力端に結合され、第2端が前記半導体スイッチの制御端に結合されるオン抵抗と、を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体スイッチ駆動回路。 - 互いに異なるオフパラメータを有する複数のオフ駆動ユニット及び1つのオン駆動ユニットを含む半導体スイッチ駆動回路に適用される半導体スイッチ駆動方法であって、
前記半導体スイッチの動作状態を反映するサンプリング電流をサンプリングするステップと、
1つの駆動制御信号及び1つ又は複数のリファレンス値を受信し、前記駆動制御信号が第1制御信号であると、前記サンプリング電流及びリファレンス値に基づいて、前記半導体スイッチの動作状態を判定し、オフパラメータが判定した動作状態に合致するオフ駆動ユニットを1つ選択し、1つの半導体スイッチをオフし、前記駆動制御信号が第2制御信号であると、前記オン駆動ユニットを選択し、前記半導体スイッチをオンするステップと、を含み、
前記オフパラメータは、前記サンプリング電流のラインサイクルの周波数で切り替わる、
ことを特徴とする半導体スイッチ駆動方法。 - 前記半導体スイッチ駆動回路は、オフ速度が順次に遅くなる第1オフ駆動ユニットないし第Mオフ駆動ユニットを含み、前記駆動方法は、さらに、
前記サンプリング電流を、第1リファレンス値ないし第M−1リファレンス値と順次に比較してから、
前記サンプリング電流が前記第1リファレンス値以下であると、第1オフ駆動ユニットを選択し、前記半導体スイッチをオフするステップ、
前記サンプリング電流が第N(1≦N≦M−1)リファレンス値より大きく、且つ第N+1リファレンス値以下であると、第N+1オフ駆動ユニットを選択し、前記半導体スイッチをオフするステップ、及び
前記サンプリング電流が前記第M−1リファレンス値より大きいと、前記第Mオフ駆動ユニットを選択し、前記半導体スイッチをオフするステップの中の1つを実行する
ことを特徴とする請求項21に記載の半導体スイッチ駆動方法。
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