JP7037538B2 - Gate drive circuit - Google Patents

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Description

本発明は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の半導体デバイスの短絡を検出する半導体デバイスの短絡検出機能(回路)を備えたゲート駆動回路に関する。さらに、半導体デバイスの過電流を検出する機能(回路)を備えたゲート駆動回路に関する。 The present invention relates to a gate drive circuit having a short circuit detection function (circuit) of a semiconductor device for detecting a short circuit of a semiconductor device such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Further, the present invention relates to a gate drive circuit having a function (circuit) for detecting an overcurrent of a semiconductor device.

高電圧、大電流をスイッチングするIGBTは、破壊すると周辺機器に大きな障害を与えるので、極力破壊を避ける必要がある。そのため、IGBTをドライブするゲートドライバ回路は、そのような事態に備えてIGBTを保護する機能が重要となる。本発明は、IGBTの負荷が短絡状態又はそれに近い状態となったときにIGBTを保護する機能に関するものである。
通常、負荷の短絡などの異常検出の方法は、IGBTがON状態におけるVce(コレクタ電圧)の上昇値を検出する方法がとられる。
従来の手法では、異常検出の後、異常信号を送出するまでに一定の時間を設ける場合がある。この一定時間は、異常信号の送出を保留待機する時間であり、マスク時間と呼ばれる場合がある。このマスク時間は、誤動作防止とIGBTの過負荷防止の観点から一定の精度が要求される。
When an IGBT that switches between high voltage and large current is destroyed, it causes a great damage to peripheral devices, so it is necessary to avoid destruction as much as possible. Therefore, it is important that the gate driver circuit that drives the IGBT has a function of protecting the IGBT in preparation for such a situation. The present invention relates to a function of protecting an IGBT when the load of the IGBT is in a short-circuited state or a state close to it.
Usually, as a method of detecting an abnormality such as a short circuit of a load, a method of detecting an increase value of Vce (collector voltage) when the IGBT is in the ON state is adopted.
In the conventional method, a certain time may be provided from the detection of the abnormality to the transmission of the abnormality signal. This fixed time is a time for holding and waiting for transmission of an abnormal signal, and may be called a mask time. This mask time is required to have a certain accuracy from the viewpoint of preventing malfunction and preventing the overload of the IGBT.

<従来の方式の詳細>
<従来方法の課題1>
図17は、従来の手法を採用した回路図である。図17は、ゲートドライバ10が、IGBT12を駆動する回路を示している。なお、ゲートドライバ10は、ドライブICの形態をとっており、図17中では、DriveICと記されている。
<Details of the conventional method>
<Problem 1 of the conventional method>
FIG. 17 is a circuit diagram adopting a conventional method. FIG. 17 shows a circuit in which the gate driver 10 drives the IGBT 12. The gate driver 10 is in the form of a drive IC, and is described as a Drive IC in FIG.

IGBT12が、正常にON動作とOFF動作を繰り返している場合の動作を説明する。IGBT12がOFF動作の期間は、ゲートドライバ10(DriveIC)のOUT端子14の出力の値がLOWであり、ゲートドライバ10のトランジスタQ1がON動作してコンデンサCdesatの電荷を0に放電する。
IGBT12がON動作になると、OUT端子14の値はHighであるので、インバータ16を介してトランジスタQ1のベースにLowの信号が入力される。その結果、トランジスタQ1はOFF動作となるが、IGBT12のコレクタ-エミッタ間電圧が飽和電圧となるので、電流源Idesatの電流は、ダイオードDdesatを経由してIGBT12のコレクタ端子へ流れる。
The operation when the IGBT 12 normally repeats the ON operation and the OFF operation will be described. During the OFF operation of the IGBT 12, the output value of the OUT terminal 14 of the gate driver 10 (Drive IC) is LOW, and the transistor Q1 of the gate driver 10 is turned ON to discharge the charge of the capacitor Cdesat to 0.
When the IGBT 12 is turned on, the value of the OUT terminal 14 is High, so a Low signal is input to the base of the transistor Q1 via the inverter 16. As a result, the transistor Q1 is turned off, but the collector-emitter voltage of the IGBT 12 becomes the saturation voltage, so that the current of the current source Ideat flows to the collector terminal of the IGBT 12 via the diode Ddesat.

その結果、コンデンサCdesatは、電流源IdesatによるダイオードDdesatの順方向電圧とIGBT12のコレクタ-エミッタ間の飽和電圧とを和した電圧まで充電される。すなわち、コンデンサCdesatの端子間電圧は、当該飽和電圧+ダイオードDdesatの順方向電圧となる。
ゲートドライバ10のDESAT端子の電圧は、基準電圧Vdesatより低い電圧を維持するので、ゲートドライバ10内の比較器18は、その出力信号の値は反転しないので、異常信号は出力されない。コンデンサCdesatの端子間電圧を式で表せば、次の式(1)のように表される。

