JP6638628B2 - Gate drive - Google Patents

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Description

本発明は、ゲート駆動装置に関する。   The present invention relates to a gate driving device.

ゲート駆動型の半導体素子として、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のゲートを駆動するゲート駆動装置では、複数個の半導体パワー素子を並列に接続した構成として負荷に給電する構成を採用することがある。これは、大電流を流す場合に、並列に接続することで半導体パワー素子のオン抵抗を下げてオン抵抗損失を低減することができるからである。   2. Description of the Related Art As a gate drive type semiconductor device, for example, in a gate drive device for driving a gate such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a configuration in which a plurality of semiconductor power devices are connected in parallel and power is supplied to a load is adopted. is there. This is because, when a large current flows, the on-resistance of the semiconductor power element can be reduced by connecting in parallel to reduce the on-resistance loss.

しかしながら、半導体パワー素子を複数個並列に接続して駆動することは、スイッチング損失が個数に比例して増大することとなり、特にコレクタ電圧が高い状態でスイッチングする際に大きい損失となる。このため、大電流を流すために並列接続する半導体パワー素子を増設することが却って損失を増大することとなる不具合がある。   However, when a plurality of semiconductor power elements are connected in parallel and driven, the switching loss increases in proportion to the number, and a large loss particularly occurs when switching is performed in a state where the collector voltage is high. For this reason, there is a disadvantage that increasing the number of semiconductor power elements connected in parallel to allow a large current to flow increases the loss.

特開2012−249509号公報JP 2012-249509 A 特開2005−6412号公報JP-A-2005-6412

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、高電圧が印加される状態で、大電流を流すために複数の半導体素子を並列接続する構成で、極力損失を低減しながら駆動制御することができるようにしたゲート駆動装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to reduce a loss as much as possible by connecting a plurality of semiconductor elements in parallel in order to flow a large current in a state where a high voltage is applied. It is an object of the present invention to provide a gate drive device capable of performing drive control while driving.

請求項1に記載のゲート駆動装置は、並列接続されたゲート駆動型の複数の半導体素子を駆動するゲート駆動装置であって、前記複数の半導体素子は、始動用の半導体素子と、最終駆動用の半導体素子を含んだ少なくとも1個の次段駆動用の半導体素子とが設けられ、前記複数の半導体素子のうち、前記最終駆動用の半導体素子を除いた残りの半導体素子のそれぞれの電流を検出する電流検出回路と、前記始動用の半導体素子に対してゲート駆動を定電流で行うための定電流回路と、前記定電流回路を無効化して前記次段駆動用および最終駆動用の半導体素子に対してゲート駆動を定電圧で行う切り替えスイッチと、前記複数の半導体素子を駆動制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、外部からオン動作の駆動信号が与えられると、始動制御として、前記始動用の半導体素子に前記定電流回路により定電流でゲート信号を与えてオンさせ、次段駆動制御として、オンさせた前記半導体素子に設けられた前記電流検出回路により検出される電流が設定された閾値電流に達すると、前記切り替えスイッチを動作状態として、オフ状態の前記次段駆動用の半導体素子に定電圧でゲート信号を与えてオンさせ、以後、オフ状態の前記次段駆動用の半導体素子が存在する場合には、前記次段駆動制御を繰り返し実行するように構成され、前記閾値電流は、前記複数の半導体素子のうち前記次段駆動用の半導体素子をオンさせて電流を流したときに、オン状態のすべての前記半導体素子により発生するオン抵抗損失およびスイッチング損失の和が前記次段駆動制御の実施前よりも少なくなるように設定される。   2. The gate drive device according to claim 1, wherein the gate drive device drives a plurality of semiconductor devices of a gate drive type connected in parallel, the plurality of semiconductor devices being a starting semiconductor device and a final driving device. And at least one next-stage driving semiconductor element including the semiconductor element is provided, and the current of each of the remaining semiconductor elements other than the final driving semiconductor element is detected among the plurality of semiconductor elements. A current detection circuit, a constant current circuit for performing gate driving with a constant current for the starting semiconductor element, and a constant current circuit for disabling the constant current circuit to the next-stage driving and final driving semiconductor elements. A switch for performing gate drive at a constant voltage, and a control circuit for controlling the driving of the plurality of semiconductor elements, wherein the control circuit starts when an ON operation drive signal is externally supplied. As a control, a gate signal is given to the starting semiconductor element by a constant current by the constant current circuit to be turned on, and as a next-stage driving control, the gate signal is detected by the current detection circuit provided in the turned on semiconductor element. When the current reaches a set threshold current, the changeover switch is turned on, a gate signal is applied at a constant voltage to the next-stage driving semiconductor element in the off state to turn on the next-stage driving semiconductor element, and thereafter, the next stage in the off state is turned on. When there is a driving semiconductor element, the next-stage driving control is configured to be repeatedly performed, and the threshold current is set to turn on the next-stage driving semiconductor element of the plurality of semiconductor elements. When a current flows, the sum of the on-resistance loss and the switching loss generated by all the semiconductor elements in the on state becomes smaller than before the execution of the next-stage drive control. It is set to be.

上記構成を採用することにより、制御回路により、外部からオン動作の駆動信号が与えられると、始動制御として、始動用の半導体素子に定電流回路により定電流でゲート信号を与えてオンさせ、この後次段駆動制御として、オンさせた半導体素子に設けられた電流検出回路により検出される電流が設定された閾値電流に達すると、切り替えスイッチを動作状態として、オフ状態の次段駆動用の半導体素子に定電圧でゲート信号を与えてオンさせる。以後、オフ状態の次段駆動用の半導体素子が存在する場合には、制御回路により、次段駆動制御を繰り返し実行する。   By adopting the above configuration, when a drive signal for an ON operation is externally supplied by the control circuit, as a start control, a gate signal is supplied to the start semiconductor element with a constant current by a constant current circuit by a constant current circuit to turn on the semiconductor element. When the current detected by the current detection circuit provided in the semiconductor element that has been turned on reaches a set threshold current as a subsequent next-stage drive control, the changeover switch is set to the operating state, and the next-stage driving semiconductor in the off state is set. A gate signal is applied to the element at a constant voltage to turn on the element. Thereafter, when there is a semiconductor element for driving the next stage in the OFF state, the next driving control is repeatedly executed by the control circuit.

この場合、閾値電流の設定を、複数の半導体素子のうち次段駆動用の半導体素子をオンさせて電流を流したときに、オン状態のすべての半導体素子により発生するオン抵抗損失およびスイッチング損失の和が最も少なくなるようにしている。一般に、ゲート駆動型の半導体装置は、オン抵抗損失とスイッチング損失とがトレードオフの関係にあるので、閾値電流を上記のように設定することで、半導体素子の駆動個数を適正化することで、合算損失を最小とすることができる。   In this case, the setting of the threshold current is performed by setting the ON resistance loss and the switching loss generated by all the semiconductor elements in the ON state when the semiconductor element for driving the next stage among the plurality of semiconductor elements is turned on and the current flows. We try to minimize the sum. In general, in a gate drive type semiconductor device, the on-resistance loss and the switching loss have a trade-off relationship. Therefore, by setting the threshold current as described above, by optimizing the number of driven semiconductor elements, The combined loss can be minimized.

第1実施形態を示す概略的な電気的構成図Schematic electrical configuration diagram showing a first embodiment 具体的な電気的構成図Specific electrical configuration diagram 駆動制御動作の流れ図Flow chart of drive control operation タイムチャート(その1)Time chart (Part 1) タイムチャート(その2)Time chart (Part 2) 第2実施形態を示す概略的な電気的構成図Schematic electrical configuration diagram showing a second embodiment 駆動制御動作の流れ図Flow chart of drive control operation タイムチャート(その1)Time chart (Part 1) タイムチャート(その2)Time chart (Part 2) タイムチャート(その3)Time chart (3) IGBTの駆動個数と損失との関係を示す図Diagram showing the relationship between the number of IGBTs driven and the loss 第3実施形態を示す駆動制御動作の流れ図Flow chart of drive control operation showing a third embodiment タイムチャート(その1)Time chart (Part 1) タイムチャート(その2)Time chart (Part 2) 第4実施形態を示すタイムチャートTime chart showing the fourth embodiment 第5実施形態を示す駆動制御動作の流れ図Flow chart of drive control operation showing a fifth embodiment タイムチャートTime chart

(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図5を参照して説明する。
図1は電気的構成の基本構成を示している。この実施形態では、ゲート制御型の複数の半導体素子として、2個のIGBT1および2を使用する例を示している。IGBT1は、コレクタC1、エミッタE1、ゲートG1に加えて、電流をモニタするためのセンスエミッタSE1を有する。同じくIGBT2は、コレクタC2、エミッタE2、ゲートG2に加えて、電流をモニタするためのセンスエミッタSE2を有する。
(1st Embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows the basic configuration of the electrical configuration. This embodiment shows an example in which two IGBTs 1 and 2 are used as a plurality of gate control type semiconductor elements. The IGBT 1 has a sense emitter SE1 for monitoring current in addition to the collector C1, the emitter E1, and the gate G1. Similarly, the IGBT 2 has a collector C2, an emitter E2, a gate G2, and a sense emitter SE2 for monitoring current.

IGBT1および2は図示しない負荷への給電経路に設けられ、各コレクタC1、C2を共通に接続されるとともに、エミッタE1、E2を共通に接続された並列駆動方式の構成である。2個のIGBT1および2へのゲート駆動電圧VG1、VG2は、直流電源VDから、定電流回路3および切り替えスイッチ4の並列回路を介して供給するように構成されている。   The IGBTs 1 and 2 are provided in a power supply path to a load (not shown), and have a parallel drive system configuration in which the collectors C1 and C2 are commonly connected and the emitters E1 and E2 are commonly connected. Gate drive voltages VG1 and VG2 to the two IGBTs 1 and 2 are configured to be supplied from a DC power supply VD via a parallel circuit of a constant current circuit 3 and a changeover switch 4.

IGBT1のゲートG1は、定電流回路3からゲート電流遮断スイッチ5を介してゲート駆動電圧VG1が与えられる。また、IGBT1のゲートG1は、ゲートオフスイッチ6を介してグランドに接続される。IGBT2のゲートG2は、定電流回路3からゲート電流遮断スイッチ7を介してゲート駆動電圧VG2が与えられる。また、IGBT2のゲートG2は、ゲートオフスイッチ8を介してグランドに接続される。   The gate drive voltage VG1 is applied to the gate G1 of the IGBT1 from the constant current circuit 3 via the gate current cutoff switch 5. Further, the gate G1 of the IGBT1 is connected to the ground via the gate-off switch 6. The gate drive voltage VG2 is applied to the gate G2 of the IGBT2 from the constant current circuit 3 via the gate current cutoff switch 7. The gate G2 of the IGBT 2 is connected to the ground via the gate off switch 8.

制御回路9は、ゲート駆動回路などが含まれた論理回路から構成されるもので、外部からの駆動信号SAに応じてIGBT1および2に対するゲート駆動信号SA1、SA2を与える。電流検出回路10および11は、それぞれIGBT1および2のセンスエミッタSE1、SE2からコレクタ・エミッタ電流Ic1、Ic2に対応した信号が入力され、電流検出信号S1、S2を制御回路9に出力する。制御回路9は、電流検出信号S1、S2に応じて、後述するようにして切り替えスイッチ4、電流遮断スイッチ5、7およびゲートオフスイッチ6、8のオンオフ制御を行う。   The control circuit 9 is constituted by a logic circuit including a gate drive circuit and the like, and supplies gate drive signals SA1 and SA2 to the IGBTs 1 and 2 according to an external drive signal SA. Current detection circuits 10 and 11 receive signals corresponding to collector-emitter currents Ic1 and Ic2 from sense emitters SE1 and SE2 of IGBTs 1 and 2, respectively, and output current detection signals S1 and S2 to control circuit 9. The control circuit 9 performs on / off control of the changeover switch 4, the current cutoff switches 5, 7 and the gate-off switches 6, 8 in accordance with the current detection signals S1, S2 as described later.

図2は上記構成の各部の具体的構成を示している。
IGBT1のセンスエミッタSE1は、電流検出抵抗1aを介してエミッタE1に接続され、IGBT1の電流Ic1の検出信号として電流検出抵抗1aの端子電圧Vse1を出力するように設けられる。IGBT2のセンスエミッタSE2は、電流検出抵抗2aを介してエミッタE2に接続され、IGBT2の電流Ic2の検出信号として電流検出抵抗2aの端子電圧Vse2を出力するように設けられる。
FIG. 2 shows a specific configuration of each part of the above configuration.
The sense emitter SE1 of the IGBT1 is connected to the emitter E1 via the current detection resistor 1a, and is provided so as to output a terminal voltage Vse1 of the current detection resistor 1a as a detection signal of the current Ic1 of the IGBT1. The sense emitter SE2 of the IGBT2 is connected to the emitter E2 via the current detection resistor 2a, and is provided so as to output a terminal voltage Vse2 of the current detection resistor 2a as a detection signal of the current Ic2 of the IGBT2.

