JP6207669B2 - Synchronous rectifier circuit - Google Patents

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この発明は、同期整流回路において、センススイッチング素子を備えた電力用半導体素子のダイオードの順方向に電流が流れる場合に、ダイオードと並列に接続されたスイッチング素子をオンするための同期整流回路に関するものである。   The present invention relates to a synchronous rectifier circuit for turning on a switching element connected in parallel to a diode when a current flows in the forward direction of the diode of the power semiconductor element including the sense switching element in the synchronous rectifier circuit. It is.

従来の同期整流回路としては、例えば特許文献1に示されたものがある。同期整流方式はデッドタイムを挟んで上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子を、それぞれのオンオフタイミングの入力信号を用いて交互にオンさせる方式である。この同期整流方式において、順方向、及び、逆方向にスイッチング可能なスイッチング素子を用いる場合、逆方向に電流が流れる場合にもスイッチング素子をオンさせることで損失を極力低減することが可能になる。しかしながら、デッドタイムが短い場合には上下アームのスイッチング素子が同時にオンし、損失の増大や最悪の場合には素子が破壊する場合もある。また、デッドタイムが長すぎる場合はその期間の電圧降下が大きくなり、損失の増大を招く等の問題があり、デッドタイムを最適にすることが必要である。   As a conventional synchronous rectifier circuit, for example, there is one disclosed in Patent Document 1. The synchronous rectification method is a method in which the switching element of the upper arm and the switching element of the lower arm are alternately turned on by using input signals at respective on / off timings with a dead time interposed therebetween. In this synchronous rectification method, when a switching element capable of switching in the forward direction and in the reverse direction is used, it is possible to reduce loss as much as possible by turning on the switching element even when a current flows in the reverse direction. However, when the dead time is short, the switching elements of the upper and lower arms are simultaneously turned on, and the loss may increase or the element may be destroyed in the worst case. If the dead time is too long, the voltage drop during that period becomes large, causing a problem such as an increase in loss, and it is necessary to optimize the dead time.

特許文献1は、同期整流方式におけるデッドタイムの最適化に関するもので、スイッチング素子であるMOSFETに流れる電流を検出する第1の電流検出手段と、寄生ダイオードに流れる電流を検出する第2の電流検出手段を備え、第1の電流検出手段により検出される貫通電流と第2の電流検出手段により検出されるリカバリー電流がいずれも小さくなるようにデッドタイムを設定する方式が示されている。   Patent Document 1 relates to optimization of dead time in the synchronous rectification method, and includes first current detection means for detecting a current flowing in a MOSFET as a switching element and a second current detection for detecting a current flowing in a parasitic diode. There is shown a system in which a dead time is set so that both the through current detected by the first current detecting means and the recovery current detected by the second current detecting means are both reduced.

また、特許文献2には、ワイドバンドギャップ半導体である炭化珪素を用いた場合に、スイッチング素子に内在するボディダイオードを還流ダイオードとして用いた場合に劣化や破壊を招くという問題を解決する技術が記載されている。スイッチング素子であるSiC−FETに並列にショットキーバリアダイオードを接続した構成で、ショットキーバリアダイオードの電圧を検出してその電圧に応じてSiC−FETをオン、オフする方式や、電流・電流変化率を検出し、還流期間中にスイッチング素子をオン、オフする方式が記載されている。   Patent Document 2 describes a technique for solving the problem of causing deterioration or destruction when a body diode that is inherent in a switching element is used as a free-wheeling diode when silicon carbide, which is a wide band gap semiconductor, is used. Has been. A structure in which a Schottky barrier diode is connected in parallel to the switching element SiC-FET, and the voltage of the Schottky barrier diode is detected and the SiC-FET is turned on / off according to the voltage, and the current / current change A method is described in which the rate is detected and the switching element is turned on and off during the reflux period.

さらに、特許文献3には、同期整流回路において、センススイッチング素子を用いて、負荷から逆流する電流、すなわちスイッチング素子に流れる順方向の電流を検知して、出力端に接続されたコンデンサの電荷を放電させる技術が開示されている。その他、センススイッチング素子に関し、スイッチング素子の順方向の電流を検出するために用いられている従来技術が多く存在する(例えば特許文献4)。   Further, in Patent Document 3, in a synchronous rectifier circuit, a sense switching element is used to detect a current flowing backward from a load, that is, a forward current flowing through the switching element, and charge of a capacitor connected to the output terminal is detected. A technique for discharging is disclosed. In addition, regarding the sense switching element, there are many conventional techniques used for detecting the forward current of the switching element (for example, Patent Document 4).

特開2007−14059号公報JP 2007-14059 A 特開2008−17237号公報JP 2008-17237 A 特開2007−244156号公報JP 2007-244156 A 特開平7−146722号公報JP-A-7-146722

特許文献1ではMOSFETに流れる電流とMOSFETと並列に接続された寄生ダイオードに流れる電流を別々に検出し、デッドタイムの調整を行うが、スイッチング速度は電流、電圧、温度等に依存するため、それらが変動する場合にはデッドタイムの調整は困難となる。また、2つの電流検出手段が必要なことより、回路構成が複雑となり、回路の大型化等を招く可能性がある。また、特許文献2は還流モードにおいてボディダイオードが通電しないようにスイッチング素子をオン、オフする方式であり、必ずしもデッドタイムを短縮するものではない。また、電流や電流変化率の検出には半導体に流れる全電流を検出しており、装置の大型化を招く可能性がある。   In Patent Document 1, the current flowing through the MOSFET and the current flowing through the parasitic diode connected in parallel with the MOSFET are separately detected and the dead time is adjusted, but the switching speed depends on the current, voltage, temperature, etc. When fluctuates, it is difficult to adjust the dead time. Further, since the two current detection means are required, the circuit configuration is complicated, and there is a possibility that the circuit becomes large. Patent Document 2 is a method of turning on and off the switching element so that the body diode is not energized in the reflux mode, and does not necessarily shorten the dead time. In addition, the current and the rate of change of current are detected by detecting the total current flowing through the semiconductor, which may increase the size of the apparatus.

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、同期整流回路において、比較的簡単な回路構成で、安定してデッドタイムを極力短縮し、また、SiC等のワイドバンドギャップ半導体を用いる場合に、ボディダイオードの劣化や破壊を抑制する同期整流回路を得ることを目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described problems. In the synchronous rectifier circuit, the dead time is stably reduced as much as possible with a relatively simple circuit configuration, and a wide range of SiC or the like can be used. An object of the present invention is to obtain a synchronous rectifier circuit that suppresses deterioration and destruction of a body diode when a band gap semiconductor is used.