Figure 0007037538000001
ここで、VCdesat(0)は、IGBT12が正常動作時におけるコンデンサCdesatの端子間電圧である。VFDdesatは、ダイオードDdesatの順方向電圧である。VCEsatは、IGBT12が正常にON動作している場合の、コレクタ-エミッタ間の飽和電圧とする。 As a result, the capacitor Cdesat is charged to a voltage obtained by adding the forward voltage of the diode Ddesat by the current source Ideat and the saturation voltage between the collector and the emitter of the IGBT 12. That is, the voltage between the terminals of the capacitor Cdesat is the saturation voltage + the forward voltage of the diode Ddesat.
Since the voltage of the DESAT terminal of the gate driver 10 maintains a voltage lower than the reference voltage V desert, the comparator 18 in the gate driver 10 does not invert the value of the output signal, so that no abnormal signal is output. If the voltage between the terminals of the capacitor Cdesat is expressed by an equation, it is expressed by the following equation (1).
Figure 0007037538000001
Here, VCdesat (0) is a voltage between terminals of the capacitor Cdesat when the IGBT 12 is operating normally. The VF Ddesat is a forward voltage of the diode Ddesat. The VCE sat is the saturation voltage between the collector and the emitter when the IGBT 12 is operating normally.

上記の状態で、IGBT12の負荷に異常が発生して、IGBT12のコレクターエミッタ間電圧VCEが上昇してプラス側電源VCCレベルに達した場合にダイオードDdesatはカットオフ状態となり、コンデンサCdesatには電流源Idesatの電流が流入し、コンデンサCdesatの端子間電圧が上昇してゲートドライバ10に内蔵の基準電圧Vdesatに達する。その結果、ゲートドライバ10内の比較器18が反転して、異常信号を送出する。 In the above state, when an abnormality occurs in the load of the IGBT 12, the collector-emitter voltage VCE of the IGBT 12 rises and reaches the positive side power supply VCS level, the diode Ddesat is in a cutoff state, and the capacitor Cdesat is a current source. The current of the emitter flows in, the voltage between the terminals of the capacitor Cdesat rises, and the reference voltage Vdesat built in the gate driver 10 is reached. As a result, the comparator 18 in the gate driver 10 is inverted and sends an abnormal signal.

なお、比較器18の出力信号は、コンデンサCdesatの端子間電圧が基準電圧Vdesatにより高い場合にHighとなり、これが異常信号を表す。
このとき、IGBT12の負荷に異常が発生してからゲートドライバ10が異常信号を送出するまでのマスク時間Tmaskが設定されているが、このマスク時間Tmaskは、式(2)で表される。

Figure 0007037538000002
ここで、VCdesat(0)は、コンデンサCdesatの初期電圧である。
また、Cdesatは、コンデンサCdesatの静電容量を表し、Idesatは、電流Idesatの電流値を表す。 The output signal of the comparator 18 becomes High when the voltage between the terminals of the capacitor Cdesat is higher than the reference voltage Vdesat , which represents an abnormal signal.
At this time, a mask time T mask from the occurrence of an abnormality in the load of the IGBT 12 until the gate driver 10 sends an abnormal signal is set, and this mask time T mask is expressed by the equation (2). ..
Figure 0007037538000002
Here, VCdesat (0) is the initial voltage of the capacitor Cdesat.
Further, C desat represents the capacitance of the capacitor C desat, and I desat represents the current value of the current I desat .

一方、IGBT12の異常が、IGBT12がOFF 動作からON動作に移行した直後に発生した場合は、コンデンサCdesatはIdesat電流による充電が行われる時間がないため、VCdesat(0)=0となる。そのような場合、マスク時間Tmaskは、式(3)で表される。

Figure 0007037538000003
このように、マスク時間TmaskはIGBT12の異常の発生するタイミングにより、式(4)で与えるΔtだけ変動することになる。
Figure 0007037538000004
このようにして、マスク時間Tmaskは異常が発生するタイミングにより変動してしまうという課題がある。 On the other hand, when the abnormality of the IGBT 12 occurs immediately after the IGBT 12 shifts from the OFF operation to the ON operation, the capacitor Cdesat does not have time to be charged by the Idestat current, so that VCdesat (0) = 0. In such a case, the mask time T mask is expressed by the equation (3).
Figure 0007037538000003
In this way, the mask time T mask fluctuates by Δt given by the equation (4) depending on the timing at which the abnormality of the IGBT 12 occurs.
Figure 0007037538000004
In this way, there is a problem that the mask time T mask fluctuates depending on the timing at which an abnormality occurs.

<従来方式の課題2>
また、図17に示す基準電圧Vdesatが低いことは、誤動作に対する余裕度が少ないことを意味するので、必要に応じてこの基準電圧Vdesatの電圧値を上げる必要がでてくる場合がある。しかし、ゲートドライバ10に内蔵の電圧であるため、この電圧値の変更は一般に困難であるという課題がある。
<Problem 2 of the conventional method>
Further, since the low reference voltage Vdesat shown in FIG. 17 means that there is little margin for malfunction, it may be necessary to increase the voltage value of the reference voltage Vdesat as necessary. However, since the voltage is built into the gate driver 10, there is a problem that it is generally difficult to change this voltage value.