定電流回路3は、カレントミラー回路を構成するpnp型トランジスタ3a、3bと、定電流を引くためのトランジスタ3c、抵抗3d、3e、トランジスタ3fおよび参照電源3gから構成されている。定電流回路3は、参照電源3gにより設定される参照電圧Vrefcによりトランジスタ3aに所定電流を流すもので、電源VDからトランジスタ3bを介してIGBT1および2のゲートに定電流Isを供給する。   The constant current circuit 3 includes pnp transistors 3a and 3b forming a current mirror circuit, a transistor 3c for drawing a constant current, resistors 3d and 3e, a transistor 3f, and a reference power supply 3g. The constant current circuit 3 supplies a predetermined current to the transistor 3a by the reference voltage Vrefc set by the reference power supply 3g, and supplies a constant current Is from the power supply VD to the gates of the IGBTs 1 and 2 via the transistor 3b.

定電流回路3のトランジスタ3bに並列に接続される切り替えスイッチ4は、定電流回路3のトランジスタ3bのエミッタ・コレクタ間を短絡させ、電源VDを直接IGBT1および2のゲートに印加させる。切り替えスイッチ4は、pチャンネル型MOSFET4aと、ゲートに接続されるバッファ回路4bを備えている。バッファ回路4bは、制御回路9から切り替え信号SXが与えられる。   The changeover switch 4 connected in parallel to the transistor 3b of the constant current circuit 3 short-circuits the emitter and the collector of the transistor 3b of the constant current circuit 3, and applies the power supply VD directly to the gates of the IGBTs 1 and 2. The changeover switch 4 includes a p-channel MOSFET 4a and a buffer circuit 4b connected to the gate. The switching circuit SX is supplied from the control circuit 9 to the buffer circuit 4b.

電流遮断スイッチ5は、pチャンネル型MOSFET5a、入力抵抗5bを直列に接続したもので、MOSFET5aのゲートはバッファ回路5cが接続され、制御回路9からゲート駆動信号SA1が与えられる。同じく、電源遮断スイッチ7は、pチャンネル型MOSFET7a、入力抵抗7bを直列に接続したもので、MOSFET7aのゲートはバッファ回路7cが接続され、制御回路9からゲート駆動信号SA2が与えられる。   The current cutoff switch 5 has a p-channel MOSFET 5a and an input resistor 5b connected in series. The gate of the MOSFET 5a is connected to a buffer circuit 5c, and a gate drive signal SA1 is supplied from the control circuit 9. Similarly, the power cutoff switch 7 has a p-channel MOSFET 7a and an input resistor 7b connected in series. The gate of the MOSFET 7a is connected to a buffer circuit 7c, and a gate drive signal SA2 is supplied from the control circuit 9.

ゲートオフスイッチ6は、nチャンネル型MOSFET6a、入力抵抗6bを直列に接続したもので、MOSFET6aのゲートはバッファ回路6cが接続され、制御回路9からゲート駆動信号SA1が与えられる。同じくゲートオフスイッチ8は、nチャンネル型MOSFET8a、入力抵抗8bを直列に接続したもので、MOSFET8aのゲートはバッファ回路8cが接続され、制御回路9からゲート駆動信号SA2が与えられる。   The gate-off switch 6 has an n-channel MOSFET 6a and an input resistor 6b connected in series. The gate of the MOSFET 6a is connected to a buffer circuit 6c, and receives a gate drive signal SA1 from a control circuit 9. Similarly, the gate-off switch 8 has an n-channel MOSFET 8a and an input resistor 8b connected in series. The gate of the MOSFET 8a is connected to a buffer circuit 8c, and a gate drive signal SA2 is supplied from a control circuit 9.

電流検出回路10は、コンパレータ10a、参照電源10bおよびフィルタ10cを備えている。コンパレータ10aの非反転入力端子にIGBT1のセンスエミッタSE1に現れる電流検出信号Vse1が入力され、反転入力端子には閾値電流値Ith1を設定する参照電源10bにより参照電圧Vref1が入力される。コンパレータ10aは、IGBT1の電流検出信号Vse1と参照電圧Vref1とを比較して参照電圧Vref1以上のときにハイレベルの検出信号S1を出力し、フィルタ10cを介して制御回路9に入力する。フィルタ10cは、ハイレベルの検出信号S1が一定時間継続すると制御回路に検出信号S1を出力する。   The current detection circuit 10 includes a comparator 10a, a reference power supply 10b, and a filter 10c. The current detection signal Vse1 appearing at the sense emitter SE1 of the IGBT1 is input to the non-inverting input terminal of the comparator 10a, and the reference voltage Vref1 is input to the inverting input terminal by the reference power supply 10b that sets the threshold current value Ith1. The comparator 10a compares the current detection signal Vse1 of the IGBT1 with the reference voltage Vref1, outputs a high-level detection signal S1 when the voltage is equal to or higher than the reference voltage Vref1, and inputs the signal to the control circuit 9 via the filter 10c. The filter 10c outputs the detection signal S1 to the control circuit when the high-level detection signal S1 continues for a predetermined time.

電流検出回路11は、コンパレータ11a、参照電源11bおよびフィルタ11cを備えている。コンパレータ11aの非反転入力端子にIGBT2のセンスエミッタSE2に現れる電流検出信号Vse2が入力され、反転入力端子には閾値電流値Ith1を設定する参照電源11bにより参照電圧Vref2が入力される。コンパレータ11aは、IGBT2の電流検出信号Vse2と参照電圧Vref2とを比較して参照電圧Vref2以上のときにハイレベルの検出信号S2を出力し、フィルタ11cを介して制御回路9に入力する。フィルタ11cは、ハイレベルの検出信号S2が一定時間継続すると制御回路に検出信号S2を出力する。   The current detection circuit 11 includes a comparator 11a, a reference power supply 11b, and a filter 11c. The current detection signal Vse2 appearing on the sense emitter SE2 of the IGBT 2 is input to the non-inverting input terminal of the comparator 11a, and the reference voltage Vref2 is input to the inverting input terminal by the reference power supply 11b that sets the threshold current value Ith1. The comparator 11a compares the current detection signal Vse2 of the IGBT 2 with the reference voltage Vref2, outputs a high-level detection signal S2 when the voltage is equal to or higher than the reference voltage Vref2, and inputs the signal to the control circuit 9 via the filter 11c. The filter 11c outputs the detection signal S2 to the control circuit when the high-level detection signal S2 continues for a predetermined time.

次に、上記構成の作用について、図3から図5も参照して説明する。
図3は、制御回路9のロジック機能によるIGBT1および2のゲート駆動制御動作の流れを示している。スタンバイ状態では、制御回路9は、切り替えスイッチ4に対してオフ状態を保持するハイレベルの信号SXを出力しており、これにより、電源VDは、定電流回路3で生成される定電流Isを流すことでゲート駆動電圧VG1あるいはVG2を供給する状態である。
Next, the operation of the above configuration will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 shows a flow of the gate drive control operation of the IGBTs 1 and 2 by the logic function of the control circuit 9. In the standby state, the control circuit 9 outputs a high-level signal SX that maintains the OFF state to the changeover switch 4, whereby the power supply VD outputs the constant current Is generated by the constant current circuit 3. This is a state in which the gate drive voltage VG1 or VG2 is supplied by flowing.

また、IGBT1および2を駆動していない状態では、制御回路9は、IGBT1および2に対して、ハイレベルのゲート駆動信号SA1およびSA2を出力している。これにより、電流遮断スイッチ5および7の各MOSFET5aおよび7aはオフ状態に保持され、ゲートオフスイッチ6および8のMOSFET6aおよび8aはオン状態に保持されている。IGBT1のゲートG1はMOSFET6aを介してグランドに接続され、IGBT2のゲートG2はMOSFET8aを介してグランドに接続され、それぞれオフ状態が保持されている。   When the IGBTs 1 and 2 are not driven, the control circuit 9 outputs high-level gate drive signals SA1 and SA2 to the IGBTs 1 and 2. Thus, the MOSFETs 5a and 7a of the current cutoff switches 5 and 7 are kept off, and the MOSFETs 6a and 8a of the gate off switches 6 and 8 are kept on. The gate G1 of the IGBT1 is connected to the ground via the MOSFET 6a, and the gate G2 of the IGBT2 is connected to the ground via the MOSFET 8a, and the off state is maintained.

そして、制御回路9は、外部から駆動信号SAが与えられると、ステップA1として、始動用の半導体素子であるIGBT1を定電流で駆動させるためのローレベルのゲート駆動信号SA1を出力する。ゲート駆動信号SA1により、ゲートオフスイッチ6のMOSFET6aはオフされ、さらに電流遮断スイッチ5のMOSFET5aはオン駆動される。IGBT1は、ゲートG1に電源VDから定電流回路3を介してゲート電流Isが流れ、ゲート駆動電圧VG1が供給される。これにより、IGBT1は、dV/dtを比較的緩やかな状態でゲート電圧VG1が印加されるので、スイッチング損失のばらつきを低減した状態で駆動をすることができる。   Then, when the drive signal SA is supplied from the outside, the control circuit 9 outputs a low-level gate drive signal SA1 for driving the IGBT 1 which is a starting semiconductor element with a constant current as step A1. In response to the gate drive signal SA1, the MOSFET 6a of the gate-off switch 6 is turned off, and the MOSFET 5a of the current cutoff switch 5 is driven on. In the IGBT1, a gate current Is flows from the power supply VD to the gate G1 via the constant current circuit 3, and the gate drive voltage VG1 is supplied. Thus, the IGBT 1 is driven with the variation of the switching loss reduced because the gate voltage VG1 is applied with the dV / dt being relatively gentle.

この後、IGBT1のゲート電圧が安定すると、次に、制御回路9では、ステップA2で、切り替えスイッチ4のバッファ回路4bにローレベルの切り替え信号SXを出力する。これにより、MOSFET4aがオンされるので、定電流回路3による定電流供給状態が停止され、電源VDを直接供給する定電圧供給状態に切り替わる。   Thereafter, when the gate voltage of the IGBT 1 is stabilized, the control circuit 9 outputs a low-level switching signal SX to the buffer circuit 4b of the changeover switch 4 in step A2. As a result, the MOSFET 4a is turned on, so that the constant current supply state by the constant current circuit 3 is stopped, and the state is switched to the constant voltage supply state in which the power supply VD is directly supplied.

このとき、IGBT1の電流Ic1は、電流検出回路10により検出されている。電流検出回路10では、IGBT1の電流値Ic1に相当する検出電圧Vse1が入力され、閾値電流Ith1を設定する参照電圧Vref1以上になると、電流検出回路10は、検出信号S1を制御回路9に出力する。検出電圧Vse1のレベルが上昇してコンパレータ10aからハイレベルの信号が一定時間以上継続すると、フィルタ10cから検出信号S1が出力される。   At this time, the current Ic1 of the IGBT1 has been detected by the current detection circuit 10. In the current detection circuit 10, the detection voltage Vse1 corresponding to the current value Ic1 of the IGBT1 is input. When the detection voltage Vse1 becomes equal to or higher than the reference voltage Vref1 for setting the threshold current Ith1, the current detection circuit 10 outputs the detection signal S1 to the control circuit 9. . When the level of the detection voltage Vse1 increases and the high-level signal from the comparator 10a continues for a certain period of time or more, the detection signal S1 is output from the filter 10c.

電流検出回路10によるIGBT1の電流値Ic1が閾値電流Ith1未満の状態であるときには、制御回路9は、ステップA3でYESとして、IGBT1単独のオン状態を継続する。また、電流値Ic1が閾値電流Ith1以上になって検出信号S1が出力されると、制御回路9は、ステップA4に進み、IGBT2を定電圧駆動する。制御回路9は、IGBT1に加えてIGBT2にもゲート駆動信号SA2を出力する。   When the current value Ic1 of the IGBT1 by the current detection circuit 10 is less than the threshold current Ith1, the control circuit 9 continues the on-state of the IGBT1 alone as YES in step A3. When the current value Ic1 becomes equal to or larger than the threshold current Ith1 and the detection signal S1 is output, the control circuit 9 proceeds to step A4 and drives the IGBT 2 at a constant voltage. The control circuit 9 outputs the gate drive signal SA2 to the IGBT2 in addition to the IGBT1.

ゲート駆動信号SA2により、ゲートオフスイッチ8のMOSFET8aはオフされ、さらに電流遮断スイッチ7のMOSFET7aはオン駆動される。IGBT2は、ゲートG2に電源VDから切り替えスイッチ4のMOSFET4aを介してゲート電圧が印加される。このとき、IGBT2は、既にIGBT1がオンしていることでドレイン・ソース間にかかる電圧が低い状態であるから、定電圧駆動をすることで損失を削減することができる。
また、これにより、2個のIGBT1および2を駆動することで、全体としてオン抵抗を低下させた状態で全体の電流を流すことができ、オン抵抗損失の低減を図ることができる。
In response to the gate drive signal SA2, the MOSFET 8a of the gate off switch 8 is turned off, and the MOSFET 7a of the current cutoff switch 7 is driven on. In the IGBT 2, a gate voltage is applied to the gate G2 from the power supply VD via the MOSFET 4a of the changeover switch 4. At this time, since the voltage applied between the drain and the source of the IGBT 2 is low because the IGBT 1 is already on, the loss can be reduced by driving the IGBT 2 at a constant voltage.
In addition, by driving the two IGBTs 1 and 2, the entire current can flow while the on-resistance is lowered as a whole, and the on-resistance loss can be reduced.