この発明は、並列にボディダイオードを有し、順方向と逆方向との双方向の電流をスイッチングできるスイッチング素子を備えた半導体素子と、スイッチング素子のオン−オフを制御するための制御回路とを備えた電力用スイッチング回路を、直流電源の出力に直列に接続し、この接続点を出力端子とし、直列接続された電力用スイッチング回路のスイッチング素子を交互にオン・オフすることにより前記出力端子から誘導性負荷に電流を流すように構成された同期整流回路において、半導体素子は、並列にメインボディダイオードを有するメインスイッチング素子から成るメインセルと、並列にセンスボディダイオードを有するセンススイッチング素子から成るセンスセルとを備えるとともに、センスセルを流れる全電流を検出する検出手段を備え、電力用スイッチング回路においてスイッチング素子の順方向に電流を流す期間は、当該電力用スイッチング回路の制御回路は、この制御回路へ入力される所定の入力信号に基づいて当該電力用スイッチング回路におけるスイッチング素子を制御し、電力用スイッチング回路においてスイッチング素子の逆方向に電流を流す期間は、当該電力用スイッチング回路の制御回路は、検出手段により検出される当該制御対象のスイッチング素子を有する半導体素子におけるセンスセルを流れる全電流を用い、当該電力用スイッチング回路の半導体素子の動作中のパラメータの値を検出し、この検出されたパラメータの値に基づいて作成された制御信号により当該電力用スイッチング回路のスイッチング素子を制御するようにしたものである。   The present invention includes a semiconductor element having a body diode in parallel and having a switching element capable of switching a bidirectional current in a forward direction and a reverse direction, and a control circuit for controlling on / off of the switching element. The power switching circuit provided is connected in series to the output of the DC power supply, and this connection point is used as an output terminal, and the switching elements of the power switching circuit connected in series are alternately turned on and off from the output terminal. In a synchronous rectifier circuit configured to flow current to an inductive load, a semiconductor element includes a main cell including a main switching element having a main body diode in parallel and a sense cell including a sense switching element having a sense body diode in parallel. And a detector for detecting the total current flowing through the sense cell In the power switching circuit, the control circuit of the power switching circuit has a period in which the current flows in the forward direction of the switching element based on a predetermined input signal input to the control circuit. During the period in which the switching element is controlled and the current flows in the reverse direction of the switching element in the power switching circuit, the control circuit of the power switching circuit is in the semiconductor element having the switching element to be controlled detected by the detecting means. The total current flowing through the sense cell is used to detect the value of the parameter during operation of the semiconductor element of the power switching circuit, and the switching of the power switching circuit is performed by the control signal created based on the detected parameter value. It is intended to control the element

この発明によれば、スイッチング素子の逆方向に電流を流す期間は、半導体素子の動作中のパラメータの値を検出して、その検出したパラメータの値に基づいてスイッチング素子を制御するため、電流値や電圧、温度等の影響を受けにくく、安定してデッドタイムの短縮が可能になる。   According to the present invention, during the period in which the current flows in the reverse direction of the switching element, the value of the parameter during operation of the semiconductor element is detected, and the switching element is controlled based on the detected parameter value. It is less affected by voltage, temperature, etc., and the dead time can be stably reduced.

この発明の実施の形態1による同期整流回路に用いる電力用スイッチング回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the switching circuit for electric power used for the synchronous rectifier circuit by Embodiment 1 of this invention. この発明による同期整流回路を適用する電力変換装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the power converter device to which the synchronous rectifier circuit by this invention is applied. この発明の実施の形態1による同期整流回路の動作を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining operation | movement of the synchronous rectification circuit by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2による同期整流回路に用いる電力用スイッチング回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the switching circuit for electric power used for the synchronous rectifier circuit by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3による同期整流回路に用いる電力用スイッチング回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the power switching circuit used for the synchronous rectifier circuit by Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態4による同期整流回路に用いる電力用スイッチング回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the power switching circuit used for the synchronous rectifier circuit by Embodiment 4 of this invention.

特許文献3、4に示すように、センススイッチング素子は、メインスイッチング素子に流れる電流、すなわち順方向に流れる電流を検出するために用いられることが多い。これに対し、本発明者らは、電力用スイッチング素子がMOSFETのように寄生ダイオードを有する素子である場合、センススイッチング素子を用いて、この寄生ダイオードの順方向電流を測定することができる点に着目した。この寄生ダイオードの順方向に流れる電流を、センススイッチング素子により検出し、制御信号として利用することにより、デッドタイムの短い同期整流回路が実現できることを見出した。以下、本発明を実施の形態に従って説明する。   As shown in Patent Documents 3 and 4, the sense switching element is often used to detect a current flowing through the main switching element, that is, a current flowing in the forward direction. In contrast, when the power switching element is an element having a parasitic diode such as a MOSFET, the present inventors can measure the forward current of the parasitic diode using a sense switching element. Pay attention. It has been found that a synchronous rectifier circuit with a short dead time can be realized by detecting the current flowing in the forward direction of the parasitic diode with a sense switching element and using it as a control signal. Hereinafter, the present invention will be described according to embodiments.

実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1による同期整流回路に用いる電力用スイッチング回路100を示す回路図である。ここでは、スイッチング素子としてMOSFETを用いた電力用スイッチング回路100を例として説明する。半導体素子10を構成するスイッチング素子は、メインスイッチング素子であるメインMOSFET1とセンススイッチング素子であるセンスMOSFET2とで構成されている。それぞれのMOSFETは、それぞれ並列にボディダイオードを備えている。ここで、メインMOSFET1とこれに並列なメインボディダイオード3とを合わせてメインセル20、センスMOSFET2とこれに並列なセンスボディダイオード4を合わせてセンスセル30と呼ぶ。なお、ボディダイオードはMOSFETに寄生されたものであるが、理解の容易さから並列と記載している。駆動回路はメインMOSFET1、センスMOSFET2のオン、オフ動作を行う制御回路5、センスMOSFET2とこれに並列なセンスボディダイオード4をあわせた電流、すなわち、センスセル30に流れる全電流、およびその電流変化率を検出するためのセンス抵抗6、電流検出回路7、電流変化率検出回路8より構成される。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a power switching circuit 100 used in a synchronous rectifier circuit according to Embodiment 1 of the present invention. Here, a power switching circuit 100 using a MOSFET as a switching element will be described as an example. The switching element constituting the semiconductor element 10 is composed of a main MOSFET 1 that is a main switching element and a sense MOSFET 2 that is a sense switching element. Each MOSFET includes a body diode in parallel. Here, the main MOSFET 1 and the main body diode 3 parallel to the main MOSFET 1 are collectively called a main cell 20, and the sense MOSFET 2 and the sense body diode 4 parallel to the main MOSFET 20 are collectively called a sense cell 30. Although the body diode is parasitic on the MOSFET, it is described as parallel for ease of understanding. The drive circuit is configured to control the main MOSFET 1, the control circuit 5 that performs the on / off operation of the sense MOSFET 2, the current including the sense MOSFET 2 and the sense body diode 4 in parallel therewith, that is, the total current flowing through the sense cell 30 and the current change rate. It comprises a sense resistor 6 for detection, a current detection circuit 7, and a current change rate detection circuit 8.