先行特許技術
例えば、後述する特許文献1(特開2004-140891号公報)には、過電圧保護回路を構成する一部の素子に故障が発生したことを確実に検出できる電力変換装置が開示されている。具体的には、保護対象である半導体素子がOFF状態になった場合の、過電圧保護回路の電圧が変化する際の時間を計測し、その時間が設定時間長を超えた場合は、過電圧保護回路を構成する素子の一部に故障が発生したと判定する回路が記載されている。
Prior Patented Technology For example, Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-140891), which will be described later, discloses a power conversion device capable of reliably detecting that a failure has occurred in some elements constituting an overvoltage protection circuit. There is. Specifically, the time when the voltage of the overvoltage protection circuit changes when the semiconductor element to be protected is turned off is measured, and when the time exceeds the set time length, the overvoltage protection circuit A circuit for determining that a failure has occurred in a part of the elements constituting the above is described.

特開2004-140891号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-140891

このように、上述した従来の方式では、以下の問題がある。
課題1:短絡時の条件によるマスク時間の変化
上述したように、IGBTの負荷が短絡状態となると、大電流が流れてIGBTのVceが上昇して破損するが、数マイクロ秒の間は検出を遅延するマスク時間が必要である。このマスク時間は、一定の精度が必要で、特に負荷短絡の条件が様々に変化する場合でも、できるだけ変動しないようにする必要がある。
ここで、負荷短絡の条件の変化とは、例えば、短絡時のIGBTに接続したインダクタンスの大きさの変化が挙げられる。例えば、負荷のインダクタンスが非常に小さい場合(例えば、200nH)と、負荷のインダクタンスが比較的大きい場合(例えば、2μH)とで、上述したマスク時間が変動しないことが望ましい。
しかし、一般的な汎用の制御ICをゲートドライバとして使用し、IGBTをドライブした場合には、上記のような負荷短絡条件の変化によって、専ら、マスク時間が変動してしまう。
As described above, the above-mentioned conventional method has the following problems.
Problem 1: Change in mask time due to short-circuit conditions As described above, when the IGBT load is short-circuited, a large current flows and the IGBT Vce rises and is damaged, but detection is detected for several microseconds. A delayed mask time is required. This mask time needs to have a certain accuracy, and it is necessary to keep it as stable as possible even when the load short-circuit condition changes variously.
Here, the change in the load short-circuit condition includes, for example, a change in the magnitude of the inductance connected to the IGBT at the time of short-circuit. For example, it is desirable that the mask time described above does not fluctuate depending on whether the load inductance is very small (for example, 200 nH) or the load inductance is relatively large (for example, 2 μH).
However, when a general-purpose control IC is used as a gate driver and the IGBT is driven, the mask time varies exclusively due to the change in the load short-circuit condition as described above.

課題2:誤動作に対するマージン
さらに、大電流、高電圧下のIGBTの近傍に配置されるゲートドライバは、誤動作に対し大きなマージンを要求される。しかしながら、汎用の制御ICを利用したゲートドライバは、閾値電圧が低いものがあり、十分な誤動作マージンを取れない場合がある。
Problem 2: Margin for malfunction Further, the gate driver arranged in the vicinity of the IGBT under a large current and high voltage is required to have a large margin for malfunction. However, some gate drivers using general-purpose control ICs have a low threshold voltage, and may not have a sufficient malfunction margin.

本発明は、これらの上記課題に鑑みなされたものであり、マスク時間の精度向上、及び誤動作に対する余裕度の向上を実現するゲート駆動回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these above problems, and an object of the present invention is to provide a gate drive circuit that realizes an improvement in the accuracy of masking time and an improvement in a margin for malfunction.

まず、マスク時間の精度向上については、時定数を決定するコンデンサの初期電荷をコントロールして、マスク時間の変動を低減する手法を採用した。本願発明者は、例えば、コンデンサの初期電荷を0にコントロールすること、又は初期電荷を一定の値にコントロールすること、等の手法について鋭意研究を進め、本発明をなすに至った。
また、誤動作に対する余裕度向上に関しては、閾値電圧を別途設定できるように回路を構成するという手法を採用した。本願発明者は、閾値電圧を別途設定する回路を種々検討し、鋭意研究を進めた結果、本発明をなすに至った。
本発明は、具体的には、下記のような手段を採用する。
First, to improve the accuracy of the mask time, we adopted a method to reduce the fluctuation of the mask time by controlling the initial charge of the capacitor that determines the time constant. The inventor of the present application has made diligent research on methods such as controlling the initial charge of a capacitor to 0 or controlling the initial charge to a constant value, and has come to the present invention.
In addition, to improve the margin against malfunction, we adopted a method of configuring the circuit so that the threshold voltage can be set separately. The inventor of the present application has come up with the present invention as a result of studying various circuits for separately setting the threshold voltage and proceeding with diligent research.
Specifically, the present invention employs the following means.

(1)本発明は、上記課題を解決するために、電力半導体スイッチを駆動するゲート駆動回路であって、前記電力半導体スイッチのコレクタ-エミッタ電圧と、所定の閾値電圧と、を比較する比較回路と、前記比較回路が、前記コレクタ-エミッタ電圧が前記閾値電圧を超えたことを検出してから時間計測を開始する時間計測回路と、を有し、前記時間計測回路が待機保留時間を計測した後に、電力半導体スイッチが異常状態であることを意味する異常信号を出力する出力回路と、を備えることを特徴とするゲート駆動回路である。 (1) The present invention is a gate drive circuit for driving a power semiconductor switch in order to solve the above problems, and is a comparison circuit for comparing a collector-emitter voltage of the power semiconductor switch with a predetermined threshold voltage. The comparison circuit includes a time measurement circuit that starts time measurement after detecting that the collector-emitter voltage exceeds the threshold voltage, and the time measurement circuit measures the standby hold time. Later, it is a gate drive circuit including an output circuit for outputting an abnormal signal, which means that the power semiconductor switch is in an abnormal state.