上記した動作において、電流検出回路10の閾値電流Ith1の値は、これ以上IGBT1のコレクタ電流Ic1が増えると、IGBT1のオン抵抗による損失が増大することとなり、IGBT2も駆動することでスイッチング損失が増大してもオン抵抗による損失を低減することで、全体として損失を低減できるレベルに設定されている。   In the above operation, when the collector current Ic1 of the IGBT1 further increases, the threshold current Ith1 of the current detection circuit 10 increases the loss due to the ON resistance of the IGBT1, and the switching loss increases by driving the IGBT2. Even so, the loss is set to a level that can reduce the loss as a whole by reducing the loss due to the on-resistance.

これによって、初期駆動時はスイッチング損失のばらつきを低減するために、IGBT1を定電流Isで駆動し、IGBT1の電流Ic1が閾値電流Ith1以上になると、次段駆動用の半導体素子であるIGBT2を定電圧VDで駆動することで、dV/dtを上げて損失を削減したオン動作を行うことができる。   Thus, at the time of the initial drive, the IGBT 1 is driven by the constant current Is in order to reduce the variation of the switching loss. When the current Ic1 of the IGBT 1 becomes equal to or more than the threshold current Ith1, the IGBT 2 which is a semiconductor element for driving the next stage is fixed. By driving with the voltage VD, an on operation in which the loss is reduced by increasing dV / dt can be performed.

次に、上記の動作について、図4および図5を参照して説明する。図4は、図示しない負荷に流れる電流が大きく、2個のIGBT1および2を、共にオン動作させる場合のタイムチャートを示す。また、図5は、負荷に流れる電流が少なく、IGBT1だけをオン動作させる場合のタイムチャートを示している。   Next, the above operation will be described with reference to FIGS. FIG. 4 shows a time chart when a large current flows through a load (not shown) and both IGBTs 1 and 2 are turned on. FIG. 5 shows a time chart when only a small amount of current flows through the load and only the IGBT 1 is turned on.

図4(a)に示すように、時刻ta1でハイレベルの駆動信号SAが入力されると、制御回路9は、図4(c)に示すように、IGBT1をオンさせるためにローレベルのゲート駆動信号SA1を出力する。これにより、ゲートオフスイッチ6はオフされ、電流遮断スイッチ5はオンされ、IGBT1のゲートG1に定電流回路3から定電流Isによってゲート駆動電圧VG1が与えられる。   As shown in FIG. 4A, when the high-level drive signal SA is input at time ta1, the control circuit 9 causes the low-level gate to turn on the IGBT1, as shown in FIG. 4C. The driving signal SA1 is output. As a result, the gate-off switch 6 is turned off, the current cutoff switch 5 is turned on, and the gate drive voltage VG1 is applied to the gate G1 of the IGBT 1 by the constant current Is from the constant current circuit 3.

IGBT1のゲート電圧Vg1は、図4(b)に実線で示すように、ゲートG1に一定電流Isを供給することで一定の傾斜をもって上昇し、図4(e)に示すように、IGBT1のコレクタ電流Ic1が徐々に増加していく。IGBT1のゲート電圧Vg1が所定レベル以上になった後に、制御回路9は、切り替えスイッチ4をオン状態に切り替えて定電流回路3を無効化して定電圧供給状態に切り替える。   The gate voltage Vg1 of the IGBT1 rises with a constant slope by supplying a constant current Is to the gate G1 as shown by a solid line in FIG. 4B, and as shown in FIG. The current Ic1 gradually increases. After the gate voltage Vg1 of the IGBT 1 becomes equal to or higher than the predetermined level, the control circuit 9 switches the changeover switch 4 to the ON state, invalidates the constant current circuit 3, and switches to the constant voltage supply state.

この後、図4(e)に示すように、時刻ta2でIGBT1のコレクタ電流Ic1が閾値電流Ith1に達すると、制御回路9は、図4(d)に示すように、IGBT2をオンさせるためにローレベルのゲート駆動信号SA2を出力する。これにより、ゲートオフスイッチ8はオフされ、電流遮断スイッチ7はオンされ、IGBT2のゲートG2に電源VDから定電圧でゲート駆動電圧VG2が与えられる。   Thereafter, as shown in FIG. 4E, when the collector current Ic1 of the IGBT1 reaches the threshold current Ith1 at time ta2, the control circuit 9 turns on the IGBT2 as shown in FIG. 4D. A low level gate drive signal SA2 is output. As a result, the gate-off switch 8 is turned off, the current cutoff switch 7 is turned on, and the gate drive voltage VG2 is applied to the gate G2 of the IGBT 2 at a constant voltage from the power supply VD.

IGBT2のゲート電圧Vg2は、図4(b)に破線で示すように、ゲートG2に定電圧が印加されることでIGBT1のゲート電圧Vg1よりも急峻な傾きで上昇し、図4(f)に示すように、IGBT2のコレクタ電流Ic2が増加していく。このとき、IGBT1のコレクタ電流Ic1は、図4(e)に示すように、IGBT2のコレクタ電流Ic2が増加することで分担する電流が低下するので閾値電流Ith1以下になる。これによって、2個のIGBT1および2によって負荷への給電が行われる状態となる。   As shown by the broken line in FIG. 4B, the gate voltage Vg2 of the IGBT2 rises at a steeper slope than the gate voltage Vg1 of the IGBT1 by applying a constant voltage to the gate G2. As shown, the collector current Ic2 of the IGBT2 increases. At this time, the collector current Ic1 of the IGBT1 becomes lower than the threshold current Ith1 because the shared current decreases as the collector current Ic2 of the IGBT2 increases, as shown in FIG. 4E. Thus, power is supplied to the load by the two IGBTs 1 and 2.

この後、図4(f)に示すように、時刻ta3でIGBT2のコレクタ電流Ic2の上昇が止まり、一定電流になると、IGBT1のコレクタ電流Ic1も一定電流になり、全体として負荷に流れる電流が一定になった状態となる。これにより、IGBT2をオンさせるときのスイッチング損失が増えるものの、2個のIGBT1および2によるオン抵抗による損失の和がそれ以上に低下するので、全体としての損失を低減することができる。   Thereafter, as shown in FIG. 4 (f), at time ta3, the rise of the collector current Ic2 of the IGBT2 stops, and when the current becomes a constant current, the collector current Ic1 of the IGBT1 also becomes a constant current, and the current flowing through the load as a whole is constant. It will be in the state of As a result, although the switching loss when the IGBT 2 is turned on increases, the sum of the losses due to the on-resistances of the two IGBTs 1 and 2 further decreases, so that the overall loss can be reduced.

また、図4(a)に示すように、時刻ta4になって外部からオフ動作のローレベルの駆動信号SAが制御回路9に入力されると、制御回路9は、図4(c)、(d)に示すように、ハイレベルのゲート駆動信号SA1およびSA2を出力する。これにより、電流遮断スイッチ5および7はオフされ、ゲートオフスイッチ6および8がオンされ、IGBT1および2のゲート電圧Vg1およびVg2は低下し、コレクタ電流Ic1およびIc2も低下してオフ状態に移行する。   Further, as shown in FIG. 4A, when a low-level drive signal SA for the OFF operation is input to the control circuit 9 from the outside at time ta4, the control circuit 9 transmits the signals shown in FIGS. As shown in d), high level gate drive signals SA1 and SA2 are output. As a result, the current cutoff switches 5 and 7 are turned off, the gate-off switches 6 and 8 are turned on, the gate voltages Vg1 and Vg2 of the IGBTs 1 and 2 decrease, and the collector currents Ic1 and Ic2 also decrease to shift to the off state. .

次に、負荷に流れる電流が少なく、IGBT1だけをオン動作させる場合には、図5(a)に示すような動作が行われる。すなわち、時刻tb1でハイレベルの駆動信号SAが入力されると、制御回路9は、図5(c)に示すように、IGBT1をオンさせるためにローレベルのゲート駆動信号SA1を出力する。これにより、前述同様にして、IGBT1のゲートG1に定電流回路3から定電流Isによってゲート駆動電圧VG1が与えられる。   Next, when the current flowing through the load is small and only the IGBT 1 is turned on, the operation as shown in FIG. 5A is performed. That is, when the high-level drive signal SA is input at time tb1, the control circuit 9 outputs a low-level gate drive signal SA1 to turn on the IGBT1, as shown in FIG. 5C. Thus, the gate drive voltage VG1 is supplied from the constant current circuit 3 to the gate G1 of the IGBT 1 by the constant current Is in the same manner as described above.

IGBT1のゲート電圧Vg1は、図5(b)に実線で示すように、ゲートG1に一定電流Isを供給することで一定の傾斜をもって上昇し、図5(e)に示すように、IGBT1のコレクタ電流Ic1が徐々に増加していく。IGBT1のゲート電圧Vg1が所定レベル以上になった後に、制御回路9は、切り替えスイッチ4をオン状態に切り替えて定電流回路3を無効化する。   The gate voltage Vg1 of the IGBT1 rises with a constant slope by supplying a constant current Is to the gate G1 as shown by a solid line in FIG. 5B, and as shown in FIG. 5E, the collector of the IGBT1 The current Ic1 gradually increases. After the gate voltage Vg1 of the IGBT 1 has become equal to or higher than the predetermined level, the control circuit 9 switches the changeover switch 4 to the ON state to invalidate the constant current circuit 3.

この後、時刻tb2でIGBT1のコレクタ電流Ic1が閾値電流Ith1に達する前に一定電流レベルになると、IGBT2はオン動作されず、制御回路9によりIGBT1の単独オン状態が保持される。したがって、この状態では、制御回路9は、図5(d)に示すように、ゲート駆動信号SA2はハイレベルが保持され、図5(f)に示すように、IGBT2のコレクタ電流Ic2はゼロの状態のままである。   Thereafter, when the collector current Ic1 of the IGBT1 reaches a constant current level before reaching the threshold current Ith1 at time tb2, the IGBT2 is not turned on, and the control circuit 9 keeps the IGBT1 alone on. Therefore, in this state, the control circuit 9 keeps the gate drive signal SA2 at a high level as shown in FIG. 5D, and the collector current Ic2 of the IGBT 2 becomes zero as shown in FIG. It remains in a state.

この状態でのIGBT1のオン動作による損失は、スイッチング損失およびオン抵抗損失の合計となるが、負荷に流れる電流つまりIGBT1のコレクタ電流Ic1のレベルでは、IGBT2もオンさせた場合に比べて低減することができる。   The loss due to the ON operation of the IGBT 1 in this state is the sum of the switching loss and the ON resistance loss. However, the current flowing through the load, that is, the level of the collector current Ic1 of the IGBT 1 is reduced as compared with the case where the IGBT 2 is also turned ON. Can be.

この後、図5(a)に示すように、時刻tb3になって外部からオフ動作のローレベルの駆動信号SAが制御回路9に入力されると、制御回路9は、図5(c)に示すように、ハイレベルのゲート駆動信号SA1を出力する。これにより、電流遮断スイッチ5はオフされ、ゲートオフスイッチ6がオンされ、IGBT1のゲート電圧Vg1は低下して、コレクタ電流Ic1も低下してオフ状態に移行する。   Thereafter, as shown in FIG. 5A, when a low-level drive signal SA for the OFF operation is input from the outside to the control circuit 9 at time tb3, the control circuit 9 returns to FIG. As shown, a high-level gate drive signal SA1 is output. As a result, the current cutoff switch 5 is turned off, the gate-off switch 6 is turned on, the gate voltage Vg1 of the IGBT 1 decreases, the collector current Ic1 also decreases, and the IGBT 1 shifts to the off state.

次に、制御回路9によるローテーション動作について説明する。本実施形態では、IGBT2にも電流検出回路11が設ける構成としている。上記したIGBT1および2の駆動制御では用いていないが、駆動信号SAが与えられる毎に、最初に駆動するIGBTをIGBT1および2で入れ替えて行うようにするものである。   Next, a rotation operation by the control circuit 9 will be described. In the present embodiment, the current detection circuit 11 is provided in the IGBT 2 as well. Although not used in the drive control of the IGBTs 1 and 2, the IGBTs to be driven first are replaced by the IGBTs 1 and 2 each time the drive signal SA is supplied.

したがって、次回外部から駆動信号SAが入力されると、制御回路9は、最初にIGBT2を定電流Isでゲート駆動電圧VG2を印加するように駆動制御する。そして、IGBT2のコレクタ電流Ic2が閾値電流Ith1に達すると、制御回路9は、電流検出回路11から入力される電流検出信号S2に応じて、IGBT1をオン動作させるようにゲート駆動信号SA1を出力して駆動制御する。   Therefore, when the driving signal SA is input from the outside next time, the control circuit 9 controls the driving of the IGBT 2 so that the gate driving voltage VG2 is applied with the constant current Is first. When the collector current Ic2 of the IGBT2 reaches the threshold current Ith1, the control circuit 9 outputs a gate drive signal SA1 to turn on the IGBT1 in accordance with the current detection signal S2 input from the current detection circuit 11. Drive control.

なお、上記のようなローテーション制御は、駆動信号SAが入力される毎にIGBT1および2を入れ替えて駆動するようにしても良いし、複数回の駆動信号SAの入力毎にカウンタなどによって切り替えるように設定することもできる。また、駆動信号SAの入力回数ではなく、他の方式によってローテーション制御を行うことも可能である。   The rotation control as described above may be performed by exchanging the IGBTs 1 and 2 each time the drive signal SA is input, or may be switched by a counter or the like every time the drive signal SA is input a plurality of times. Can also be set. Further, the rotation control can be performed by another method instead of the number of times of input of the drive signal SA.