メインセル20はセンスセル30に比べて多数のセルより構成されており、その比は例えば数千〜数万対1である。そのため、半導体素子10を流れる電流はその比に応じてメインセル20とセンスセル30に分流して流れる。センスセル30に直列に接続されたセンス抵抗6の電圧および電圧変化率より、センスセル30に流れる電流および電流変化率を検出し、セル比に応じた分流比から、メインセル20に流れる電流および電流変化率を検出することができる。また、メインMOSFET1、センスMOSFET2はそれぞれメインボディダイオード3、センスボディダイオード4を備えているため、メインMOSFET1、センスMOSFET2がオフ状態でも、センスセル30の電流を検出することによりボディダイオードの電流、電流変化率も検出することができる。   The main cell 20 includes a larger number of cells than the sense cell 30, and the ratio is, for example, several thousand to several tens of thousands to one. Therefore, the current flowing through the semiconductor element 10 flows in a divided manner to the main cell 20 and the sense cell 30 according to the ratio. The current and current change rate flowing in the sense cell 30 are detected from the voltage of the sense resistor 6 connected in series to the sense cell 30 and the voltage change rate, and the current and current change flowing in the main cell 20 from the shunt ratio according to the cell ratio. The rate can be detected. Further, since the main MOSFET 1 and the sense MOSFET 2 include the main body diode 3 and the sense body diode 4, respectively, even when the main MOSFET 1 and the sense MOSFET 2 are in the off state, the current of the body diode and the current change are detected by detecting the current of the sense cell 30. The rate can also be detected.

図2に、本発明の同期整流回路を用いた電力変換装置の例を示す。図2は、図1に示す電力用スイッチング回路100を6個、すなわち電力用スイッチング回路100a、100b、100c、100d、100e、100fを用いて、三相インバータを構成し、直流電源9からの直流を交流に変換し、誘導性負荷14に電流を供給する同期整流回路による電力変換装置の例である。図2に示したような直列に電力用スイッチング回路を配置(例えば電力用スイッチング回路100a、100b)し、その接続点に誘導性負荷を接続する配置では、あるスイッチング素子の順方向に電流が流れている状態から、スイッチング素子をオフし、再度、オンすると、オフからオンするまでの期間、直列接続の逆側の電力用スイッチング回路にはスイッチング素子の順方向とは逆方向(ダイオードの順方向)に電流が流れる。このダイオードの順方向に電流が流れている期間中にダイオードと並列に接続されたスイッチング素子をオンすることが、重要となる。なお、図2の三相インバータは、本発明を適用する電力変換装置の一例として示したものであり、本発明は、コンバータやチョッパ等、インバータ以外の同期整流回路に適用することもできる。   FIG. 2 shows an example of a power converter using the synchronous rectifier circuit of the present invention. FIG. 2 shows a configuration of a three-phase inverter using six power switching circuits 100 shown in FIG. 1, that is, power switching circuits 100a, 100b, 100c, 100d, 100e, and 100f. Is an example of a power conversion device using a synchronous rectifier circuit that converts a current into an alternating current and supplies a current to the inductive load 14. In the arrangement in which the power switching circuits are arranged in series as shown in FIG. 2 (for example, the power switching circuits 100a and 100b) and an inductive load is connected to the connection point, current flows in the forward direction of a certain switching element. When the switching element is turned off and then turned on again, the power switching circuit on the opposite side of the series connection has a reverse direction to the forward direction of the switching element (the forward direction of the diode). ) Current. It is important to turn on the switching element connected in parallel with the diode during a period in which current flows in the forward direction of the diode. Note that the three-phase inverter of FIG. 2 is shown as an example of a power converter to which the present invention is applied, and the present invention can also be applied to a synchronous rectifier circuit other than an inverter, such as a converter or a chopper.

本実施の形態1による同期整流回路の動作について、図3に示す簡略化した電圧、電流波形、および制御回路への入力信号を交えながら説明する。ここでは、図2において直列に2個接続されている電力用スイッチング回路100aと電力用スイッチング回路100bとの組の動作を例に説明する。なお、図2において直列に2個接続されている電力用スイッチング回路100cと電力用スイッチング回路100dとの組の動作、および直列に2個接続されている電力用スイッチング回路100eと電力用スイッチング回路100fとの組の動作も、電力用スイッチング回路100aと電力用スイッチング回路100bとの組の動作と位相が異なるだけで全く同じ動作を行う。図3は図2に示す三相インバータにおいて、上アームの電力用スイッチング回路100aにおいてスイッチング素子の順方向に電流が流れている状態から、スイッチング素子をオフし、その後、再度オンする場合を示している。電流はスイッチング素子の順方向に流れる場合を正、電流変化率dI/dtはスイッチング素子の順方向電流が増加する場合を正として記載している。   The operation of the synchronous rectifier circuit according to the first embodiment will be described with reference to the simplified voltage, current waveform, and input signal to the control circuit shown in FIG. Here, the operation of a pair of the power switching circuit 100a and the power switching circuit 100b connected in series in FIG. 2 will be described as an example. In FIG. 2, two sets of the power switching circuit 100c and the power switching circuit 100d connected in series, and the two power switching circuits 100e and 100f connected in series are connected. Also, the operation of the pair of the power switching circuit 100a and the power switching circuit 100b is exactly the same as the pair of the power switching circuit 100a and the power switching circuit 100b except for the phase. FIG. 3 shows a case where, in the three-phase inverter shown in FIG. 2, the switching element is turned off and then turned on again from the state in which the current flows in the forward direction of the switching element in the upper arm power switching circuit 100a. Yes. The case where the current flows in the forward direction of the switching element is positive, and the current change rate dI / dt is described as positive when the forward current of the switching element increases.