(2)また、本発明は、(1)記載のゲート駆動回路であって、前記比較回路は、前記電力半導体スイッチがOFF動作からON動作に移行した直後、又は、前記電力半導体スイッチがサチュレーション状態の状況下で、所定の障害又は異常によってコレクタ電流が増大し、前記電力半導体スイッチがデサチュレーション状態となった場合に、前記コレクタ-エミッタ電圧と、所定の前記閾値電圧と、を比較することを特徴とするゲート駆動回路である。 (2) Further, the present invention is the gate drive circuit according to (1), wherein the comparison circuit is immediately after the power semiconductor switch shifts from an OFF operation to an ON operation, or the power semiconductor switch is in a saturation state. In the above situation, when the collector current increases due to a predetermined failure or abnormality and the power semiconductor switch is in a desaturation state, the collector-emitter voltage and the predetermined threshold voltage can be compared. It is a characteristic gate drive circuit.

(3)また、本発明は、(1)又は(2)記載のゲート駆動回路であって、前記異常信号は、所定の出力信号が所定の値に変化することによって、前記電力半導体スイッチがデサチュレーション状態であることを意味する信号であることを特徴とするゲート駆動回路である。 (3) Further, the present invention is the gate drive circuit according to (1) or (2), and the abnormal signal is generated by the power semiconductor switch when a predetermined output signal changes to a predetermined value. It is a gate drive circuit characterized by being a signal meaning that it is in a saturation state.

(4)また、本発明は、(1)から(3)のいずれか1項に記載のゲート駆動回路であって、前記時間計測回路は、一定の電流値の充電電流が印加されるコンデンサであって、充電とともに前記コンデンサの端子間電圧が上昇して、所定の電圧値となるまでの時間を待機保留時間とするための充電用コンデンサと、前記電力半導体スイッチがサチュレーション状態にあって、コレクタ-エミッタ電圧の値が前記比較器の閾値電圧以下であるときは、前記一定の充電電流値の電流を迂回させて、前記充電用コンデンサには充電電流が流入しないようにして、前記充電用コンデンサの初期電荷を0とする充電電流迂回路と、を備え、前記比較回路は、前記電力半導体スイッチがデサチュレーション状態となり、コレクタ-エミッタ電圧が前記比較回路の前記閾値電圧を超えたことを検出した場合、前記充電電流迂回路を遮断させ、前記コンデンサの初期電荷が0の状態から前記一定の充電電流値をコンデンサに流入させることを特徴とするゲート駆動回路である。 (4) Further, the present invention is the gate drive circuit according to any one of (1) to (3), wherein the time measurement circuit is a capacitor to which a charging current having a constant current value is applied. Therefore, the charging capacitor for setting the time until the voltage between the terminals of the capacitor rises with charging and reaching a predetermined voltage value as the standby hold time, and the power semiconductor switch are in the saturation state, and the collector. -When the value of the emitter voltage is equal to or less than the threshold voltage of the comparator, the current of the constant charging current value is bypassed so that the charging current does not flow into the charging capacitor. The comparison circuit includes a charging current detour circuit in which the initial charge of the comparison circuit is set to 0, and the comparison circuit detects that the power semiconductor switch is in a desaturated state and the collector-emitter voltage exceeds the threshold voltage of the comparison circuit. In this case, the gate drive circuit is characterized in that the charging current detour is cut off and the constant charging current value flows into the capacitor from the state where the initial charge of the capacitor is 0.

(5)また、本発明は、(4)記載のゲート駆動回路であって、駆動対象である前記電力半導体スイッチをOFF状態からON状態へ移行させる信号を出力してから、前記電力半導体スイッチが実際にON動作となるまでに遅延時間が発生する場合において、前記充電用コンデンサに初期電荷を残留させ、前記初期電荷を充電する時間の分だけ短い前記待機保留時間を発生させる第1の初期電荷充電回路、を備え、前記出力回路は、前記時間計測回路が、前記短い待機保留時間を計測した後に、電力半導体スイッチがデサチュレーション状態であることを意味する異常信号を出力することを特徴とするゲート駆動回路である。 (5) Further, the present invention is the gate drive circuit according to (4), in which the power semiconductor switch outputs a signal for shifting the power semiconductor switch to be driven from the OFF state to the ON state, and then the power semiconductor switch. When a delay time occurs before the actual ON operation, the initial charge remains in the charging capacitor, and the first initial charge that generates the standby hold time shorter by the time for charging the initial charge is generated. The output circuit comprises a charging circuit, wherein the time measuring circuit outputs an abnormal signal, which means that the power semiconductor switch is in a desaturation state, after measuring the short standby hold time. It is a gate drive circuit.