このように制御回路9によりIGBT1および2をローテーション制御することで、IGBT1および2を平均化させた使用状態とすることができ、これによってIGBT1および2の寿命を平均化させることができる。   By controlling the rotation of the IGBTs 1 and 2 by the control circuit 9 in this way, the IGBTs 1 and 2 can be used in an averaged use state, and thereby the life of the IGBTs 1 and 2 can be averaged.

このような本実施形態によれば、制御回路9により、IGBT1を定電流Isで駆動し、IGBT1のコレクタ電流Ic1が電流閾値Ith1に達したときに、IGBT2を定電圧VDで駆動するようにしたので、IGBT1だけを駆動した場合や、IGBT1および2を同時に駆動した場合に比べて、スイッチング損失とオン抵抗損失の合算値を低減することができる。   According to this embodiment, the control circuit 9 drives the IGBT 1 with the constant current Is, and drives the IGBT 2 with the constant voltage VD when the collector current Ic1 of the IGBT 1 reaches the current threshold Ith1. Therefore, the combined value of the switching loss and the on-resistance loss can be reduced as compared with the case where only IGBT 1 is driven or the case where IGBTs 1 and 2 are simultaneously driven.

また、2個のIGBT1および2の駆動個数を、負荷に流れる電流に応じて変化させることで、スイッチング損失およびオン抵抗損失の和が小さくなる条件で駆動することができる。換言すれば、閾値電流Ith1をそのようなレベルに設定することで、上記した条件を設定して駆動制御することができる。   Further, by changing the number of driven IGBTs 1 and 2 in accordance with the current flowing through the load, driving can be performed under the condition that the sum of the switching loss and the on-resistance loss is reduced. In other words, by setting the threshold current Ith1 to such a level, it is possible to set and drive the above-described conditions.

なお、上記実施形態では、IGBT1および2を制御回路9によりローテーション制御することを前提として、IGBT2のコレクタ電流Ic2を検出する電流検出回路11を設ける構成としたが、IGBT1を始動用として専用に用いる場合には、IGBT1に対する電流検出回路10を設け、電流検出回路11は設けない構成とすることができる。   In the above embodiment, the current detection circuit 11 for detecting the collector current Ic2 of the IGBT 2 is provided on the assumption that the IGBTs 1 and 2 are controlled by the control circuit 9 for rotation. However, the IGBT 1 is exclusively used for starting. In this case, the current detection circuit 10 for the IGBT 1 may be provided and the current detection circuit 11 may not be provided.

また、制御回路9による切り替えスイッチ4への駆動信号SXの出力タイミングは、IGBT1のゲート電圧Vg1が所定レベルに達した時点としたが、IGBT1のコレクタ電流Ic1が閾値電流Ith1に達してIGBT2をオン動作させるときに、これに先立って実施するようにすることもできる。   The output timing of the drive signal SX to the changeover switch 4 by the control circuit 9 is set at the time when the gate voltage Vg1 of the IGBT1 reaches a predetermined level. However, the collector current Ic1 of the IGBT1 reaches the threshold current Ith1 and the IGBT2 is turned on. When operating, it may be performed prior to this.

(第2実施形態)
図6から図11は第2実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、複数の半導体素子として3個のIGBT21〜23を並列接続した構成に適用するゲート駆動装置の例を示している。
(2nd Embodiment)
FIGS. 6 to 11 show a second embodiment. Hereinafter, portions different from the first embodiment will be described. This embodiment shows an example of a gate drive device applied to a configuration in which three IGBTs 21 to 23 are connected in parallel as a plurality of semiconductor elements.

図6は概略的な電気的構成を示すもので、IGBT21〜23は、それぞれコレクタC1〜C3、エミッタE1〜E3、ゲートG1〜G3を備え、さらに電流をモニタするためのセンスエミッタSE1〜SE3を有する。   FIG. 6 shows a schematic electrical configuration. Each of IGBTs 21 to 23 includes collectors C1 to C3, emitters E1 to E3, and gates G1 to G3, and further includes sense emitters SE1 to SE3 for monitoring current. Have.

IGBT21〜および23は図示しない負荷への給電経路に設けられ、各コレクタC1〜C3を共通に接続されるとともに、エミッタE1〜E3を共通に接続された並列駆動方式の構成である。3個のIGBT21〜23へのゲート駆動電圧VG1〜VG3は、直流電源VDから、定電流回路24および切り替えスイッチ25の並列回路を介して供給するように構成されている。   The IGBTs 21 to 23 are provided in a power supply path to a load (not shown), and have a parallel drive system configuration in which the collectors C1 to C3 are commonly connected and the emitters E1 to E3 are commonly connected. Gate drive voltages VG1 to VG3 to the three IGBTs 21 to 23 are configured to be supplied from a DC power supply VD via a parallel circuit of a constant current circuit 24 and a changeover switch 25.

IGBT21のゲートG1は、定電流回路24からゲート電流遮断スイッチ26を介してゲート駆動電圧VG1が与えられる。また、IGBT21のゲートG1は、ゲートオフスイッチ27を介してグランドに接続される。IGBT22のゲートG2は、定電流回路24からゲート電流遮断スイッチ28を介してゲート駆動電圧VG2が与えられる。また、IGBT22のゲートG2は、ゲートオフスイッチ29を介してグランドに接続される。IGBT23のゲートG3は、定電流回路24からゲート電流遮断スイッチ30を介してゲート駆動電圧VG3が与えられる。また、IGBT23のゲートG3は、ゲートオフスイッチ31を介してグランドに接続される。   The gate drive voltage VG1 is applied to the gate G1 of the IGBT 21 from the constant current circuit 24 via the gate current cutoff switch 26. The gate G1 of the IGBT 21 is connected to the ground via the gate-off switch 27. The gate drive voltage VG2 is applied to the gate G2 of the IGBT 22 from the constant current circuit 24 via the gate current cutoff switch 28. The gate G2 of the IGBT 22 is connected to the ground via the gate-off switch 29. The gate drive voltage VG3 is applied to the gate G3 of the IGBT 23 from the constant current circuit 24 via the gate current cutoff switch 30. Further, the gate G3 of the IGBT 23 is connected to the ground via the gate-off switch 31.

制御回路32は、ゲート駆動回路などが含まれた論理回路から構成されるもので、外部からの駆動信号SAに応じてIGBT21〜23に対するゲート駆動信号SA1〜SA3を与える。電流検出回路33〜35は、それぞれIGBT21〜23のセンスエミッタSE1〜SE3からコレクタ・エミッタ電流Ic1〜Ic3に対応した信号が入力され、電流検出信号S1〜S3を制御回路32に出力する。制御回路32は、電流検出信号S1〜S3に応じて、後述するようにして切り替えスイッチ25、電流遮断スイッチ26、28、30およびゲートオフスイッチ27、29、30のオンオフ制御を行う。   The control circuit 32 is composed of a logic circuit including a gate drive circuit and the like, and supplies gate drive signals SA1 to SA3 to the IGBTs 21 to 23 according to an external drive signal SA. Current detection circuits 33 to 35 receive signals corresponding to collector-emitter currents Ic1 to Ic3 from sense emitters SE1 to SE3 of IGBTs 21 to 23, respectively, and output current detection signals S1 to S3 to control circuit 32. The control circuit 32 performs on / off control of the changeover switch 25, the current cutoff switches 26, 28, 30 and the gate-off switches 27, 29, 30 in accordance with the current detection signals S1 to S3 as described later.

なお、上記構成の具体的な回路構成については、説明を省略するが、図2に示した第1実施形態とほぼ同等の回路構成が3個のIGBT21〜23に対応して設けられている。また、この実施形態では、電流検出回路33〜35は、それぞれが閾値電流Ith1およびIth2の2つの閾値電流でコレクタ電流Ic1〜Ic3のレベルを判定している。電流検出信号S1〜S3は、それぞれの検出レベルに応じた信号が出力される。   Although the description of a specific circuit configuration of the above configuration is omitted, a circuit configuration substantially equivalent to that of the first embodiment shown in FIG. 2 is provided corresponding to the three IGBTs 21 to 23. In this embodiment, the current detection circuits 33 to 35 determine the levels of the collector currents Ic1 to Ic3 based on two threshold currents, that is, threshold currents Ith1 and Ith2. As the current detection signals S1 to S3, signals corresponding to the respective detection levels are output.

次に、上記構成の作用について、図7から図11も参照して説明する。
図7は、制御回路32のロジック機能によるIGBT21〜23のゲート駆動制御動作の流れを示している。スタンバイ状態では、制御回路32は、切り替えスイッチ25に対してオフ状態を保持するローレベルの信号SXを出力しており、これにより、電源VDは、定電流回路24で生成される定電流Isを流すことでゲート駆動電圧VG1〜VG3を供給する状態である。
Next, the operation of the above configuration will be described with reference to FIGS.
FIG. 7 shows a flow of the gate drive control operation of the IGBTs 21 to 23 by the logic function of the control circuit 32. In the standby state, the control circuit 32 outputs a low-level signal SX that holds the OFF state to the changeover switch 25, whereby the power supply VD outputs the constant current Is generated by the constant current circuit 24. This is a state in which the gate drive voltages VG1 to VG3 are supplied by flowing.

IGBT21〜23を駆動していない状態では、制御回路32は、IGBT21〜23に対して、ハイレベルのゲート駆動信号SA1〜SA3を出力している。これにより、電流遮断スイッチ26、28、30はオフ状態に保持され、ゲートオフスイッチ27、29、31はオン状態に保持されている。IGBT21〜23の各ゲートG1〜G3はゲートオフスイッチ27、29、31を介してグランドに接続され、それぞれオフ状態が保持されている。   When the IGBTs 21 to 23 are not driven, the control circuit 32 outputs high-level gate drive signals SA1 to SA3 to the IGBTs 21 to 23. As a result, the current cutoff switches 26, 28, and 30 are kept in the off state, and the gate off switches 27, 29, and 31 are kept in the on state. The gates G1 to G3 of the IGBTs 21 to 23 are connected to the ground via gate-off switches 27, 29, and 31, respectively, and are kept in the off state.

そして、制御回路32は、外部からハイレベルの駆動信号SAが与えられると、第1実施形態と同様にして、ステップA1として、始動用の半導体素子であるIGBT21を定電流で駆動させる。この後、IGBT21のゲート電圧が安定すると、次に、制御回路32では、ステップA2で、切り替えスイッチ25にローレベルの切り替え信号SXを出力して定電流回路24による定電流供給状態を停止し、電源VDを直接供給する定電圧供給状態に切り替える。   Then, when a high-level drive signal SA is supplied from the outside, the control circuit 32 drives the IGBT 21 which is a starting semiconductor element with a constant current as step A1, as in the first embodiment. Thereafter, when the gate voltage of the IGBT 21 is stabilized, the control circuit 32 outputs a low-level switching signal SX to the changeover switch 25 in step A2 to stop the constant current supply state by the constant current circuit 24. The state is switched to a constant voltage supply state for directly supplying the power supply VD.

電流検出回路33は、IGBT21の電流値Ic1が閾値電流Ith1以上になることを検出すると、検出信号S1を制御回路32に出力する。IGBT21の電流値Ic1が閾値電流Ith1未満の状態であるときには、制御回路32は、ステップA3でYESとして、IGBT21単独のオン状態を継続する。また、電流値Ic1が閾値電流Ith1以上になって電流検出回路33から閾値電流Ith1以上に達した検出信号S1が出力されると、制御回路32は、ステップA4に進み、IGBT22を定電圧駆動する。   When detecting that the current value Ic1 of the IGBT 21 becomes equal to or greater than the threshold current Ith1, the current detection circuit 33 outputs a detection signal S1 to the control circuit 32. When the current value Ic1 of the IGBT 21 is less than the threshold current Ith1, the control circuit 32 continues the ON state of the IGBT 21 alone as YES in step A3. When the current value Ic1 becomes equal to or more than the threshold current Ith1 and the detection signal S1 that has reached the threshold current Ith1 or more is output from the current detection circuit 33, the control circuit 32 proceeds to step A4 and drives the IGBT 22 at a constant voltage. .

このとき、IGBT22は、既にIGBT21がオンしていることでドレイン・ソース間にかかる電圧が低い状態であるから、定電圧駆動をすることで損失を削減することができる。また、これにより、2個のIGBT21および22を駆動することで、全体としてオン抵抗を低下させた状態で全体の電流を流すことができ、オン抵抗損失の低減を図ることができる。   At this time, since the voltage applied between the drain and the source of the IGBT 22 is low because the IGBT 21 is already on, the loss can be reduced by driving the IGBT 22 at a constant voltage. In addition, by driving the two IGBTs 21 and 22, the entire current can flow while the on-resistance is lowered as a whole, and the on-resistance loss can be reduced.