以下、電力用スイッチング回路100aにおける、図1の各部分に相当する部分は図1の符号にaを付加して説明する。同様に、電力用スイッチング回路100bにおける各部分には符号にbを付加して説明する。まず電力用スイッチング回路100aの制御回路5aの入力端子50aへの入力信号がオフとなった時刻t1からスイッチング素子のオフ動作が開始される。この状態を詳しく見ると、入力信号がオンからオフに切り替わって、若干の遅れを持って時刻t2から電力用スイッチング回路100aの電流Id1は減少し始め、下アームの電力用スイッチング回路100bに負の電流Id2(ダイオードの順方向の電流)が流れ始める。電力用スイッチング回路100bの動作を、図1に示す回路から説明すると、ダイオードの順方向に流れる電流はメインボディダイオード3bとセンスボディダイオード4bに流れ始める。電流が流れ始めると、電流値に応じた電圧がセンス抵抗6bに発生する。センス抵抗6bの電圧は電流変化率dId2/dtに応じて変動するため、電流変化率検出回路8bはセンス抵抗6bの電圧変化から、電流変化率が所定の値以下(絶対値では所定の値以上)であることを検出し、制御回路5bに検出信号を出力する。その信号により、制御回路5bはメインMOSFET1b、センスMOSFET2bをオンする。これにより、電流はメインMOSFET1b、メインボディダイオード3bに分流して流れるため、オン電圧は低下する。なお、特性によってはボディダイオードに流れず、MOSFETにのみ流れる場合もある。   Hereinafter, portions corresponding to the respective portions in FIG. 1 in the power switching circuit 100a will be described by adding “a” to the reference numerals in FIG. Similarly, each part in the power switching circuit 100b will be described by adding b to the reference numeral. First, the switching element is turned off from time t1 when the input signal to the input terminal 50a of the control circuit 5a of the power switching circuit 100a is turned off. Looking at this state in detail, the input signal is switched from on to off, and the current Id1 of the power switching circuit 100a starts to decrease from time t2 with a slight delay, and is negative in the power switching circuit 100b of the lower arm. The current Id2 (current in the forward direction of the diode) starts to flow. The operation of the power switching circuit 100b will be described from the circuit shown in FIG. 1. Current flowing in the forward direction of the diode starts to flow through the main body diode 3b and the sense body diode 4b. When the current starts to flow, a voltage corresponding to the current value is generated in the sense resistor 6b. Since the voltage of the sense resistor 6b fluctuates according to the current change rate dId2 / dt, the current change rate detection circuit 8b detects that the current change rate is less than or equal to a predetermined value (absolute value is greater than or equal to a predetermined value) from the voltage change of the sense resistor 6b. ) And a detection signal is output to the control circuit 5b. In response to the signal, the control circuit 5b turns on the main MOSFET 1b and the sense MOSFET 2b. As a result, the current is shunted and flows to the main MOSFET 1b and the main body diode 3b, and the on-voltage is reduced. Depending on the characteristics, the current may not flow through the body diode but only through the MOSFET.

ダイオードの順方向に電流が流れている期間中は、電流検出回路7bがセンス抵抗6bの電圧より、電流の通電を検出し、制御回路5bに検出信号を出力することでオン状態を保つ。その後、上アームの電力用スイッチング回路100aのメインMOSFET1a、センスMOSFET2aが、制御回路5aの入力信号がオンになる時刻t5より若干遅れた時刻t6以降にオンすると、下アームの電力用スイッチング回路100bの電流は増加(絶対値は低下)し始める。電流変化率検出回路8bは、センス抵抗6bの電圧変化より、電流変化率が所定の値以上であることを検出し、制御回路5bに検出信号を出力し、制御回路5bは、メインMOSFET1b、センスMOSFET2bをオフする。   During the period in which the current flows in the forward direction of the diode, the current detection circuit 7b detects the energization of the current from the voltage of the sense resistor 6b, and outputs a detection signal to the control circuit 5b, thereby maintaining the on state. Thereafter, when the main MOSFET 1a and the sense MOSFET 2a of the upper arm power switching circuit 100a are turned on after time t6, which is slightly delayed from time t5 when the input signal of the control circuit 5a is turned on, the lower arm power switching circuit 100b The current starts to increase (absolute value decreases). The current change rate detection circuit 8b detects from the voltage change of the sense resistor 6b that the current change rate is equal to or higher than a predetermined value, and outputs a detection signal to the control circuit 5b. The control circuit 5b The MOSFET 2b is turned off.

従来の同期整流回路での下アームの電力用スイッチング回路100bのスイッチング素子の制御は、制御回路5bへの予め定めた入力信号に基づいて行っていた。この入力信号を図3では100bの入力信号として破線で示している。この入力信号は、上下アームのスイッチング素子が同時にオンしないように、電流値や素子の温度変化などによって素子のスイッチング特性に変化があってもデッドタイムが確保できるよう、十分なデッドタイムを設けたタイミングで制御するように予め定めた入力信号となっている。例えば、上アームの入力信号がオンからオフに変化する時刻t1から下アームの入力信号がオフからオンに変化する時刻t3までが、入力信号としてのデッドタイムである。このように、所定の入力信号によりスイッチング素子を制御する場合、十分なデッドタイムを確保する必要がある。   The control of the switching element of the lower arm power switching circuit 100b in the conventional synchronous rectifier circuit is performed based on a predetermined input signal to the control circuit 5b. In FIG. 3, this input signal is indicated by a broken line as an input signal 100b. This input signal has a sufficient dead time so that the switching time of the upper and lower arms does not turn on at the same time, so that the dead time can be secured even if the switching characteristics of the element change due to the current value or the temperature change of the element. The input signal is predetermined so as to be controlled at the timing. For example, the dead time as the input signal is from time t1 when the input signal of the upper arm changes from on to off to time t3 when the input signal of the lower arm changes from off to on. Thus, when controlling a switching element with a predetermined input signal, it is necessary to ensure a sufficient dead time.

これに対し、本実施の形態1による同期整流回路では、電流の変化率を検出し、スイッチング素子をオン、オフするため、電流値や素子の温度変化などにより特性変化があっても、その時々の特性に応じたオン、オフができることにより、予め定めた入力信号によりオン、オフする場合に比較して、上下アームのスイッチング素子ともにオフするデッドタイムを短縮することができる。なお、ここでは上アームの電力用スイッチング回路100aに順方向電流が流れている状態から電力用スイッチング回路100aをオフ、オンさせる場合を例に説明したが、逆に下アームの電力用スイッチング回路100bに順方向電流が流れている状態から電力用スイッチング回路100bをオフ、オンする場合も、上アームの電力用スイッチング回路100aが、上記で説明した電力用スイッチング回路100bと同様な動作を行う。   On the other hand, in the synchronous rectifier circuit according to the first embodiment, since the current change rate is detected and the switching element is turned on / off, even if there is a characteristic change due to a current value, a temperature change of the element, or the like, By being able to turn on and off according to the characteristics, it is possible to shorten the dead time during which both the switching elements of the upper and lower arms are turned off, compared to the case where the switching is turned on and off by a predetermined input signal. Here, the case where the power switching circuit 100a is turned off and on from the state where the forward current flows in the power switching circuit 100a of the upper arm has been described as an example, but conversely the power switching circuit 100b of the lower arm. Even when the power switching circuit 100b is turned off and on from the state where the forward current is flowing in the upper arm, the upper arm power switching circuit 100a performs the same operation as the power switching circuit 100b described above.