(6)また、本発明は、(4)記載のゲート駆動回路であって、駆動対象である前記電力半導体スイッチをOFF状態からON状態へ移行させる信号を出力してから、前記電力半導体スイッチが実際にON動作となるまでに遅延時間が発生する場合において、前記充電電流迂回回路は、前記充電電流を迂回させる迂回スイッチと、前記迂回スイッチと直接に接続する抵抗と、の直列回路を備え、前記充電電流迂回回路によって充電電流が迂回する場合でも、前記初期電荷抵抗の分だけ、充電用コンデンサに初期電荷が残留させ、前記初期電荷を充電する時間の分だけ短い前記待機保留時間が発生し、前記出力回路は、前記時間計測回路が、短い前記待機保留時間を計測した後に、電力半導体スイッチがデサチュレーション状態であることを意味する異常信号を出力することを特徴とするゲート駆動回路である。 (6) Further, the present invention is the gate drive circuit according to (4), in which the power semiconductor switch outputs a signal for shifting the power semiconductor switch to be driven from the OFF state to the ON state, and then the power semiconductor switch. When a delay time occurs before the actual ON operation, the charging current bypass circuit includes a series circuit of a bypass switch for bypassing the charging current and a resistor directly connected to the bypass switch. Even when the charging current is bypassed by the charging current bypass circuit, the initial charge remains in the charging capacitor by the amount of the initial charge resistance, and the standby hold time shorter by the time of charging the initial charge is generated. The output circuit is a gate drive circuit, characterized in that the time measurement circuit outputs an abnormal signal meaning that the power semiconductor switch is in a desaturation state after measuring the short standby hold time. ..

(7)また、本発明は、(1)から(6)のいずれか1項に記載のゲート駆動回路において、カソード端子が前記比較回路に接続し、アノード端子が前記電力半導体スイッチのコレクタ端子に接続するダイオード、を備え、前記比較回路は、前記ダイオードを介して、前記電力半導体スイッチのコレクタ電圧を検出することを特徴とするゲート駆動回路である。 (7) Further, in the gate drive circuit according to any one of (1) to (6), the present invention has a cathode terminal connected to the comparison circuit and an anode terminal to a collector terminal of the power semiconductor switch. The comparison circuit includes a diode to be connected, and the comparison circuit is a gate drive circuit characterized in that the collector voltage of the power semiconductor switch is detected via the diode.

本発明によれば、電力半導体スイッチを駆動するゲート駆動回路であって、待機保留時間(マスク時間)の精度向上、及び誤動作に対する余裕度の向上を実現するゲート駆動回路を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a gate drive circuit for driving a power semiconductor switch, which improves the accuracy of the standby hold time (mask time) and improves the margin for malfunction.

実施形態1におけるゲート駆動回路100の回路図である。It is a circuit diagram of the gate drive circuit 100 in Embodiment 1. 図1に示す回路の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the circuit shown in FIG. 実施形態2におけるゲート駆動回路200の回路図である。It is a circuit diagram of the gate drive circuit 200 in Embodiment 2. IGBTがOFF動作からON動作への過渡状態における等価回路の回路図である。It is a circuit diagram of the equivalent circuit in the transition state from the OFF operation to the ON operation of the IGBT. ダイオードD1がない場合のゲートドライバ110の比較器CMP1の非反転入力端子の電圧波形を示すグラフである。It is a graph which shows the voltage waveform of the non-inverting input terminal of the comparator CMP1 of a gate driver 110 when there is no diode D1. ダイオードD1を挿入した場合のゲートドライバ110の比較器CMP1の非反転入力端子の電圧波形を示すグラフである。It is a graph which shows the voltage waveform of the non-inverting input terminal of the comparator CMP1 of the gate driver 110 when the diode D1 is inserted. IGBT12のON動作への移行動作が遅延する場合、IGBT12のON動作が完了してから負荷異常が発生した場合に、マスク時間が変動する状況を示したタイムチャートである。It is a time chart which showed the situation which the mask time fluctuates when the transition operation to the ON operation of the IGBT 12 is delayed, and when the load abnormality occurs after the ON operation of the IGBT 12 is completed. IGBT12のON動作への移行動作が遅延する場合、IGBT12のON動作が完了する前に負荷異常が発生した場合に、マスク時間が変動する状況を示したタイムチャートである。It is a time chart showing the situation where the mask time fluctuates when the transition operation to the ON operation of the IGBT 12 is delayed and the load abnormality occurs before the ON operation of the IGBT 12 is completed. 実施形態3におけるゲート駆動回路300の回路図である。It is a circuit diagram of the gate drive circuit 300 in Embodiment 3. 実施形態3に示す回路における、IGBT12がON動作が完了してから負荷異常が発生した場合に、マスク時間が変動する状況を示したタイムチャートである。6 is a time chart showing a situation in which the mask time fluctuates when a load abnormality occurs after the IGBT 12 is turned on in the circuit shown in the third embodiment. 初期電荷を作る別の構成回路の例を示す図であり、ゲート駆動回路400の回路図である。It is a figure which shows the example of another constituent circuit which makes the initial charge, and is the circuit diagram of the gate drive circuit 400. 具体的な実施例その1に係るゲート駆動回路500の回路図である。It is a circuit diagram of the gate drive circuit 500 which concerns on the specific Example 1. FIG. IGBT12がON動作してから20μsec後に異常発生した場合のマスク時間を表すグラフである。It is a graph which shows the mask time when an abnormality occurs 20 μsec after ON operation of the IGBT 12. IGBT12がON動作し、その直後に異常発生した場合のマスク時間を表すグラフである。It is a graph which shows the mask time when the IGBT 12 is turned on and an abnormality occurs immediately after that. 具体的な実施例その2に係るゲート駆動回路600の回路図である。It is a circuit diagram of the gate drive circuit 600 which concerns on the specific Example 2. FIG. 具体的な実施例その3に係るゲート駆動回路700の回路図である。It is a circuit diagram of the gate drive circuit 700 which concerns on the specific Example 3. FIG. 従来のゲートドライバ10がIGBT12を駆動する場合の回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure when the conventional gate driver 10 drives an IGBT 12.