この状態で、電流検出回路34は、IGBT22の電流値Ic2が閾値電流Ith2以上になることを検出すると、検出信号S2を制御回路32に出力する。IGBT22の電流値Ic2が閾値電流Ith2に達していない状態であるときには、制御回路32は、ステップA5でYESとして、IGBT21および22のオン状態を継続する。また、電流値Ic2が閾値電流Ith2以上になって電流検出回路34から閾値電流Ith2以上に達した検出信号S2が出力されると、制御回路32は、ステップA6に進み、さらにIGBT23を定電圧駆動する。   In this state, when detecting that the current value Ic2 of the IGBT 22 becomes equal to or larger than the threshold current Ith2, the current detection circuit 34 outputs a detection signal S2 to the control circuit 32. When the current value Ic2 of the IGBT 22 has not reached the threshold current Ith2, the control circuit 32 continues the on state of the IGBTs 21 and 22 as YES in step A5. When the current value Ic2 becomes equal to or more than the threshold current Ith2 and the detection signal S2 that has reached the threshold current Ith2 or more is output from the current detection circuit 34, the control circuit 32 proceeds to step A6, and further drives the IGBT 23 with the constant voltage drive. I do.

このとき、IGBT23は、既にIGBT21、22がオンしていることでドレイン・ソース間にかかる電圧が低い状態であるから、定電圧駆動をすることで損失を削減することができる。また、これにより、3個のIGBT21〜23を駆動することで、全体としてオン抵抗を低下させた状態で全体の電流を流すことができ、オン抵抗損失の低減を図ることができる。   At this time, since the voltage applied between the drain and the source of the IGBT 23 is low because the IGBTs 21 and 22 are already turned on, the loss can be reduced by performing the constant voltage driving. In addition, by driving the three IGBTs 21 to 23, the entire current can flow while the on-resistance is lowered as a whole, and the on-resistance loss can be reduced.

上記した動作において、電流検出回路33の閾値電流Ith1の値は、これ以上IGBT21のコレクタ電流Ic1が増えると、IGBT21のオン抵抗による損失が増大することとなり、IGBT22も駆動することでスイッチング損失が増大してもオン抵抗による損失を低減することで、全体として損失を低減できるレベルに設定されている。   In the above operation, when the collector current Ic1 of the IGBT 21 further increases, the value of the threshold current Ith1 of the current detection circuit 33 increases, so that the loss due to the ON resistance of the IGBT 21 increases, and the IGBT 22 also drives to increase the switching loss. Even so, the loss is set to a level that can reduce the loss as a whole by reducing the loss due to the on-resistance.

また、電流検出回路34の閾値電流Ith2の値は、これ以上IGBT22のコレクタ電流Ic2が増えると、IGBT21および22のオン抵抗による損失が増大することとなり、IGBT23も駆動することでスイッチング損失が増大してもオン抵抗による損失を低減することで、全体として損失を低減できるレベルに設定されている。   Also, the value of the threshold current Ith2 of the current detection circuit 34 is such that if the collector current Ic2 of the IGBT 22 further increases, the loss due to the on-resistance of the IGBTs 21 and 22 increases, and the switching loss increases by driving the IGBT 23 as well. However, the level is set to a level that can reduce the loss as a whole by reducing the loss due to the on-resistance.

これによって、初期駆動時はスイッチング損失のばらつきを低減するために、IGBT21を定電流で駆動し、IGBT21の電流Ic1が閾値電流Ith1以上になると、次段駆動用の半導体素子であるIGBT22を定電圧で駆動することで、dV/dtを上げて損失を削減したオン動作を行うことができる。さらに、IGBT22の電流Ic2が閾値電流Ith2以上になると、次段駆動用で最終駆動用の半導体素子であるIGBT23を定電圧で駆動することで、dV/dtを上げて損失を削減したオン動作を行うことができる。   Thus, in the initial drive, the IGBT 21 is driven with a constant current in order to reduce the variation of the switching loss. When the current Ic1 of the IGBT 21 becomes equal to or more than the threshold current Ith1, the IGBT 22 which is a semiconductor element for driving the next stage is driven at a constant voltage. , It is possible to perform an on operation in which dV / dt is increased and loss is reduced. Further, when the current Ic2 of the IGBT 22 becomes equal to or larger than the threshold current Ith2, the IGBT 23, which is a semiconductor element for the next-stage drive and for final drive, is driven at a constant voltage, thereby increasing the dV / dt to reduce the loss to reduce the loss. It can be carried out.

次に、上記の動作について、図8〜図10を参照して説明する。
図8は、負荷に流れる電流が大きく、3個のIGBT21〜23を、共にオン動作させる場合のタイムチャートを示す。また、図9は、負荷に流れる電流が中程度で、IGBT21および22をオン動作させる場合のタイムチャートを示している。図10は、負荷に流れる電流が小さく、IGBT21だけをオン動作させる場合のタイムチャートを示している。
Next, the above operation will be described with reference to FIGS.
FIG. 8 is a time chart in the case where the current flowing through the load is large and all three IGBTs 21 to 23 are turned on. FIG. 9 shows a time chart when the IGBTs 21 and 22 are turned on when the current flowing through the load is medium. FIG. 10 shows a time chart when the current flowing through the load is small and only the IGBT 21 is turned on.

図8(a)に示すように、時刻ta1でハイレベルの駆動信号SAが入力されると、制御回路32は、図8(c)に示すように、IGBT21をオンさせるためにローレベルのゲート駆動信号SA1を出力する。これにより、ゲートオフスイッチ27はオフされ、電流遮断スイッチ26はオンされ、IGBT21のゲートG1に定電流回路24から定電流Isによってゲート駆動電圧VG1が与えられる。   As shown in FIG. 8A, when the high-level drive signal SA is input at time ta1, the control circuit 32 causes the low-level gate to turn on the IGBT 21 as shown in FIG. 8C. The driving signal SA1 is output. As a result, the gate-off switch 27 is turned off, the current cutoff switch 26 is turned on, and the gate drive voltage VG1 is supplied from the constant current circuit 24 to the gate G1 of the IGBT 21 by the constant current Is.

IGBT21のゲート電圧Vg1は、図8(b)に実線で示すように、ゲートG1に一定電流Isを供給することで一定の傾斜をもって上昇し、図8(f)に示すように、IGBT21のコレクタ電流Ic1が徐々に増加していく。IGBT21のゲート電圧Vg1が所定レベル以上になった後に、制御回路32は、切り替えスイッチ25をオン状態に切り替えて定電流回路24を無効化する。   As shown by the solid line in FIG. 8B, the gate voltage Vg1 of the IGBT 21 rises with a constant slope by supplying a constant current Is to the gate G1, and as shown in FIG. 8F, the collector voltage of the IGBT 21 The current Ic1 gradually increases. After the gate voltage Vg1 of the IGBT 21 becomes equal to or higher than the predetermined level, the control circuit 32 switches the changeover switch 25 to the ON state to invalidate the constant current circuit 24.

この後、時刻ta2でIGBT21のコレクタ電流Ic1が閾値電流Ith1に達すると、制御回路32は、図8(d)に示すように、IGBT22をオンさせるためにローレベルのゲート駆動信号SA2を出力する。これにより、ゲートオフスイッチ29はオフされ、電流遮断スイッチ28はオンされ、IGBT22のゲートG2に電源VDから定電圧でゲート駆動電圧VG2が与えられる。   Thereafter, when the collector current Ic1 of the IGBT 21 reaches the threshold current Ith1 at time ta2, the control circuit 32 outputs a low-level gate drive signal SA2 to turn on the IGBT 22, as shown in FIG. 8D. . As a result, the gate-off switch 29 is turned off, the current cutoff switch 28 is turned on, and the gate drive voltage VG2 is applied to the gate G2 of the IGBT 22 at a constant voltage from the power supply VD.

IGBT22のゲート電圧Vg2は、図8(b)に破線で示すように、ゲートG2に定電圧が印加されることでIGBT21のゲート電圧Vg1よりも急峻な傾きで上昇し、図8(g)に示すように、IGBT22のコレクタ電流Ic2が増加していく。このとき、IGBT21のコレクタ電流Ic1は、IGBT22のコレクタ電流Ic2が増加することで分担する電流が低下するので閾値電流Ith1以下になる。これによって、2個のIGBT21および22によって負荷への給電が行われる状態となる。   The gate voltage Vg2 of the IGBT 22 rises at a steeper slope than the gate voltage Vg1 of the IGBT 21 by applying a constant voltage to the gate G2, as shown by a broken line in FIG. As shown, the collector current Ic2 of the IGBT 22 increases. At this time, the collector current Ic1 of the IGBT 21 becomes equal to or less than the threshold current Ith1 because the current shared by the collector current Ic2 of the IGBT 22 increases and decreases. Thus, power is supplied to the load by the two IGBTs 21 and 22.

この後、時刻ta3でIGBT22のコレクタ電流Ic2が閾値電流Ith2に達すると、制御回路32は、図8(e)に示すように、IGBT23をオンさせるためにローレベルのゲート駆動信号SA3を出力する。これにより、ゲートオフスイッチ31はオフされ、電流遮断スイッチ30はオンされ、IGBT23のゲートG3に電源VDから定電圧でゲート駆動電圧VG3が与えられる。   Thereafter, when the collector current Ic2 of the IGBT 22 reaches the threshold current Ith2 at time ta3, the control circuit 32 outputs a low-level gate drive signal SA3 to turn on the IGBT 23, as shown in FIG. . Accordingly, the gate-off switch 31 is turned off, the current cutoff switch 30 is turned on, and the gate drive voltage VG3 is applied to the gate G3 of the IGBT 23 from the power supply VD at a constant voltage.

IGBT23のゲート電圧Vg3は、図8(b)に点線で示すように、ゲートG3に定電圧が印加されることでIGBT22のゲート電圧Vg2と同様にして急峻な傾きで上昇し、図8(h)に示すように、IGBT23のコレクタ電流Ic3が増加していく。このとき、IGBT21および22のコレクタ電流Ic1、Ic2は、IGBT23のコレクタ電流Ic3が増加することで分担する電流が低下し、コレクタ電流Ic2は閾値電流Ith2以下になる。これによって、3個のIGBT21〜23によって負荷への給電が行われる状態となる。   As shown by a dotted line in FIG. 8B, the gate voltage Vg3 of the IGBT 23 rises with a steep slope in the same manner as the gate voltage Vg2 of the IGBT 22 by applying a constant voltage to the gate G3, as shown by a dotted line in FIG. ), The collector current Ic3 of the IGBT 23 increases. At this time, the collector currents Ic1 and Ic2 of the IGBTs 21 and 22 decrease as the collector current Ic3 of the IGBT 23 increases, and the collector current Ic2 becomes equal to or smaller than the threshold current Ith2. As a result, the power supply to the load is performed by the three IGBTs 21 to 23.

この後、時刻ta4でIGBT23のコレクタ電流Ic3の上昇が止まり、一定電流になると、IGBT21および22のコレクタ電流Ic1およびIc2も一定電流になり、全体として負荷に流れる電流が一定になった状態となる。これにより、IGBT22および23をオンさせるときのスイッチング損失が増えるものの、3個のIGBT21〜23によるオン抵抗による損失の和がそれ以上に低下するので、全体としての損失を低減することができる。   Thereafter, at time ta4, the rise of the collector current Ic3 of the IGBT 23 stops, and when the current becomes constant, the collector currents Ic1 and Ic2 of the IGBTs 21 and 22 also become constant, and the current flowing to the load as a whole becomes constant. . As a result, although the switching loss when the IGBTs 22 and 23 are turned on increases, the sum of the losses due to the on-resistances of the three IGBTs 21 to 23 further decreases, so that the overall loss can be reduced.

また、図8(a)に示すように、時刻ta5になって外部からオフ動作のローレベルの駆動信号SAが制御回路32に入力されると、制御回路32は、図8(c)〜(e)に示すように、ハイレベルのゲート駆動信号SA1〜SA3を出力する。これにより、電流遮断スイッチ26、28、30はオフされ、ゲートオフスイッチ27、29、31がオンされ、IGBT21〜23のゲート電圧Vg1〜Vg3は低下し、コレクタ電流Ic1〜Ic3も低下してオフ状態に移行する。   Further, as shown in FIG. 8A, when a low-level drive signal SA for the off operation is input from the outside to the control circuit 32 at time ta5, the control circuit 32 transmits the signals shown in FIGS. As shown in e), high-level gate drive signals SA1 to SA3 are output. As a result, the current cutoff switches 26, 28, and 30 are turned off, the gate-off switches 27, 29, and 31 are turned on, the gate voltages Vg1 to Vg3 of the IGBTs 21 to 23 decrease, and the collector currents Ic1 to Ic3 also decrease and turn off. Transition to the state.

次に、負荷に流れる電流が中程度で、IGBT21および22をオン動作させる場合には、図9に示すような動作が行われる。この動作については、第1実施形態で説明した図4に示した場合の動作と同等であるので、説明を省略する。同様に、負荷に流れる電流が少なく、IGBT21のみオン動作させる場合には、図10に示すような動作が行われる。この動作についても、第1実施形態で説明した図5に示した場合の動作と同等であるので、説明を省略する。   Next, when the IGBTs 21 and 22 are turned on when the current flowing through the load is medium, the operation shown in FIG. 9 is performed. This operation is the same as the operation in the case of FIG. 4 described in the first embodiment, and a description thereof will be omitted. Similarly, when the current flowing to the load is small and only the IGBT 21 is turned on, the operation shown in FIG. 10 is performed. This operation is also the same as the operation in the case of FIG. 5 described in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

次に、上記の動作と損失の発生との関係について、図11を参照して説明する。この実施形態では、3個のIGBT21〜23を負荷電流の大きさに応じてオン動作を制御する構成としている。この場合において、オン動作させるIGBT21〜23の個数と、その時に発生するスイッチング損失およびオン抵抗損失、合算損失の関係を示している。   Next, the relationship between the above operation and the occurrence of loss will be described with reference to FIG. In this embodiment, the three IGBTs 21 to 23 are configured to control the ON operation according to the magnitude of the load current. In this case, the relationship between the number of the IGBTs 21 to 23 to be turned on and the switching loss, the on-resistance loss, and the total loss occurring at that time is shown.