電流検出回路7はセンス抵抗6の電圧により、電流が流れているか否かを検出するものであり、例えば基準電圧とセンス抵抗の電圧を比較するコンパレータ等で構成することができる。基準電圧としては0V以下(絶対値としては0V以上)でよいが、ノイズによる誤動作等を考慮して設定される。また、電流変化率検出回路8はセンス抵抗6の電圧変動により、正、負の電流変化率が基準値以上か以下かを検出するもので、例えば、センス電圧を微分するためのオペアンプを用いた微分回路の出力と正、負の基準電圧とそれらを比較するコンパレータ等より構成することができる。基準電圧はスイッチングをともなわない場合の電流変化では検出せず、スイッチング時の電流変化にて検出するように設定される。また、ノイズに対する誤動作防止のため、フィルタ等を設けても良い。また、ダイオードのリカバリー動作による電流変化が大きい場合には正の電流変化直後の負の電流変化は無視するようなフィルタを設けても良い。   The current detection circuit 7 detects whether or not a current is flowing based on the voltage of the sense resistor 6, and can be constituted by, for example, a comparator that compares the reference voltage with the voltage of the sense resistor. The reference voltage may be 0 V or less (the absolute value is 0 V or more), but is set in consideration of malfunction caused by noise. The current change rate detection circuit 8 detects whether the positive and negative current change rates are greater than or less than a reference value based on voltage fluctuations of the sense resistor 6. For example, an operational amplifier for differentiating the sense voltage is used. An output of the differentiation circuit, positive and negative reference voltages, and a comparator for comparing them can be used. The reference voltage is set so as not to be detected by a current change when switching is not performed, but to be detected by a current change at the time of switching. Further, a filter or the like may be provided to prevent malfunction due to noise. Further, when the current change due to the recovery operation of the diode is large, a filter that ignores the negative current change immediately after the positive current change may be provided.

また、図3のdId1/dtに示すようにスイッチング素子の順方向に電流が流れている場合からのオフ、順方向に電流を流す場合のオンにおいても電流変化が生じる。制御回路5がこの電流変化では動作しないように、入力信号からオフ信号が入力された場合にその直後はオンしない、入力信号からオン信号が入力された場合その直後はオフしない等のフィルタ回路を設けても良い。また、電流検出回路7の出力とあわせ、電流検出回路7がダイオードの順方向の電流、すなわちスイッチング素子の逆方向の電流を検出している場合のみ、オン、オフ動作を行うようにしても良い。また、ダイオードの順方向への流れ始めを検出するために、電流変化率検出回路8を用いているが、電流検出回路7を用いて、電流検出回路7が電流通電を検出した場合にスイッチング素子をオンしても良い。要するに、電力用スイッチング回路100のスイッチング素子に逆方向の電流を流すための制御信号は、当該制御対象のスイッチング素子を有する半導体素子10のセンスセル30に流れる、スイッチング素子についての逆方向の電流を検出し、この検出された電流値や、この検出された電流から求められる電流変化率に基づいて作成する。なお、ここではセンスボディダイオードを流れる電流を電圧に変換するためにセンス抵抗を用いているが、センスボディダイオードに流れる電流、電流変化率を検出できればよく、必ずしもセンス抵抗を用いた回路である必要はない。   Also, as indicated by dId1 / dt in FIG. 3, a current change occurs even when the switching element is turned off when a current flows in the forward direction and when the current flows in a forward direction. In order to prevent the control circuit 5 from operating with this current change, filter circuits such as not turning on immediately after an off signal is input from an input signal, and not turning off immediately after an on signal is input from an input signal are provided. It may be provided. In addition to the output of the current detection circuit 7, the on / off operation may be performed only when the current detection circuit 7 detects the forward current of the diode, that is, the reverse current of the switching element. . Further, the current change rate detection circuit 8 is used to detect the start of the forward flow of the diode. However, when the current detection circuit 7 detects the current flow using the current detection circuit 7, the switching element is detected. You may turn on. In short, a control signal for causing a current in the reverse direction to flow through the switching element of the power switching circuit 100 detects a current in the reverse direction of the switching element that flows through the sense cell 30 of the semiconductor element 10 having the switching element to be controlled. Then, it is created based on the detected current value and the current change rate obtained from the detected current. Here, the sense resistor is used to convert the current flowing through the sense body diode into a voltage. However, it is sufficient that the current flowing through the sense body diode and the current change rate can be detected, and the circuit must always use the sense resistor. There is no.

本発明ではダイオードの順方向に流れる電流、電流の変化率によってスイッチング素子をオンするため、同期整流を行う場合にスイッチング素子をオンする予め定めた入力信号が遅れて入力される場合でも、その前にスイッチング素子をオンするため、デッドタイムを短縮することができる。オフ動作においてもスイッチング素子をオフする入力信号が先に入力されてもダイオード順方向電圧が変化するまでオン状態を保つため、デッドタイムを短縮することができる。同期整流を考慮しない入力信号が入る場合でも、スイッチング素子はオンするため、損失低減等の効果がある。また、電流、電流の変化率によってスイッチング素子をオン、オフするため、電流値や電圧、温度等の影響を受けにくく、安定してデッドタイムの短縮が可能になる。   In the present invention, since the switching element is turned on by the current flowing in the forward direction of the diode and the rate of change of the current, even when a predetermined input signal for turning on the switching element is input with a delay when performing synchronous rectification, Since the switching element is turned on, the dead time can be shortened. Even in the off operation, even if an input signal for turning off the switching element is input first, the on state is maintained until the diode forward voltage changes, so that the dead time can be shortened. Even when an input signal that does not consider synchronous rectification is input, since the switching element is turned on, there is an effect such as loss reduction. In addition, since the switching element is turned on / off depending on the current and the rate of change of the current, it is hardly affected by the current value, voltage, temperature, etc., and the dead time can be stably reduced.

以上では、ダイオードの順方向に流れる電流、電流の変化率によってスイッチング素子をオン、オフする方式を示したが、オンまたはオフの一方は予め定めた入力信号に従って制御し、他方のみに上記の制御を適用する場合であってもデッドタイム短縮の効果はある。この方式は、本実施の形態1だけではなく、他の実施の形態にも適用できる。   In the above, the current that flows in the forward direction of the diode and the method of turning on and off the switching element according to the rate of change of the current have been shown, but one of on or off is controlled according to a predetermined input signal, and only the above control Even if the method is applied, there is an effect of reducing the dead time. This method can be applied not only to the first embodiment but also to other embodiments.

実施の形態2.
図4に本発明の実施の形態2による同期整流回路に用いる電力用スイッチング回路の回路図を示す。特許文献1では貫通電流とリカバリー電流がいずれも小さくなるようにデッドタイムを調整していくが、本発明では電流や電流変化率に基づいて、オン、オフ動作を行うため、スイッチング素子のスイッチング速度が速い場合にはボディダイオードに電流が流れている側のスイッチング素子のオン、オフが遅れる可能性がある。本実施の形態2はそのような場合に対応するもので、実施の形態1とは、制御回路5がスイッチング速度調節回路11を備えている点が異なっている。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 shows a circuit diagram of a power switching circuit used in the synchronous rectifier circuit according to the second embodiment of the present invention. In Patent Document 1, the dead time is adjusted so that both the through current and the recovery current become small. However, in the present invention, since the on / off operation is performed based on the current and the current change rate, the switching speed of the switching element is set. Is fast, there is a possibility that the on / off of the switching element on the side where the current flows through the body diode is delayed. The second embodiment corresponds to such a case, and is different from the first embodiment in that the control circuit 5 includes a switching speed adjustment circuit 11.