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づき説明する。
1.実施形態1
図1には、本実施形態にかかるゲート駆動回路100を示す回路図が示されている。図1において、IGBT12を除く部分が、ゲート駆動回路100の特徴的な部分となる。
図1に示すように、図17に示した従来の回路と同様にゲートドライバ110を利用した回路であり、このゲートドライバ110の構成・動作は、従来の図17で示したゲートドライバ10の構成・動作と同様である。このゲートドライバ110も、図17で示したゲートドライバ10と同様に所定のIC等で構成してよい。
ゲートドライバ110のOUT端子114は、バッファ120を介してIGBT12のゲート端子に接続されており、IGBT12を駆動する。ゲートドライバ110のGND端子と、DESAT端子との間には、コンデンサCdesatが接続されている。このコンデンサCdesatは、後述するように、その充電動作によってマスク時間の決定に重要な役割を果たす素子である。
ここで、IGBT12は、請求の範囲の電力半導体スイッチの好適な一例に相当する。
ゲート駆動回路100は、請求の範囲のゲート駆動回路の好適な一例に相当する。なお、後述するゲート駆動回路200、300、400、500、600、700も、請求の範囲のゲート駆動回路の好適な一例に相当する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1. 1. Embodiment 1
FIG. 1 shows a circuit diagram showing a gate drive circuit 100 according to the present embodiment. In FIG. 1, the portion excluding the IGBT 12 is a characteristic portion of the gate drive circuit 100.
As shown in FIG. 1, it is a circuit using the gate driver 110 like the conventional circuit shown in FIG. 17, and the configuration / operation of the gate driver 110 is the configuration of the gate driver 10 shown in FIG.・ It is the same as the operation. The gate driver 110 may also be configured by a predetermined IC or the like like the gate driver 10 shown in FIG.
The OUT terminal 114 of the gate driver 110 is connected to the gate terminal of the IGBT 12 via the buffer 120 and drives the IGBT 12. A capacitor Cdesat is connected between the GND terminal of the gate driver 110 and the DESAT terminal. As will be described later, this capacitor Cdesat is an element that plays an important role in determining the mask time by its charging operation.
Here, the IGBT 12 corresponds to a suitable example of a power semiconductor switch in the claims.
The gate drive circuit 100 corresponds to a preferred example of a gate drive circuit in the claims. The gate drive circuits 200, 300, 400, 500, 600, and 700, which will be described later, also correspond to suitable examples of the gate drive circuits in the claims.

トランジスタQ2のコレクタ端子は、DESAT端子に接続され、エミッタ端子はGND端子に接続されている。トランジスタQ2のベース端子は、比較器CMP2の出力端子に接続されている。トランジスタQ2は、後述するように、コンデンサCdesatの電荷の放電を行う役割を果たす。比較器CMP2は、その反転入力端子は抵抗Rdesatを介してプラス側電源VCCに接続している。また、反転入力端子は、ダイオードDdesatのアノード端子に接続している。
ダイオードDdesatは、そのアノード端子が比較器CMP2の反転入力端子に接続し、カソード端子は、IGBT12のコレクタ端子に接続している。
比較器CMP2の非反転入力端子は、第2の基準電圧Vdesat-2のプラス側端子に接続している。第2の基準電圧Vdedsat-2の他方(マイナス側)端子は、GND端子に接続する。
また、IGBT12のエミッタ端子は、GND端子に接続している。
なお、トランジスタQ2は、請求の範囲の充電電流迂回回路の好適な一例に相当する。
The collector terminal of the transistor Q2 is connected to the DESAT terminal, and the emitter terminal is connected to the GND terminal. The base terminal of the transistor Q2 is connected to the output terminal of the comparator CMP2. As will be described later, the transistor Q2 plays a role of discharging the electric charge of the capacitor Cdesat. The inverting input terminal of the comparator CMP2 is connected to the positive power supply VCS via the resistor Rdesat. Further, the inverting input terminal is connected to the anode terminal of the diode Ddesat.
The anode terminal of the diode Ddesat is connected to the inverting input terminal of the comparator CMP2, and the cathode terminal is connected to the collector terminal of the IGBT 12.
The non-inverting input terminal of the comparator CMP2 is connected to the positive terminal of the second reference voltage Vdesat-2. The other (minus side) terminal of the second reference voltage Vdedsat-2 is connected to the GND terminal.
Further, the emitter terminal of the IGBT 12 is connected to the GND terminal.
The transistor Q2 corresponds to a suitable example of the charge current detour circuit in the claims.