スイッチング損失については、IGBT1個あたりの損失は定電流駆動がやや少なく、定電流駆動後の定電圧駆動では発生する損失はほぼ同じとなっている。したがって、図中黒四角と点線で示しているように、オン動作させるIGBTの個数にほぼ比例して増加する傾向を示している。   Regarding the switching loss, the loss per IGBT is slightly smaller in the constant current drive, and the loss generated in the constant voltage drive after the constant current drive is almost the same. Therefore, as shown by a black square and a dotted line in the drawing, the number of the IGBTs to be turned on tends to increase substantially in proportion to the number of IGBTs to be turned on.

一方、オン抵抗損失については、負荷電流の電流レベルに応じて異なるものであり、負荷電流が「大」、「中」、「小」の場合に対応して示している。上記した3個のIGBT21〜23をオン動作させる場合を負荷電流「大」とし黒四角と実線で示している。2個のIGBT21、22をオン動作させる場合を負荷電流「中」として黒四角と破線で示している。IGBT21だけをオン動作させる場合を負荷電流「小」として黒四角と一点鎖線で示している。オン抵抗損失は、いずれの負荷電流レベルにおいても、IGBTのオン動作の個数が多いほど低下する傾向にある。   On the other hand, the on-resistance loss varies depending on the current level of the load current, and corresponds to the case where the load current is “large”, “medium”, and “small”. The case where the above-mentioned three IGBTs 21 to 23 are turned on is indicated by a black square and a solid line with the load current being “large”. The case where the two IGBTs 21 and 22 are turned on is indicated by a black square and a broken line as the load current “medium”. The case where only the IGBT 21 is turned on is indicated by a black square and a dashed line as the load current “small”. At any load current level, the on-resistance loss tends to decrease as the number of on-operations of the IGBT increases.

IGBT21〜23をオン動作させる場合の全体の損失は、スイッチング損失とオン抵抗損失を合算したものである。合算損失は図中に負荷電流の電流レベル「大」、「中」、「小」に応じて、太実線、太破線、太一点鎖線と黒三角で示している。したがって、合算損失が最も小さくなるときのIGBTの駆動個数が適切な駆動制御状態であると言える。   The total loss when the IGBTs 21 to 23 are turned on is the sum of the switching loss and the on-resistance loss. The total loss is indicated by a thick solid line, a thick broken line, a thick dashed-dotted line, and a black triangle according to the current levels of the load currents “large”, “medium”, and “small”. Therefore, it can be said that the number of IGBTs driven when the total loss is minimized is in an appropriate drive control state.

この結果、負荷電流が「大」では、白抜き三角に「3」を記載した3個のIGBT21〜23をオン動作させたときの合算損失が最も小さい。負荷電流が「中」では、白抜き三角に「2」を記載した2個のIGBT21、22をオン動作させたときの合算損失が最も小さい。負荷電流が「小」では、白抜き三角に「1」を記載した1個のIGBT21をオン動作させたときの合算損失が最も小さい。   As a result, when the load current is “large”, the total loss when the three IGBTs 21 to 23 in which “3” is described in the open triangle is turned on is the smallest. When the load current is “medium”, the combined loss when the two IGBTs 21 and 22 with “2” described in the open triangle are turned on is the smallest. When the load current is “small”, the combined loss when one IGBT 21 in which “1” is described in the open triangle is turned on is the smallest.

換言すれば、上記のように負荷電流のレベルによってIGBT21〜23の駆動個数を切り替えるように、閾値電流Ith1、Ith2を設定することで、負荷電流のレベルによって発生する合算損失を最も低減することができるのである。   In other words, by setting the threshold currents Ith1 and Ith2 such that the drive number of the IGBTs 21 to 23 is switched according to the load current level as described above, it is possible to minimize the total loss caused by the load current level. You can.

なお、上記構成においても、それぞれのIGBT21〜23に対応して電流検出回路33〜35を設けているので、第1実施形態と同様にして、制御回路32によるIGBT21〜23のローテーション動作により駆動制御することができる。   In the above configuration, since the current detection circuits 33 to 35 are provided corresponding to the respective IGBTs 21 to 23, similarly to the first embodiment, the drive control is performed by the rotation operation of the IGBTs 21 to 23 by the control circuit 32. can do.

また、制御回路32によるローテーション制御は、駆動信号SAが入力される毎にIGBT21〜23を適宜入れ替えて駆動するようにしても良いし、複数回の駆動信号SAの入力毎にカウンタなどによって切り替えるように設定することもできる。また、駆動信号SAの入力回数ではなく、他の方式によってローテーション制御を行うことも可能である。   Further, the rotation control by the control circuit 32 may be performed by appropriately switching the IGBTs 21 to 23 every time the drive signal SA is input, or may be switched by a counter or the like every time the drive signal SA is input a plurality of times. Can also be set to Further, the rotation control can be performed by another method instead of the number of times of input of the drive signal SA.

このように制御回路32によりIGBT21〜23をローテーション制御することで、IGBT21〜23を平均化させた使用状態とすることができ、これによってIGBT21〜23の寿命を平均化させることができる。   In this way, by controlling the rotation of the IGBTs 21 to 23 by the control circuit 32, the IGBTs 21 to 23 can be used in an averaged use state, whereby the life of the IGBTs 21 to 23 can be averaged.

したがって、このような第2実施形態によっても、3個のIGBT21〜23を設けた場合においても、第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
なお、上記実施形態においても、IGBT21〜23を制御回路32によりローテーション制御することを前提として、IGBT23のコレクタ電流Ic3を検出する電流検出回路35を設ける構成としたが、電流検出回路35を設けない構成として、2個のIGBT21および22をローテーション動作させることもできる。
Therefore, according to the second embodiment, even when the three IGBTs 21 to 23 are provided, the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained.
In the above embodiment, the current detection circuit 35 for detecting the collector current Ic3 of the IGBT 23 is provided on the premise that the IGBTs 21 to 23 are controlled to be rotated by the control circuit 32. However, the current detection circuit 35 is not provided. As a configuration, the two IGBTs 21 and 22 can be rotated.

(第3実施形態)
図12から図14は第3実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、上記した第1実施形態と同様の構成において、IGBT1および2を共にオン動作させている状態で、オフ動作させる場合の制御について示している。なお、この実施形態では、オフ動作を主体とした制御を示すため、オン動作については、2個のIGBT1および2を同時にオンさせる場合を示しているが、勿論、第1実施形態のようにオン動作についての制御を実施することができるものである。
(Third embodiment)
FIGS. 12 to 14 show a third embodiment. Hereinafter, portions different from the first embodiment will be described. In this embodiment, a control in the case where the IGBTs 1 and 2 are turned on and both are turned off in the same configuration as the first embodiment is described. In this embodiment, since the control mainly includes the off operation, the on operation indicates the case where the two IGBTs 1 and 2 are simultaneously turned on. However, as a matter of course, the on operation is performed as in the first embodiment. It is possible to control the operation.

図12は、制御回路9によるオン動作中のIGBT1および2をオフ駆動させるときの制御動作の流れを示している。この実施形態では、外部から与えられる駆動信号SAによるオン期間Tonがある程度の範囲に入るように設定されている場合において、先にオフさせるIGBT2のオフ時間toffが予め設定されている。   FIG. 12 shows a flow of a control operation performed by the control circuit 9 to turn off the IGBTs 1 and 2 during the ON operation. In this embodiment, when the on-period Ton by the externally applied drive signal SA is set to fall within a certain range, the off-time toff of the IGBT 2 to be turned off first is set in advance.

制御回路9は、外部からオン動作のハイレベルの駆動信号SAが入力されると、その時点からの経過時間のカウントを開始している。制御回路9は、2個のIGBT1および2をオン動作させたときには、図12に示す動作を行う。すなわち、制御回路9は、まず、ステップB1として、経過時間がオフ時間toffを経過するのを待ちながら、ステップBで、駆動信号SAがオフ動作を示すローレベルに変化したか否かを判断する。   When the high-level drive signal SA for the ON operation is input from the outside, the control circuit 9 starts counting the elapsed time from that point. The control circuit 9 performs the operation shown in FIG. 12 when the two IGBTs 1 and 2 are turned on. That is, the control circuit 9 first determines whether or not the drive signal SA has changed to a low level indicating the off operation in step B while waiting for the elapsed time to exceed the off time toff in step B1. .

ここでは、通常の場合には、先にオフ時間toffが経過するので、制御回路9は、ステップB3として、IGBT2を先にオフさせるようにハイレベルのゲート駆動信号SA2を出力する。これにより、IGBT1がオンを保持した状態でIGBT2はオフする。制御回路9は、この後、ステップB4で、外部からローレベルの駆動信号SAが入力されるのを待って、ステップB5になると、IGBT1をオフさせて動作を終了する。   Here, in the normal case, since the off-time toff elapses first, the control circuit 9 outputs a high-level gate drive signal SA2 so as to turn off the IGBT 2 first, as step B3. Thereby, IGBT2 is turned off while IGBT1 is kept on. Thereafter, the control circuit 9 waits for the input of the low-level drive signal SA from the outside in step B4, and in step B5, turns off the IGBT 1 and ends the operation.

一方、制御回路9は、オフ時間toffが経過する前に外部からローレベルの駆動信号SAが入力されると、ステップB2でYESとなって、この後、ステップB6で、2個のIGBT1および2を共にオフさせる。   On the other hand, if the low-level drive signal SA is input from the outside before the off-time toff elapses, the control circuit 9 turns to YES in step B2, and thereafter in step B6, the two IGBTs 1 and 2 Are turned off together.

次に、上記のオフ動作について、図13および図14を参照して説明する。図13は、2個のIGBT1、2をオン動作させた後、ローレベルの駆動信号SAが入力される前にオフ期間toffが経過する場合のタイムチャートを示している。図14は、2個のIGBT1、2をオン動作させた後、オフ期間toffが経過する前にローレベルの駆動信号SAが入力された場合のタイムチャートを示している。   Next, the above-mentioned off operation will be described with reference to FIGS. FIG. 13 shows a time chart in a case where the off period toff elapses before the low-level drive signal SA is input after the two IGBTs 1 and 2 are turned on. FIG. 14 shows a time chart when the low-level drive signal SA is input before the off period toff elapses after the two IGBTs 1 and 2 are turned on.

まず、図13の動作では、図13(a)に示すように、時刻tx1でハイレベルの駆動信号SAが入力されると、制御回路9は、図13(c)、(d)に示すように、IGBT1および2をオンさせるためにローレベルのゲート駆動信号SA1、SA2を出力する。これにより、ゲートオフスイッチ6、8はオフされ、電流遮断スイッチ5、7はオンされ、IGBT1、2のゲートG1、G2に定電流回路3から定電流Isによってゲート駆動電圧VG1、VG2が与えられる。   First, in the operation of FIG. 13, as shown in FIG. 13A, when the high-level drive signal SA is input at the time tx1, the control circuit 9 causes the control circuit 9 to operate as shown in FIGS. 13C and 13D. To turn on the IGBTs 1 and 2 to output low-level gate drive signals SA1 and SA2. As a result, the gate-off switches 6, 8 are turned off, the current cutoff switches 5, 7 are turned on, and the gate drive voltages VG1, VG2 are supplied from the constant current circuit 3 to the gates G1, G2 of the IGBTs 1, 2 by the constant current Is. .

IGBT1、2のゲート電圧Vg1、Vg2は、図13(b)に実線および破線で示すように、ゲートG1およびG2に一定電流Isを供給することで一定の傾斜をもって上昇し、図13(e)、(f)に示すように、IGBT1、2のコレクタ電流Ic1、Ic2が徐々に増加してオン状態となる。この後、制御回路9は、切り替えスイッチ4をオン状態に切り替えて定電流回路3を無効化する。   The gate voltages Vg1 and Vg2 of the IGBTs 1 and 2 rise with a constant slope by supplying a constant current Is to the gates G1 and G2, as shown by a solid line and a broken line in FIG. As shown in (f), the collector currents Ic1 and Ic2 of the IGBTs 1 and 2 gradually increase and turn on. After that, the control circuit 9 switches the changeover switch 4 to the ON state to invalidate the constant current circuit 3.

この後、IGBT1および2のオン動作中に、時刻tx2でオフ期間toffの経過になると、制御回路9は、図13(d)に示すように、ハイレベルのゲート駆動信号SA2を出力してIGBT2をオフさせる。IGBT2のゲート電圧Vg2は、図13(b)に示すようにゼロに低下し、コレクタ電流Ic2も図13(f)に示すようにゼロに低下する。このとき、IGBT1のコレクタ電流Ic1は、図13(e)に示すように、IGBT2に流れていたコレクタ電流Ic2の分が加算されて増大する。   Thereafter, when the off period toff elapses at time tx2 during the ON operation of the IGBTs 1 and 2, the control circuit 9 outputs a high-level gate drive signal SA2 to output the IGBT2 as shown in FIG. Off. The gate voltage Vg2 of the IGBT2 drops to zero as shown in FIG. 13B, and the collector current Ic2 also drops to zero as shown in FIG. At this time, as shown in FIG. 13E, the collector current Ic1 of the IGBT1 increases by adding the collector current Ic2 flowing through the IGBT2.

