JP6842837B2 - ゲート駆動回路 - Google Patents
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Description
以下では、本発明の説明に先立って、これと対比すべきゲート駆動回路の一参考例を紹介する。図1は、ゲート駆動回路の一参考例を示す等価回路図である。本参考例のゲート駆動回路10は、ディスクリートのスイッチ素子20を駆動するためのアナログ回路であり、駆動部DRV1と、外付けゲート抵抗Rg(on)と、放電抵抗Rgoとを有する。
図4は、ゲート駆動回路10の第1実施形態を示す等価回路図である。本実施形態のゲート駆動回路10は、先出の参考例(図1)と同様、電圧駆動型のスイッチ素子20(例えばSiC−MOSFET)を駆動するためのアナログ回路であり、先に説明した駆動部DRV1のほか、スイッチ素子20のゲート端子に対して直列に接続されたコンデンサCgとゲート駆動電圧源V1を有する。
図7は、ゲート駆動回路の第2実施形態を示す等価回路図である。本実施形態のゲート駆動回路10は、第1実施形態(図4)をベースとしつつ、放電部DCHG1をさらに有する。放電部DCHG1は、コンデンサCgに並列接続されており、スイッチ素子20のターンオフ時に、コンデンサCgの電荷を放電する。このような構成とすることにより、スイッチ素子20をターンオフする際、スイッチ素子20のゲート端子に負電圧が掛からないようにしたり、スイッチ素子20のゲート端子に印加される電圧を必要に応じて調整したりすることが可能となる。
図8は、ゲート駆動回路の第3実施形態を示す等価回路図である。本実施形態のゲート駆動回路10は、第2実施形態(図7)をベースとしつつ、放電部DCHG1として抵抗Rgを含むとともに、スイッチ素子20のゲート・ソース間に接続された抵抗Rgsをさらに有する。
図9は、ゲート駆動回路の第4実施形態を示す等価回路図である。本実施形態のゲート駆動回路10は、第2実施形態(図7)をベースとしつつ、放電部DCHG1としてスイッチSWを含む。このような構成によれば、スイッチ素子20のターンオフ時以外には、スイッチSWをオフ状態としておくことにより、コンデンサCgに蓄えられた電荷を放電せずに維持する一方、スイッチ素子20のターンオフ時には、スイッチSWをオン状態に切り替えることにより、コンデンサCgに蓄えられた電荷を速やかに放電することが可能となる。
図10は、ゲート駆動回路の第5実施形態を示す等価回路図である。本実施形態のゲート駆動回路10は、第2実施形態(図7)をベースとしつつ、駆動部DRV2をさらに有する。また、これらの回路素子追加に伴い、駆動部DRV1の動作についても一部変更が加えられている。
図11は、ゲート駆動回路の第6実施形態を示す等価回路図である。本実施形態のゲート駆動回路10は、第5実施形態(図10)をベースとしつつ、放電部DCHG2をさらに有する。放電部DCHG2は、駆動部DRV2の出力端子とスイッチ素子20のゲート端子との間に接続されている。
図12は、ゲート駆動回路の第7実施形態を示す等価回路図である。本実施形態のゲート駆動回路10は、第6実施形態(図11)をベースとしつつ、放電部DCHG2としてコンデンサCg2を含む。このように、放電部DCHG2がコンデンサCg2であれば、スイッチ素子20のターンオフ動作についても高速化することが可能となる。
図13は、ゲート駆動回路の第8実施形態を示す等価回路図である。本実施形態のゲート駆動回路10は、第6実施形態(図11)をベースとしつつ、放電部DCHG2として抵抗Rg2を含む。このように、スイッチ素子20のターンオフ動作を高速化する必要がない場合には、放電部DCHG2として抵抗Rg2を用いることも可能である。
図14は、ゲート駆動回路の第9実施形態を示す等価回路図である。本実施形態のゲート駆動回路10は、第6実施形態(図11)をベースとしつつ、駆動部DRV1及びDRV2として、スイッチSW1及びSW2を含む。
また、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
20 スイッチ素子
V1、V2 ゲート駆動電圧源
DRV1、DRV2 駆動部
Rg(on) 外付けゲート抵抗
Rgo 放電抵抗
M1 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
Rin 内部ゲート抵抗
Cgs ゲート・ソース間寄生容量
Cgd ゲート・ドレイン間寄生容量
D1 ボディダイオード
Cg、Cg2 コンデンサ
DCHG1、DCHG2 放電部
Rg、Rgs、Rg2 抵抗
SW、SW1、SW2 スイッチ
Claims (8)
- 電圧駆動型であるスイッチ素子のゲート端子に直列接続された第1コンデンサ及び第1ゲート駆動電圧源を有し、
前記第1ゲート駆動電圧源は、第1ゲート駆動電圧として、前記スイッチ素子の定常オン状態において前記スイッチ素子のゲート・ソース(エミッタ)間寄生容量に印加される電圧と、前記第1ゲート駆動電圧源と前記スイッチ素子のゲート端子との間に介在する回路素子のうち前記第1コンデンサ以外の回路素子に印加される電圧との和よりも高い電圧を供給し、
前記第1ゲート駆動電圧は、前記スイッチ素子のゲート・ソース(エミッタ)間のDC定格電圧よりも高く、前記スイッチ素子のゲート・ソース(エミッタ)間のサージ定格電圧よりも低い電圧値であり、