スイッチング速度調節回路11はスイッチング素子の逆方向に電流が流れる場合にスイッチング素子をオン、オフする場合と、予め定めた入力信号に基づいてスイッチング素子をオン、オフする場合とで、スイッチング速度を切り換えるものである。すなわち、スイッチング速度調節回路11は、電流検出回路7、電流変化率検出回路8の出力に基づいてオン、オフのスイッチングを行う場合には、入力端子50に入力される入力信号に基づいてオン、オフする場合に比べ、速い速度でスイッチングを行うよう調節するものである。回路としては例えば、入力端子50からの入力信号に基づいてスイッチングを行うためのゲート抵抗と、電流検出回路7、電流変化率検出回路8の出力に基づいてスイッチングを行うためのゲート抵抗と、ゲート抵抗切り換えスイッチ等により構成される。オン用のゲート抵抗とオフ用のゲート抵抗は同一でも、別々のものを用いても良い。ゲート抵抗を切り換えスイッチで切り換えることにより、スイッチング速度は調節され、遅れることなく、スイッチングすることが可能となる。   The switching speed adjustment circuit 11 switches the switching speed between when the switching element is turned on / off when a current flows in the reverse direction of the switching element and when the switching element is turned on / off based on a predetermined input signal. Is. That is, the switching speed adjustment circuit 11 is turned on based on the input signal input to the input terminal 50 when switching on and off based on the outputs of the current detection circuit 7 and the current change rate detection circuit 8. Compared to the case of turning off, the switching is performed at a higher speed. As a circuit, for example, a gate resistor for performing switching based on an input signal from the input terminal 50, a gate resistor for performing switching based on the outputs of the current detection circuit 7 and the current change rate detection circuit 8, and a gate It consists of a resistance changeover switch. The gate resistance for turning on and the gate resistance for turning off may be the same or different. By switching the gate resistance with the changeover switch, the switching speed is adjusted, and switching can be performed without delay.

実施の形態3.
図5に本発明の実施の形態3による同期整流回路に用いる電力用スイッチング回路の回路図を示す。半導体素子10にSiC等のワイドバンドギャップ半導体を用いる場合、ボディダイオードに通電すると劣化や破壊を引き起こす可能性がある。本実施の形態3はそのような場合にも対応するもので、実施の形態2、すなわち図4の回路に還流ダイオード12を追加したものである。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 shows a circuit diagram of a power switching circuit used in the synchronous rectifier circuit according to the third embodiment of the present invention. In the case where a wide band gap semiconductor such as SiC is used for the semiconductor element 10, there is a possibility that deterioration or destruction will occur if the body diode is energized. The third embodiment corresponds to such a case, and is obtained by adding a freewheeling diode 12 to the second embodiment, that is, the circuit of FIG.

実施の形態1、2では、ダイオードの順方向に電流が流れる場合にスイッチング素子をオンする半導体素子、及びその駆動回路について記載しているが、スイッチング素子、ボディダイオードの特性によってはスイッチング素子をオンしてもボディダイオードには電流が流れる。本発明では還流ダイオード12が半導体素子10と並列に接続されているため、電流は還流ダイオード12にも並列に流れ、ボディダイオードに流れる電流をさらに低減し、ボディダイオードの劣化や破壊を抑制することが可能である。また、文献2にはSiC−FET、ショットキーバリアダイオード、ボディダイオードの電流−電圧特性例が記載されているが、スイッチング素子をオンした状態ではボディダイオードに通電しないように、スイッチング素子、還流ダイオード、ショットキーバリアダイオードの特性を設定しても良い。その場合にはさらにボディダイオードの劣化や破壊を抑制する効果が高くなる。   In the first and second embodiments, the semiconductor element that turns on the switching element when a current flows in the forward direction of the diode and the drive circuit thereof are described. However, depending on the characteristics of the switching element and the body diode, the switching element is turned on. Even so, current flows through the body diode. In the present invention, since the freewheeling diode 12 is connected in parallel with the semiconductor element 10, the current also flows in parallel with the freewheeling diode 12, further reducing the current flowing through the body diode and suppressing deterioration and destruction of the body diode. Is possible. Reference 2 describes examples of current-voltage characteristics of SiC-FETs, Schottky barrier diodes, and body diodes. Switching elements, free-wheeling diodes are used so that the body diodes are not energized when the switching elements are turned on. The characteristics of the Schottky barrier diode may be set. In that case, the effect of suppressing deterioration and destruction of the body diode is further enhanced.

実施の形態4.
図6に本発明の実施の形態4による同期整流回路に用いる電力用スイッチング回路の回路図を示す。実施の形態3では還流ダイオード12を備えているが、還流ダイオード12の特性と、ボディダイオードの特性によっては、ダイオードの順方向電流が流れ始める場合に、還流ダイオード12のみに流れ、ボディダイオードに流れない場合も考えられる。本実施の形態4はそのような場合にも対応するもので、実施の形態3の電流検出回路7に換えて、電圧検出回路13を備えている。電圧検出回路13は、メインスイッチング素子1、メインボディダイオード3、還流ダイオード12の並列体の電圧がある値以下になった場合に検出信号を出力するものである。還流ダイオード12を追加した場合でも、図2と同様に、上アームの電力用スイッチング回路100aをスイッチングすると、下アームの電力用スイッチング回路100bの電圧Vds2は低下し、ダイオードの順方向に電流が流れ始める。電圧が低下し、所定の値以下になると、電圧検出回路13は制御回路5に検出信号を出力し、制御回路5がメインMOSFET1、センスMOSFET2をオンする。電圧検出回路13は電圧が所定の値以下の期間は検出信号を出力し、メインMOSFET1、センスMOSFET2のオン状態が保たれる。なお、別途、電流検出回路も設け、オン状態を保つには電流検出回路の出力を用いても良い。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 6 shows a circuit diagram of a power switching circuit used in the synchronous rectifier circuit according to the fourth embodiment of the present invention. Although the freewheeling diode 12 is provided in the third embodiment, depending on the characteristics of the freewheeling diode 12 and the characteristics of the body diode, when the forward current of the diode starts to flow, it flows only to the freewheeling diode 12 and flows to the body diode. There may be no case. The fourth embodiment corresponds to such a case, and includes a voltage detection circuit 13 instead of the current detection circuit 7 of the third embodiment. The voltage detection circuit 13 outputs a detection signal when the voltage of the parallel body of the main switching element 1, the main body diode 3, and the freewheeling diode 12 falls below a certain value. Even when the freewheeling diode 12 is added, as in FIG. 2, when the upper arm power switching circuit 100a is switched, the voltage Vds2 of the lower arm power switching circuit 100b decreases and current flows in the forward direction of the diode. start. When the voltage decreases and falls below a predetermined value, the voltage detection circuit 13 outputs a detection signal to the control circuit 5, and the control circuit 5 turns on the main MOSFET 1 and the sense MOSFET 2. The voltage detection circuit 13 outputs a detection signal while the voltage is equal to or lower than a predetermined value, and the main MOSFET 1 and the sense MOSFET 2 are kept on. In addition, a current detection circuit may be provided separately, and the output of the current detection circuit may be used to keep the on state.