この後、時刻txnで、図13(a)に示すように、外部からローレベルの駆動信号SAが入力されると、制御回路9は、図13(c)に示すように、ハイレベルのゲート駆動信号SA1を出力してIGBT1をオフさせる。IGBT1のゲート電圧Vg1は、図13(b)に示すように徐々に低下し、コレクタ電流Ic1も図13(e)に示すように低下してゼロになる。   Thereafter, at time txn, as shown in FIG. 13A, when a low-level driving signal SA is input from the outside, the control circuit 9 causes the high-level gate to be driven as shown in FIG. The drive signal SA1 is output to turn off the IGBT1. The gate voltage Vg1 of the IGBT1 gradually decreases as shown in FIG. 13B, and the collector current Ic1 also drops to zero as shown in FIG. 13E.

この結果、オン動作中の2個のIGBT1および2に対して、先にタイマ時間toffが経過した時点でIGBT2をオフさせてからIGBT1をオフさせるので、2個のIGBT1、2を同時にオフ動作さる場合に比べて、オフ駆動時のテール電流に起因した発熱等のスイッチングオフ損失を低減させることができる。   As a result, for the two IGBTs 1 and 2 that are in the ON operation, the IGBT 2 is turned off and then the IGBT 1 is turned off when the timer time toff elapses, so that the two IGBTs 1 and 2 are simultaneously turned off. As compared with the case, the switching off loss such as heat generation due to the tail current at the time of off driving can be reduced.

次に、上記の動作では、ローレベルの駆動信号SAが外部から入力するまでの期間Toffが経過する前に、オフ期間toffが経過するように設定しているので、IGBT2を先にオフ動作させることができるものである。しかし、期間Toffが経過する前にオフ動作を指示するローレベルの駆動信号SAが入力される場合を想定して、図14に示す動作を実施する。   Next, in the above operation, since the off-period toff is set to elapse before the period Toff until the low-level drive signal SA is input from the outside, the IGBT 2 is turned off first. Is what you can do. However, the operation illustrated in FIG. 14 is performed on the assumption that a low-level drive signal SA instructing an OFF operation is input before the period Toff elapses.

すなわち、図14において、2個のIGBT1、2がオン状態で、図14(a)に示すように、オフ期間toffが経過する時刻tx2になる前の時刻txnに、ローレベルの駆動信号SAが外部から入力すると、制御回路9は、図14(c)、(d)に示すようにハイレベルのゲート駆動信号SA1、SA2を出力する。これにより、2個のIGBT1、2は、図14(b)に示すように、共にゲート電圧Vg1、Vg2がゼロに低下し、図14(e)、(f)に示すように、コレクタ電流Ic1、Ic2がゼロになってオフする。   That is, in FIG. 14, when the two IGBTs 1 and 2 are in the on state, and as shown in FIG. 14A, at time txn before the time tx2 when the off period toff elapses, the low-level drive signal SA is output. When input from outside, the control circuit 9 outputs high-level gate drive signals SA1 and SA2 as shown in FIGS. As a result, the gate voltages Vg1 and Vg2 of the two IGBTs 1 and 2 both drop to zero as shown in FIG. 14B, and the collector current Ic1 as shown in FIGS. 14E and 14F. , Ic2 become zero and turn off.

このような第3実施形態によれば、制御回路9により、オフ時間toffの経過時点でIGBT2を先にオフさせた後に、駆動信号SAのタイミングでIGBT1をオフ動作させることで、オフ駆動時のテール電流に起因した発熱等のスイッチングオフ損失を低減させることができる。   According to the third embodiment, the control circuit 9 turns off the IGBT 2 first after the elapse of the off-time toff, and then turns off the IGBT 1 at the timing of the drive signal SA. Switching off loss such as heat generation due to the tail current can be reduced.

なお、上記実施形態では、2個のIGBT1、2の場合であるが、IGBTが3個の第2実施形態や4個以上並列に設けられる構成においても適用することができる。この場合において、最後にオフ動作させるIGBTを1個残して残りのIGBTを同時にオフ動作させることができる。   In the above embodiment, two IGBTs 1 and 2 are used, but the present invention can also be applied to the second embodiment in which three IGBTs are provided or a configuration in which four or more IGBTs are provided in parallel. In this case, one IGBT to be turned off last can be left, and the remaining IGBTs can be turned off simultaneously.

(第4実施形態)
図15は第4実施形態を示すもので、第3実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、制御回路9に対して与えるゲート駆動信号を、最終的にオフ動作させる駆動信号SAaに対して、これに先立ってオフ動作させる駆動信号SAbを与える構成としている。
(Fourth embodiment)
FIG. 15 shows a fourth embodiment, and parts different from the third embodiment will be described. In this embodiment, a gate drive signal to be given to the control circuit 9 is given a drive signal SAb to be turned off before a drive signal SAa to be finally turned off.

制御回路9は、前述同様にして2個のIGBT1、2を時刻ty1でオン動作させると、この後、図15(b)に示すように、時刻ty2で外部からローレベルの駆動信号SAbが入力される。これにより、制御回路9は、図15(e)に示すように、ハイレベルのゲート駆動信号SA2を出力してIGBT2をオフ動作させる。IGBT2のゲート電圧Vg2は、図15(c)に示すようにゼロまで低下し、コレクタ電流Ic2も図13(g)に示すようにゼロまで低下する。このとき、IGBT1のコレクタ電流Ic1は、図1f(e)に示すように、IGBT2に流れていたコレクタ電流Ic2の分が加算されて増大する。   When the two IGBTs 1 and 2 are turned on at time ty1 in the same manner as described above, the control circuit 9 thereafter receives an external low-level drive signal SAb at time ty2 as shown in FIG. Is done. As a result, the control circuit 9 outputs the high-level gate drive signal SA2 to turn off the IGBT 2 as shown in FIG. The gate voltage Vg2 of the IGBT2 drops to zero as shown in FIG. 15C, and the collector current Ic2 also drops to zero as shown in FIG. At this time, the collector current Ic1 of the IGBT1 increases as shown in FIG. 1F (e) by adding the collector current Ic2 flowing through the IGBT2.

この後、時刻ty3で、図15(a)に示すように、外部からローレベルの駆動信号SAaが入力されると、制御回路9は、図1d(c)に示すように、ハイレベルのゲート駆動信号SA1を出力してIGBT1をオフさせる。IGBT1のゲート電圧Vg1は、図15(b)に示すように徐々に低下し、コレクタ電流Ic1も図15(e)に示すように低下してゼロになる。   Thereafter, at time ty3, when a low-level drive signal SAa is input from the outside as shown in FIG. 15A, the control circuit 9 switches the high-level gate as shown in FIG. The drive signal SA1 is output to turn off the IGBT1. The gate voltage Vg1 of the IGBT1 gradually decreases as shown in FIG. 15B, and the collector current Ic1 also drops to zero as shown in FIG. 15E.

この結果、オン動作中の2個のIGBT1および2に対して、異なるタイミングで入力される駆動信号SAa、SAbによって、IGBT2をオフさせてからIGBT1をオフさせるので、第3実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、この実施形態においても、第3実施形態と同様に、IGBTが3個の第2実施形態や4個以上並列に設けられる構成においても適用することができる。
As a result, with respect to the two IGBTs 1 and 2 in the ON operation, the IGBT 2 is turned off and then the IGBT 1 is turned off by the drive signals SAa and SAb input at different timings. Can be obtained.
Note that this embodiment can also be applied to the second embodiment having three IGBTs or the configuration in which four or more IGBTs are provided in parallel, similarly to the third embodiment.

(第5実施形態)
図16および図17は第5実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。電気的構成については、第1実施形態で示した図1、図2と同様の構成である。この実施形態では、複数個のIGBT1、2を共に駆動している状態あるいは、一方を駆動している状態において、コレクタ電流Ic1が変動する場合の動作を示すものである。なお、この実施形態では、オフ動作を主体とした制御を示すため、オン動作については、2個のIGBT1および2を同時にオンさせる場合を示しているが、勿論、第1実施形態のようにオン動作についての制御を実施することができるものである。
(Fifth embodiment)
FIGS. 16 and 17 show the fifth embodiment. Hereinafter, portions different from the first embodiment will be described. The electrical configuration is the same as in FIGS. 1 and 2 shown in the first embodiment. This embodiment shows an operation when the collector current Ic1 fluctuates while a plurality of IGBTs 1 and 2 are driven together or one of them is driven. In this embodiment, since the control mainly includes the off operation, the on operation indicates the case where the two IGBTs 1 and 2 are simultaneously turned on. However, as a matter of course, the on operation is performed as in the first embodiment. It is possible to control the operation.

図16は、制御回路9によるオン動作中のIGBT1および2について、IGBT1のコレクタ電流Ic1を検出しながら、IGBT2のオフ動作の制御をしたり、あるいはIGBT2のオフさせた後にオン動作させる場合の制御動作の流れを示している。   FIG. 16 is a diagram showing control when the control circuit 9 controls the IGBT 2 and the IGBT 2 during the ON operation while detecting the collector current Ic1 of the IGBT 1 or turning the IGBT 2 on after the IGBT 2 is turned off. The flow of the operation is shown.

制御回路9は、外部からオン動作のハイレベルの駆動信号SAが入力されて、IGBT1、2を駆動した後に、図16に示すゲート駆動制御の動作を開始する。制御回路9は、まず、ステップC1として、現在IGBT2をオン動作させているか否かを判断し、最初の段階では、IGBT1、2がオン動作されているので、YESとしてステップC2に進む。   The control circuit 9 starts the operation of the gate drive control shown in FIG. 16 after driving the IGBTs 1 and 2 by receiving a high-level drive signal SA of the ON operation from the outside. The control circuit 9 first determines whether or not the IGBT 2 is currently turned on at Step C1, and since the IGBTs 1 and 2 are on at the first stage, the control circuit 9 proceeds to Step C2 with YES.

制御回路9は、ステップC2で、IGBT1のコレクタ電流Ic1のレベルが単独のオン動作が可能なレベルであるか否かを判定レベルとしてオフレベルの閾値電流Ith1xにより判断する。オフレベルの閾値電流Ith1xは前述の閾値電流Ith1に対して例えば1/2以下程度に設定されている。したがって、ここでYESになった場合には、制御回路9は、ステップC3でIGBT2をオフさせる。これにより、2個のIGBT1、2で分担していたコレクタ電流Ic1、Ic2を合算したコレクタ電流がIGBT1に流れるが、このときのコレクタ電流Ic1は閾値電流Ith1を超えないレベルになる。   In step C2, the control circuit 9 determines whether or not the level of the collector current Ic1 of the IGBT 1 is a level at which a single ON operation can be performed, based on the off-level threshold current Ith1x. The off-level threshold current Ith1x is set to, for example, about 以下 or less of the above-described threshold current Ith1. Therefore, if the answer is YES here, the control circuit 9 turns off the IGBT 2 in step C3. As a result, the collector current obtained by adding the collector currents Ic1 and Ic2 shared by the two IGBTs 1 and 2 flows to the IGBT1, but the collector current Ic1 at this time has a level not exceeding the threshold current Ith1.

また、制御回路9は、ステップC2でNOの場合、つまりIGBT1のコレクタ電流Ic1がオフレベルの閾値電流Ith1xを下回っていない場合には、IGBT2をオン状態に保持する。以下、2個のIGBT1、2を駆動している状態では、制御回路9は、上記したステップを繰り返し実行する。   In addition, if NO in step C2, that is, if the collector current Ic1 of the IGBT1 is not lower than the off-level threshold current Ith1x, the control circuit 9 holds the IGBT2 in the ON state. Hereinafter, while the two IGBTs 1 and 2 are being driven, the control circuit 9 repeatedly executes the above-described steps.

次に、IGBT1を単独で駆動する状態では、制御回路9は、ステップC1でNOとなってステップC4に進み、IGBT1のコレクタ電流Ic1が閾値電流Ith1を下回るか否かを判断する。前述の状態からコレクタ電流Ic1が増加していなければ、制御回路9はステップC4でYESと判断し、何もしない状態となる。   Next, in a state in which the IGBT 1 is driven alone, the control circuit 9 makes a negative determination in step C1 and proceeds to step C4 to determine whether the collector current Ic1 of the IGBT 1 is lower than the threshold current Ith1. If the collector current Ic1 has not increased from the state described above, the control circuit 9 determines YES in step C4, and enters a state in which nothing is performed.

一方、IGBT1のコレクタ電流Ic1が増加して閾値電流Ith1以上になっている場合には、制御回路9は、ステップC4でNOと判断してステップC5に進み、IGBT2を前述同様にして定電圧駆動する。この後、制御回路9は、IGBT1、2に対して外部からの信号SAとしてオフ信号が与えられるまでの間、上記のゲート駆動制御を繰り返し実施する。   On the other hand, when the collector current Ic1 of the IGBT1 increases and becomes equal to or larger than the threshold current Ith1, the control circuit 9 determines NO in step C4 and proceeds to step C5 to drive the IGBT2 in the same manner as described above. I do. Thereafter, the control circuit 9 repeatedly performs the above-described gate drive control until an off signal is supplied as an external signal SA to the IGBTs 1 and 2.