前記スイッチ素子の定常オン状態において前記スイッチ素子のゲート・ソース(エミッタ)間寄生容量に印加される電圧は、前記DC定格電圧よりも低くなるように調整されており、
前記第1コンデンサに並列接続されて前記スイッチ素子のオフ時に前記第1コンデンサを放電する第1放電部をさらに有し、
前記第1放電部は第1抵抗を含み、
前記スイッチ素子のゲート・ソース(エミッタ)間に接続された第2抵抗をさらに有し、
前記第1コンデンサの容量値をCgとし、前記スイッチ素子の定常オン状態におけるゲート・ソース(エミッタ)間寄生容量の容量値をCgsとし、前記第1抵抗の抵抗値をRgとし、前記第2抵抗の抵抗値をRgsとしたときに、Cg:(Cg+Cgs)=(Rg//Rgs):Rgという関係が成立することを特徴とするゲート駆動回路。 - 電圧駆動型であるスイッチ素子のゲート端子に直列接続された第1コンデンサ及び第1ゲート駆動電圧源を有し、
前記第1ゲート駆動電圧源は、第1ゲート駆動電圧として、前記スイッチ素子の定常オン状態において前記スイッチ素子のゲート・ソース(エミッタ)間寄生容量に印加される電圧と、前記第1ゲート駆動電圧源と前記スイッチ素子のゲート端子との間に介在する回路素子のうち前記第1コンデンサ以外の回路素子に印加される電圧との和よりも高い電圧を供給し、
前記第1ゲート駆動電圧は、前記スイッチ素子のゲート・ソース(エミッタ)間のDC定格電圧よりも高く、前記スイッチ素子のゲート・ソース(エミッタ)間のサージ定格電圧よりも低い電圧値であり、
前記スイッチ素子の定常オン状態において前記スイッチ素子のゲート・ソース(エミッタ)間寄生容量に印加される電圧は、前記DC定格電圧よりも低くなるように調整されており、
前記第1コンデンサに並列接続されて前記スイッチ素子のオフ時に前記第1コンデンサを放電する第1放電部をさらに有し、
前記第1放電部はスイッチを含むことを特徴とするゲート駆動回路。 - 前記第1放電部の前記第1ゲート駆動電圧源側に接続された第2ゲート駆動電圧源をさらに有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のゲート駆動回路。
- 電圧駆動型であるスイッチ素子のゲート端子に直列接続された第1コンデンサ及び第1ゲート駆動電圧源を有し、
前記第1ゲート駆動電圧源は、第1ゲート駆動電圧として、前記スイッチ素子の定常オン状態において前記スイッチ素子のゲート・ソース(エミッタ)間寄生容量に印加される電圧と、前記第1ゲート駆動電圧源と前記スイッチ素子のゲート端子との間に介在する回路素子のうち前記第1コンデンサ以外の回路素子に印加される電圧との和よりも高い電圧を供給し、
前記第1ゲート駆動電圧は、前記スイッチ素子のゲート・ソース(エミッタ)間のDC定格電圧よりも高く、前記スイッチ素子のゲート・ソース(エミッタ)間のサージ定格電圧よりも低い電圧値であり、
前記スイッチ素子の定常オン状態において前記スイッチ素子のゲート・ソース(エミッタ)間寄生容量に印加される電圧は、前記DC定格電圧よりも低くなるように調整されており、
前記第1コンデンサに並列接続されて前記スイッチ素子のオフ時に前記第1コンデンサを放電する第1放電部をさらに有し、
前記第1放電部の前記第1ゲート駆動電圧源側に接続された第2ゲート駆動電圧源をさらに有することを特徴とするゲート駆動回路。 - 第1端が前記スイッチ素子のゲート端子に接続された第2放電部と、
前記第2放電部の第2端側に接続された第2ゲート駆動電圧源と、
をさらに有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のゲート駆動回路。 - 電圧駆動型であるスイッチ素子のゲート端子に直列接続された第1コンデンサ及び第1ゲート駆動電圧源を有し、
前記第1ゲート駆動電圧源は、第1ゲート駆動電圧として、前記スイッチ素子の定常オン状態において前記スイッチ素子のゲート・ソース(エミッタ)間寄生容量に印加される電圧と、前記第1ゲート駆動電圧源と前記スイッチ素子のゲート端子との間に介在する回路素子のうち前記第1コンデンサ以外の回路素子に印加される電圧との和よりも高い電圧を供給し、
前記第1ゲート駆動電圧は、前記スイッチ素子のゲート・ソース(エミッタ)間のDC定格電圧よりも高く、前記スイッチ素子のゲート・ソース(エミッタ)間のサージ定格電圧よりも低い電圧値であり、
前記スイッチ素子の定常オン状態において前記スイッチ素子のゲート・ソース(エミッタ)間寄生容量に印加される電圧は、前記DC定格電圧よりも低くなるように調整されており、
前記第1コンデンサに並列接続されて前記スイッチ素子のオフ時に前記第1コンデンサを放電する第1放電部をさらに有し、
第1端が前記スイッチ素子のゲート端子に接続された第2放電部と、
前記第2放電部の第2端側に接続された第2ゲート駆動電圧源と、
をさらに有することを特徴とするゲート駆動回路。 - 前記第2放電部は第2コンデンサを含むことを特徴とする請求項5または請求項6に記載のゲート駆動回路。
- 前記第2放電部は第3抵抗を含むことを特徴とする請求項5または請求項6に記載のゲート駆動回路。
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