また、電流が増加(絶対値としては低下)し始めると、電流変化率検出回路8が、電流変化率が所定の値以上であることを検出し、制御回路5に検出信号を出力し、制御回路5は、メインMOSFET1、センスMOSFET2をオフする。実施の形態1では、電流検出回路の出力とあわせ(例えばAND回路)、電流検出回路がスイッチング素子の逆方向(ダイオードの順方向)の通電を検出している場合のみ、オフ動作を行うよう例を示したが、電圧検出回路13の出力とあわせ、電圧検出回路13が電圧低下を検出している場合のみ、オフ動作を行うようしても良い。   When the current starts to increase (decreases as an absolute value), the current change rate detection circuit 8 detects that the current change rate is equal to or higher than a predetermined value, and outputs a detection signal to the control circuit 5 to control the current. The circuit 5 turns off the main MOSFET 1 and the sense MOSFET 2. In the first embodiment, an example in which the off operation is performed only when the current detection circuit detects energization in the reverse direction of the switching element (forward direction of the diode) together with the output of the current detection circuit (for example, AND circuit). However, together with the output of the voltage detection circuit 13, the OFF operation may be performed only when the voltage detection circuit 13 detects a voltage drop.

電圧検出回路13は、例えば、分圧回路と、基準電圧と、分圧回路の出力と基準電圧を比較するコンパレータ等より構成される。基準電圧は0V以下が望ましいが、ノイズや運転条件等を考慮して設定される。このような回路構成とすることにより、ダイオードの順方向電流が流れ始める場合に、還流ダイオード12のみに流れ、ボディダイオードに流れない場合においても、還流ダイオード12の通電を検出し、スイッチング素子をオンすることが可能となる。   The voltage detection circuit 13 includes, for example, a voltage dividing circuit, a reference voltage, and a comparator that compares the output of the voltage dividing circuit with the reference voltage. The reference voltage is preferably 0 V or less, but is set in consideration of noise, operating conditions, and the like. By adopting such a circuit configuration, even when the forward current of the diode starts to flow, even when it flows only to the freewheeling diode 12 and does not flow to the body diode, the energization of the freewheeling diode 12 is detected and the switching element is turned on. It becomes possible to do.

なお、本方式の、制御対象のスイッチング素子を有する半導体素子に発生する電圧を検出する電圧検出回路13を付加した構成は、還流ダイオードの有無や、ボディダイオードに電流が流れる、流れないにかかわらず、適用可能である。   In addition, the configuration of the present system to which the voltage detection circuit 13 for detecting the voltage generated in the semiconductor element having the switching element to be controlled is added regardless of the presence or absence of the freewheeling diode or the current flowing through the body diode. Applicable.

以上の実施の形態1〜4において、スイッチング素子としてはMOSFETを用いた例を示したが、スイッチング素子は双方向にスイッチング可能な素子であれば良く、必ずしもMOSFETである必要はない。また、スイッチング素子は珪素によって形成されたものの他、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成しても良い。ワイドバンドギャップ半導体の材料としては、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドがある。ワイドバンドギャップ半導体を用いた場合、許容電流密度が高く、電力損失も低いため、電力用半導体素子を用いた装置の小型化が可能となる。また、スイッチング素子にワイドバンドギャップ半導体を用いた場合、MOSFET等、双方向にスイッチング可能な素子の耐電圧が上がり、高電圧領域まで適用が可能となる。また、ワイドバンドギャップ半導体を用いた場合で、ボディダイオードに通電した場合に劣化や破壊を引き起こす可能性がある場合には、その抑制が可能となり、特に本発明の効果は大きい。   In the first to fourth embodiments described above, an example in which a MOSFET is used as the switching element has been described. However, the switching element may be any element that can switch bidirectionally, and is not necessarily a MOSFET. The switching element may be formed of a wide band gap semiconductor having a band gap larger than that of silicon, in addition to the switching element formed of silicon. Examples of the material of the wide band gap semiconductor include silicon carbide, a gallium nitride material, and diamond. When a wide bandgap semiconductor is used, the allowable current density is high and the power loss is low, so that a device using the power semiconductor element can be downsized. In addition, when a wide band gap semiconductor is used for the switching element, the withstand voltage of an element that can be switched bidirectionally, such as a MOSFET, is increased, and it can be applied to a high voltage region. In addition, when a wide band gap semiconductor is used, if there is a possibility of causing deterioration or destruction when the body diode is energized, this can be suppressed, and the effect of the present invention is particularly great.

以上、本発明は、実施の形態1〜4で説明したように、同期整流回路において、スイッチング素子の逆方向に電流を流す期間におけるスイッチング素子の制御信号を、センスセルに流れる電流を検出し、その電流値や電流値の微分値である電流変化率に基づいて作成し、あるいは半導体素子の電圧を検出し、その検出された電圧に基づいて作成することを特徴とする。すなわち、半導体素子の動作中のパラメータの値を検出して、その検出したパラメータの値に基づいてスイッチング素子を制御するため、電流値や電圧、温度等の影響を受けにくく、安定してデッドタイムの短縮が可能になる。   As described above, according to the present invention, as described in the first to fourth embodiments, in the synchronous rectifier circuit, the control signal of the switching element in the period in which the current flows in the reverse direction of the switching element is detected as the current flowing in the sense cell. It is created based on a current change rate which is a current value or a differential value of the current value, or a voltage of a semiconductor element is detected and created based on the detected voltage. That is, since the parameter value during operation of the semiconductor element is detected and the switching element is controlled based on the detected parameter value, it is hardly affected by the current value, voltage, temperature, etc. Can be shortened.

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせ、あるいは各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。   It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, or each embodiment can be appropriately modified or omitted.