IGBT12がOFF動作状態の時は、IGBT12のコレクタ電圧が高電圧となるので、比較器CMP2の反転入力端子には、プラス側電源VCCが印加される。比較器CMP2の出力信号はLowとなり、トランジスタQ2はOFF状態となる。
このとき、ゲートドライバ110のOUT端子の出力信号(IGBT12のゲート端子に印加されている)はLowであり、この出力信号はインバータ116で反転されHighとなってトランジスタQ1のベース端子に印加される。そのため、ゲートドライバ110のトランジスタQ1がON動作状態を維持して、コンデンサCdesatの電荷を放電している。したがって、コンデンサCdesatの初期電圧は0Vである。
コンデンサCdesatは、請求の範囲の充電用コンデンサの好適な一例に相当する。直、後述する図12等のコンデンサC3も、請求の範囲の充電用コンデンサの好適な一例に相当する。
When the IGBT 12 is in the OFF operation state, the collector voltage of the IGBT 12 becomes a high voltage, so that the positive power supply VCS is applied to the inverting input terminal of the comparator CMP2. The output signal of the comparator CMP2 is Low, and the transistor Q2 is in the OFF state.
At this time, the output signal of the OUT terminal of the gate driver 110 (applied to the gate terminal of the IGBT 12) is Low, and this output signal is inverted by the inverter 116 to become High and applied to the base terminal of the transistor Q1. .. Therefore, the transistor Q1 of the gate driver 110 maintains the ON operating state to discharge the electric charge of the capacitor Cdesat. Therefore, the initial voltage of the capacitor Cdesat is 0V.
The capacitor Cdesat corresponds to a suitable example of a charging capacitor in the claims. The capacitor C3 shown in FIG. 12, which will be described later, also corresponds to a suitable example of the charging capacitor in the claims.

OUT端子114の出力信号がHighになると、IGBT12がON動作状態になる。このとき、OUT端子114の出力信号がインバータ116で反転されてトランジスタA1のベース端子に印加されるので、トランジスタQ1はOFF状態となる。
IGBT12のコレクタ-エミッタ間電圧(コレクタ電圧)がサチュレーション電圧となるので、比較器CMP2の反転入力端子に印加される電圧は、ダイオードDdesatの順方向電圧とIGBT12のコレクタ-エミッタ間のサチュレーション電圧との和、すなわち、VFDdesat+VCEsat となり、第2の基準電圧Vdesat-2より低いので、トランジスタQ2はON状態となる。
When the output signal of the OUT terminal 114 becomes High, the IGBT 12 is turned on. At this time, since the output signal of the OUT terminal 114 is inverted by the inverter 116 and applied to the base terminal of the transistor A1, the transistor Q1 is turned off.
Since the collector-emitter voltage (collector voltage) of the IGBT 12 is the saturation voltage, the voltage applied to the inverting input terminal of the comparator CMP2 is the forward voltage of the diode Ddesat and the saturation voltage between the collector and the emitter of the IGBT 12. The sum, that is, VF Diode + VCE sat , which is lower than the second reference voltage Vdesat-2, so that the transistor Q2 is in the ON state.

本実施形態において特徴的なことは、IGBT12がON動作状態となっても、トランジスタQ2がON動作することによって、コンデンサCdesatに電荷が充電されないことである。その結果、コンデンサCdesatの端子間電圧は0Vの状態を維持することができる。つまり、コンデンサCdesatの初期電圧を0に固定することができたものである。
ここで、IGBT12の負荷が異常となりIGBT12のコレクタ-エミッタ間電圧が上昇して第2の基準電圧Vdesat-2-VFDdesatを超えると、比較器CMP2の反転入力端子の電圧が第2の基準電圧Vdesat-2を超える。したがって、比較器CMP2出力信号がLowとなり、トランジスタQ2がOFF動作して、ゲートドライバ110内の電流源IdesatによってコンデンサCdesatの充電が開始される。
What is characteristic of this embodiment is that even if the IGBT 12 is turned on, the transistor Q2 is turned on so that the capacitor Cdesat is not charged. As a result, the voltage between the terminals of the capacitor Cdesat can be maintained at 0V. That is, the initial voltage of the capacitor Cdesat could be fixed to 0.
Here, when the load of the IGBT 12 becomes abnormal and the collector-emitter voltage of the IGBT 12 rises and exceeds the second reference voltage V desert-2- VF Ddesat , the voltage of the inverting input terminal of the comparator CMP2 becomes the second reference. The voltage exceeds V desat-2 . Therefore, the comparator CMP2 output signal becomes Low, the transistor Q2 is turned off, and the capacitor Cdesat is started to be charged by the current source Ideat in the gate driver 110.