次に、上記のゲート駆動制御の一例について、図17を参照して説明する。図17は、2個のIGBT1、2を同時にオン動作させた後、IGBT1のコレクタ電流Ic1の変化に応じてゲート駆動制御をする場合のタイムチャートである。   Next, an example of the gate drive control will be described with reference to FIG. FIG. 17 is a time chart in the case where two IGBTs 1 and 2 are simultaneously turned on, and then gate drive control is performed according to a change in the collector current Ic1 of the IGBT 1.

図17(a)に示すように、時刻ts1でハイレベルの駆動信号SAが入力されると、制御回路9は、図17(c)、(d)に示すように、IGBT1および2をオンさせるためにローレベルのゲート駆動信号SA1、SA2を出力する。これにより、ゲートオフスイッチ6、8はオフされ、電流遮断スイッチ5、7はオンされ、IGBT1、2のゲートG1、G2に定電流回路3から定電流Isによってゲート駆動電圧VG1、VG2が与えられる。   As shown in FIG. 17A, when the high-level drive signal SA is input at time ts1, the control circuit 9 turns on the IGBTs 1 and 2 as shown in FIGS. 17C and 17D. For this purpose, it outputs low-level gate drive signals SA1 and SA2. As a result, the gate-off switches 6, 8 are turned off, the current cutoff switches 5, 7 are turned on, and the gate drive voltages VG1, VG2 are supplied to the gates G1, G2 of the IGBTs 1, 2 by the constant current Is from the constant current circuit 3. .

IGBT1、2のゲート電圧Vg1、Vg2は、図17(b)に実線および破線で示すように、ゲートG1およびG2に一定電流Isを供給することで一定の傾斜をもって上昇し、図17(e)、(f)に示すように、IGBT1、2のコレクタ電流Ic1、Ic2が徐々に増加してオン状態となる。この後、制御回路9は、切り替えスイッチ4をオン状態に切り替えて定電流回路3を無効化する。   The gate voltages Vg1 and Vg2 of the IGBTs 1 and 2 rise with a constant slope by supplying a constant current Is to the gates G1 and G2, as shown by the solid and broken lines in FIG. As shown in (f), the collector currents Ic1 and Ic2 of the IGBTs 1 and 2 gradually increase and turn on. After that, the control circuit 9 switches the changeover switch 4 to the ON state to invalidate the constant current circuit 3.

この後、IGBT1および2のオン動作中に、IGBT1のコレクタ電流Ic1のレベルがオフレベルの閾値電流Ith1x以上にならない場合に、制御回路9は、時刻tx2でIGBT2をオフさせる。これにより、2個のIGBT1、2で分担していたコレクタ電流Ic1、Ic2を合算したコレクタ電流がIGBT1に流れる状態となる。   Thereafter, if the level of the collector current Ic1 of the IGBT1 does not exceed the off-level threshold current Ith1x during the ON operation of the IGBTs 1 and 2, the control circuit 9 turns off the IGBT2 at time tx2. As a result, the collector current obtained by adding the collector currents Ic1 and Ic2 shared by the two IGBTs 1 and 2 flows into the IGBT1.

この後、IGBT1に流れるコレクタ電流Ic1が徐々に増加し、時刻ts3で閾値電流Ith1以上になると、制御回路9はIGBT2を定電圧駆動する。これにより、IGBT1に流れていたコレクタ電流Ic1の一部がIGBT2のコレクタ電流Ic2として流れるようになり、IGBT1のコレクタ電流Ic1は、閾値電流Ith1よりも小さくなる。   Thereafter, when the collector current Ic1 flowing through the IGBT1 gradually increases and becomes equal to or larger than the threshold current Ith1 at time ts3, the control circuit 9 drives the IGBT2 at a constant voltage. As a result, part of the collector current Ic1 flowing through the IGBT1 flows as the collector current Ic2 of the IGBT2, and the collector current Ic1 of the IGBT1 becomes smaller than the threshold current Ith1.

このようなゲート駆動制御が制御回路9により繰り返し実行され、負荷に流れる電流が変化することに対応して、IGBT1および2が閾値電流Ith1を超えることがないように駆動制御されるようになる。   Such gate drive control is repeatedly executed by the control circuit 9, and in response to the change in the current flowing to the load, the drive control is performed so that the IGBTs 1 and 2 do not exceed the threshold current Ith1.

このような第5実施形態によれば、制御回路9により、2個のIGBT1、2のオン動作中にIGBT2をオフ動作させたり、1個のIGBT1のオン動作中にIGBT2を定電圧でオン動作させることで、IGBT1、2の動作中においても第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、上記実施形態では、2個のIGBT1、2の場合であるが、IGBTが3個の第2実施形態や4個以上並列に設けられる構成においても適用することができる。
According to the fifth embodiment, the control circuit 9 turns off the IGBT 2 while the two IGBTs 1 and 2 are on, or turns on the IGBT 2 at a constant voltage while the one IGBT 1 is on. By doing so, the same effects as in the first embodiment can be obtained even during the operation of the IGBTs 1 and 2.
In the above embodiment, two IGBTs 1 and 2 are used, but the present invention can also be applied to the second embodiment in which three IGBTs are provided or a configuration in which four or more IGBTs are provided in parallel.

(他の実施形態)
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、以下のように変形または拡張することができる。
(Other embodiments)
Note that the present invention is not limited to only the above-described embodiment, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof. For example, the present invention can be modified or expanded as follows.

複数の半導体素子として、4個以上のIGBTを設けることもできる。
また、ゲート駆動型の半導体素子は、IGBT以外に、MOSFETなどのゲート駆動型のものを設けることもできる。
As a plurality of semiconductor elements, four or more IGBTs can be provided.
Further, as the gate drive type semiconductor element, a gate drive type semiconductor device such as a MOSFET can be provided in addition to the IGBT.

電流検出回路10、11、33〜35は、閾値電流を基準として比較するコンパレータにより電流レベルを判断する構成としたが、電流値をA/D変換回路などにより読み取って、制御回路9あるいは32内で電流レベルを判定するようにしても良い。
IGBTのオンオフ制御について、制御回路9、32により、論理回路を用いたハード的な処理により実施しているが、プログラムを用いたソフトウェアで制御することもできる。
The current detection circuits 10, 11, and 33 to 35 are configured to determine the current level by a comparator that compares the current values with reference to a threshold current, but the current value is read by an A / D conversion circuit or the like, May be used to determine the current level.
The IGBT on / off control is performed by hardware processing using a logic circuit by the control circuits 9 and 32, but can be controlled by software using a program.

図面中、1、2、21、22、23はIGBT(半導体素子)、3、24は定電流回路、4、25は切り替えスイッチ、5、7、26、28、30は電流遮断スイッチ、6、8、27、29、31はオフスイッチ、9、32は制御回路、10、11、33、34、35は電流検出回路である。   In the drawings, 1, 2, 21, 22, and 23 are IGBTs (semiconductor elements), 3 and 24 are constant current circuits, 4 and 25 are changeover switches, 5, 7, 26, 28, and 30 are current cutoff switches, 6, and 8, 27, 29 and 31 are off switches, 9 and 32 are control circuits, and 10, 11, 33, 34 and 35 are current detection circuits.

Claims (6)

並列接続されたゲート駆動型の複数の半導体素子(1、2、21、22、23)を駆動するゲート駆動装置であって、
前記複数の半導体素子は、始動用の半導体素子(1、21)と、最終駆動用の半導体素子(2、23)を含んだ少なくとも1個の次段駆動用の半導体素子(2、22、23)とが設けられ、
前記複数の半導体素子のうち、前記最終駆動用の半導体素子を除いた残りの半導体素子のそれぞれの電流を検出する電流検出回路(10、33、34)と、
前記始動用の半導体素子に対してゲート駆動を定電流で行うための定電流回路(3、24)と、
前記定電流回路を無効化して前記次段駆動用および最終駆動用の半導体素子に対してゲート駆動を定電圧で行う切り替えスイッチ(4、25)と、
前記複数の半導体素子を駆動制御する制御回路(9、32)とを備え、
前記制御回路は、
外部からオン動作の駆動信号が与えられると、
始動制御として、前記始動用の半導体素子に前記定電流回路により定電流でゲート信号を与えてオンさせ、
次段駆動制御として、オンさせた前記半導体素子に設けられた前記電流検出回路により検出される電流が設定された閾値電流に達すると、前記切り替えスイッチを動作状態として、オフ状態の前記次段駆動用の半導体素子に定電圧でゲート信号を与えてオンさせ、
以後、オフ状態の前記次段駆動用の半導体素子が存在する場合には、前記次段駆動制御を繰り返し実行するように構成され、
前記閾値電流は、前記複数の半導体素子のうち前記次段駆動用の半導体素子をオンさせて電流を流したときに、オン状態のすべての前記半導体素子により発生するオン抵抗損失およびスイッチング損失の和が前記次段駆動制御の実施前よりも少なくなるように設定されるゲート駆動装置。
A gate drive device for driving a plurality of gate drive type semiconductor elements (1, 2, 21, 22, 23) connected in parallel,
The plurality of semiconductor elements include a starting semiconductor element (1, 21) and at least one next-stage driving semiconductor element (2, 22, 23) including a final driving semiconductor element (2, 23). ) Is provided,
A current detection circuit (10, 33, 34) for detecting a current of each of the remaining semiconductor elements excluding the final driving semiconductor element among the plurality of semiconductor elements;
A constant current circuit (3, 24) for performing a gate drive with a constant current to the starting semiconductor element;
Changeover switches (4, 25) for disabling the constant current circuit and performing gate drive at a constant voltage on the next-stage driving and final driving semiconductor elements;
A control circuit (9, 32) for driving and controlling the plurality of semiconductor elements;
The control circuit includes:
When an ON operation drive signal is given from outside,
As a start control, a gate signal is supplied to the start semiconductor element with a constant current by the constant current circuit to turn on the semiconductor element,
As the next-stage drive control, when the current detected by the current detection circuit provided in the semiconductor element that has been turned on reaches a set threshold current, the changeover switch is set to an operating state, and the next-stage drive in the off state is performed. A gate signal at a constant voltage to the semiconductor element for
Thereafter, when there is a semiconductor element for driving the next stage in the off state, the next-stage driving control is configured to be repeatedly executed,
The threshold current is a sum of an on-resistance loss and a switching loss generated by all of the semiconductor elements in an on state when the semiconductor element for driving the next stage of the plurality of semiconductor elements is turned on and a current flows. Is set to be smaller than before the execution of the next-stage drive control.
前記複数の半導体素子(21、22、23)は、前記次段駆動用の半導体素子(22、23)が複数設けられる構成では、
前記制御回路(32)は、前記複数の半導体素子のうち、前記最終駆動用の半導体素子(23)を除いた次段駆動用の半導体素子(22)および前記始動用の半導体素子(21)をオン動作させる順序を変更可能に構成される請求項1に記載のゲート駆動装置。
In the configuration in which the plurality of semiconductor elements (22, 23) for driving the next stage are provided,
The control circuit (32) includes a semiconductor element (22) for driving the next stage and the semiconductor element (21) for starting, excluding the semiconductor element (23) for final driving, of the plurality of semiconductor elements. The gate drive device according to claim 1, wherein the order of the on-operation is configured to be changeable.
前記電流検出回路(33、34、35)は、前記複数の半導体素子(21、22、23)のすべてに設けられ、
前記制御回路(32)は、前記複数の半導体素子をオン動作させる順序を、変更可能に構成される請求項1に記載のゲート駆動装置。
The current detection circuits (33, 34, 35) are provided in all of the plurality of semiconductor elements (21, 22, 23),
The gate drive device according to claim 1, wherein the control circuit (32) is configured to be able to change an order in which the plurality of semiconductor elements are turned on.
前記制御回路(9、32)は、
前記複数の半導体素子(1、2、21、22、23)のうち、複数のものをオン動作させている状態では、
前記オン動作させている複数の半導体素子を異なるタイミングでオフ動作させる請求項1から3のいずれか一項に記載のゲート駆動装置。
The control circuit (9, 32)
In a state where a plurality of semiconductor elements (1, 2, 21, 22, 23) are turned on,
4. The gate drive device according to claim 1, wherein the plurality of semiconductor elements that are turned on are turned off at different timings. 5.
前記制御回路(9、32)は、
前記複数の半導体素子(1、2、21、22、23)のうち、複数のものをオン動作させている状態では、
前記オン動作させている複数の半導体素子のうち、前記電流検出回路が検出する電流値が予め設定された閾値電流を下回るときにいずれかの半導体素子をオフ動作させる請求項1から4のいずれか一項に記載のゲート駆動装置。
The control circuit (9, 32)
In a state where a plurality of semiconductor elements (1, 2, 21, 22, 23) are turned on,
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein, when the current value detected by the current detection circuit is lower than a predetermined threshold current, the semiconductor device is turned off. The gate drive device according to claim 1.
前記制御回路(9、32)は、
前記複数の半導体素子(1、2、21、22、23)のうち、いずれかのものをオン動作させている状態では、
前記複数の半導体素子のうちのオフ状態のものに対して、前記次段駆動制御を実施する請求項1から5のいずれか一項に記載のゲート駆動装置。
The control circuit (9, 32)
In a state where any one of the plurality of semiconductor elements (1, 2, 21, 22, 23) is turned on,
The gate drive device according to claim 1, wherein the next-stage drive control is performed on an off-state of the plurality of semiconductor elements.
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