1:メインMOSFET(メインスイッチング素子)
2:センスMOSFET(センススイッチング素子)
3:メインボディダイオード 4:センスボディダイオード
5:制御回路 6:センス抵抗
7:電流検出回路 8:電流変化率検出回路
9:直流電源 10:電力用半導体素子
11:スイッチング速度調節回路 12:還流ダイオード
13:電圧検出回路 14:誘導性負荷
20:メインセル 30:センスセル
100、100a、100b、100c、100d、100e、100f:電力用スイッチング回路
1: Main MOSFET (Main switching element)
2: Sense MOSFET (sense switching element)
3: Main body diode 4: Sense body diode 5: Control circuit 6: Sense resistor 7: Current detection circuit 8: Current change rate detection circuit 9: DC power supply 10: Power semiconductor element 11: Switching speed adjustment circuit 12: Freewheeling diode 13: Voltage detection circuit 14: Inductive load 20: Main cell 30: Sense cells 100, 100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f: Power switching circuit

Claims (9)

並列にボディダイオードを有し、順方向と逆方向との双方向の電流をスイッチングできるスイッチング素子を備えた半導体素子と、前記スイッチング素子のオン−オフを制御するための制御回路とを備えた電力用スイッチング回路を直列接続し、この接続点を出力端子とし、前記電力用スイッチング回路の他方の端子を直流電源に接続される入力端子とし、前記直列接続された電力用スイッチング回路のスイッチング素子を交互にオン・オフすることにより前記出力端子から誘導性負荷に電流を流すように構成された同期整流回路において、
前記半導体素子は、並列にメインボディダイオードを有するメインスイッチング素子から成るメインセルと、並列にセンスボディダイオードを有するセンススイッチング素子から成るセンスセルとを備えるとともに、前記センスセルを流れる全電流を検出する検出手段を備え、
前記電力用スイッチング回路においてスイッチング素子の順方向に電流を流す期間は、当該電力用スイッチング回路の制御回路は、この制御回路へ入力される所定の入力信号に基づいて当該電力用スイッチング回路におけるスイッチング素子を制御し、
前記電力用スイッチング回路においてスイッチング素子の逆方向に電流を流す期間は、当該電力用スイッチング回路の制御回路は、前記検出手段により検出される、当該制御対象のスイッチング素子を有する半導体素子におけるセンスセルを流れる全電流を用い、当該電力用スイッチング回路の半導体素子の動作中のパラメータの値を検出し、この検出したパラメータの値に基づいて作成された制御信号により当該電力用スイッチング回路のスイッチング素子を制御することを特徴とする同期整流回路。
Electric power provided with a semiconductor element having a body diode in parallel and having a switching element capable of switching forward and reverse currents in both directions and a control circuit for controlling on / off of the switching element The switching circuit for power is connected in series, the connection point is used as an output terminal, the other terminal of the power switching circuit is used as an input terminal connected to a DC power supply, and the switching elements of the power switching circuit connected in series are alternately arranged. In the synchronous rectifier circuit configured to flow current from the output terminal to the inductive load by turning on and off,
The semiconductor element comprises a main cell comprising a main switching element having a main body diode in parallel and a sense cell comprising a sense switching element having a sense body diode in parallel, and detecting means for detecting the total current flowing through the sense cell With
During the period in which a current flows in the forward direction of the switching element in the power switching circuit, the control circuit of the power switching circuit controls the switching element in the power switching circuit based on a predetermined input signal input to the control circuit. Control
During the period in which current flows in the reverse direction of the switching element in the power switching circuit, the control circuit of the power switching circuit flows through the sense cell in the semiconductor element having the switching element to be controlled, which is detected by the detection means. Using all the currents, the value of the parameter during operation of the semiconductor element of the power switching circuit is detected, and the switching element of the power switching circuit is controlled by the control signal created based on the detected parameter value A synchronous rectifier circuit.
前記検出手段は、当該制御対象のスイッチング素子を有する半導体素子におけるセンスセルと直列に配置された抵抗より構成され、前記制御回路は、前記スイッチング素子の逆方向に電流を流すスイッチング素子を制御する制御信号を、前記センスセルと直列に配置された抵抗に流れる電流による電圧降下に基づいて作成することを特徴とする請求項1に記載の同期整流回路。   The detection means is composed of a resistor arranged in series with a sense cell in a semiconductor element having the switching element to be controlled, and the control circuit controls a switching element that causes a current to flow in the reverse direction of the switching element. The synchronous rectifier circuit according to claim 1, wherein the synchronous rectifier circuit is generated based on a voltage drop caused by a current flowing through a resistor arranged in series with the sense cell. 前記制御回路は、前記スイッチング素子の逆方向に電流を流すスイッチング素子を制御する制御信号を、前記センスセルと直列に配置された抵抗に流れる電流による電圧降下の変化率に基づいて作成することを特徴とする請求項2に記載の同期整流回路。   The control circuit creates a control signal for controlling a switching element that allows a current to flow in a direction opposite to the switching element, based on a rate of change in voltage drop due to a current flowing through a resistor arranged in series with the sense cell. The synchronous rectifier circuit according to claim 2. 前記半導体素子と並列に還流ダイオードを備えたことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の同期整流回路。   The synchronous rectifier circuit according to claim 1, further comprising a free-wheeling diode in parallel with the semiconductor element. 前記制御回路は、前記スイッチング素子の逆方向に電流を流すスイッチング素子を制御する制御信号を、当該制御対象のスイッチング素子を有する半導体素子に発生する電圧に基づいて作成することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の同期整流回路。   The control circuit generates a control signal for controlling a switching element that allows a current to flow in a direction opposite to the switching element, based on a voltage generated in a semiconductor element having the switching element to be controlled. 5. The synchronous rectifier circuit according to any one of 1 to 4. 前記制御回路は、前記スイッチング素子の逆方向に電流を流すために作成する制御信号のうち、オンまたはオフのいずれか一方の信号を、前記制御回路へ入力される所定の入力信号に基づいて作成することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の同期整流回路。   The control circuit generates either one of an ON signal and an OFF signal among control signals generated in order to flow current in the reverse direction of the switching element based on a predetermined input signal input to the control circuit. The synchronous rectifier circuit according to claim 1, wherein the synchronous rectifier circuit is provided. 前記制御回路は、当該制御対象のスイッチング素子を備えた半導体素子における検出された動作パラメータの値に基づいて作成された制御信号により前記スイッチング素子を制御する場合には、所定の入力信号に基づいて前記スイッチング素子を制御する場合よりも制御対象のスイッチング素子をオン・オフさせるスイッチング速度を早くするためのスイ
ッチング速度調節回路を備えたことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の同期整流回路。
When the control circuit controls the switching element by a control signal created based on the value of the operating parameter detected in the semiconductor element including the switching element to be controlled, based on a predetermined input signal 7. A switching speed adjustment circuit for increasing a switching speed for turning on / off a switching element to be controlled as compared with a case of controlling the switching element. Synchronous rectifier circuit.
前記スイッチング素子がワイドバンドギャップ半導体により形成されていることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の同期整流回路。   The synchronous rectifier circuit according to claim 1, wherein the switching element is formed of a wide band gap semiconductor. 前記ワイドバンドギャップ半導体の材料は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、ダイヤモンドのいずれかの材料であることを特徴とする請求項8に記載の同期整流回路。   The synchronous rectifier circuit according to claim 8, wherein the material of the wide band gap semiconductor is any one of silicon carbide, a gallium nitride material, and diamond.
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