この充電によりコンデンサCdesatの端子間電圧VCdesatが、第1の基準電圧Vdesat-1を超えると、ゲートドライバ110内の比較器CMP1の出力信号が反転してHighとなり、異常信号を送出する。
IGBT12の負荷が異常となり、IGBT12のコレクタ-エミッタ間電圧がVdesat-2 - VFDdesatを超えてから、異常信号が送出されるまでのマスク時間は、次の式(5)で表される。

Figure 0007037538000005
このように、式(5)には従来技術の場合の式(2)のようにコンデンサCdesatの初期電荷に伴うVCdesat(0)項が関係しないので、異常の発生するタイミングに依存しないで、常に一定のマスク時間を実現することができる。
また、第2の基準電圧Vdesat-2は、プラス側電圧VCC以下の電圧であれば任意に選定できるので、ノイズ等に対する誤動作マージンをより大きくとることが可能である。したがって、従来方式のノイズに対するマージンを確保しにくい欠点を解消することができる。第2の基準電圧Vdesat-2は、請求の範囲の所定の閾値電圧の好適な一例に相当する。 When the voltage between terminals V Cdesat of the capacitor Cdesat exceeds the first reference voltage Vdestat-1 due to this charging, the output signal of the comparator CMP1 in the gate driver 110 is inverted and becomes High, and an abnormal signal is transmitted.
The mask time from when the load of the IGBT 12 becomes abnormal and the collector-emitter voltage of the IGBT 12 exceeds V desert-2 -VF Ddesat until the abnormal signal is transmitted is expressed by the following equation (5).
Figure 0007037538000005
As described above, since the VCdesat (0) term associated with the initial charge of the capacitor Cdesat is not related to the equation (5) as in the equation (2) in the case of the prior art, it does not depend on the timing at which the abnormality occurs. A constant mask time can always be achieved.
Further, since the second reference voltage V desert-2 can be arbitrarily selected as long as it is a voltage equal to or lower than the positive side voltage VCS, it is possible to take a larger malfunction margin against noise and the like. Therefore, it is possible to eliminate the drawback that it is difficult to secure a margin for noise in the conventional method. The second reference voltage V desat-2 corresponds to a suitable example of a predetermined threshold voltage in the claims.

機能ブロック図
本実施形態1の図1における回路の機能ブロック図が図2に示されている。
図2の機能ブロック図において、ゲートドライバ110の他に、時間計測回路130と、比較回路132と、が示されている。
比較回路132は、図1の比較器CMP2及び第2の基準電圧Vdesat-2に相当する回路であり、請求の範囲の比較回路の好適な一例に相当する。したがって、比較回路132は、IGBT12のコレクタ-エミッタ電圧を、第2の基準電圧Vdesat-2と比較し、その比較結果を出力している。
また、第2の基準電圧は、請求の範囲の所定の閾値電圧の好適な一例に相当する。
時間計測回路130は、図1のコンデンサCdesat及びトランジスタQ2に相当する回路であり、請求の範囲の時間計測回路の好適な一例に相当する。
このトランジスタQ2は、請求の範囲の充電電流迂回回路を構成しており、比較回路132の出力信号に基づき、コンデンサCdesatの充電電流を迂回すること、又は、迂回させずにコンデンサCdesatの充電を行わせること、の動作を行うことができる。
本実施形態で特徴的な事項の一つは、充電電流開回路(トランジスタQ2)を設けたことである。これによって充電開始時点におけるコンデンサCdesatの電荷を予め0にできるので、マスク時間の計測をより正確にすることができる。
ゲートドライバ110は、請求の範囲の出力回路の好適な一例に相当する。特に比較器CMP1の出力信号は、請求の範囲の異常信号の好適な一例に相当する。
Functional block diagram A functional block diagram of the circuit in FIG. 1 of the first embodiment is shown in FIG.
In the functional block diagram of FIG. 2, in addition to the gate driver 110, a time measurement circuit 130 and a comparison circuit 132 are shown.
The comparison circuit 132 is a circuit corresponding to the comparator CMP2 and the second reference voltage V desert-2 in FIG. 1, and corresponds to a suitable example of the comparison circuit in the claims. Therefore, the comparison circuit 132 compares the collector-emitter voltage of the IGBT 12 with the second reference voltage V desert-2 , and outputs the comparison result.
Further, the second reference voltage corresponds to a suitable example of a predetermined threshold voltage in the claims.
The time measurement circuit 130 is a circuit corresponding to the capacitor Cdesat and the transistor Q2 in FIG. 1, and corresponds to a suitable example of the time measurement circuit in the claims.
This transistor Q2 constitutes a charge current bypass circuit within the range of the claim, and bypasses the charge current of the capacitor Cdesat based on the output signal of the comparison circuit 132, or charges the capacitor Cdesat without bypassing. It is possible to perform the operation of making.
One of the characteristic matters in this embodiment is that a charging current open circuit (transistor Q2) is provided. As a result, the charge of the capacitor Cdesat at the start of charging can be set to 0 in advance, so that the measurement of the mask time can be made more accurate.
The gate driver 110 corresponds to a preferred example of an output circuit in the claims. In particular, the output signal of the comparator CMP1 corresponds to a suitable example of the abnormal signal in the claims.

2.実施形態2
実施形態2にかかるゲート駆動回路200の回路図が図3に示されている。図3は、図1の比較器CMP2の反転入力端子とダイオードDdesatのアノード間にダイオードD1を挿入し、コンデンサC1を追加した回路である。コンデンサC1は、比較器CMP2の反転入力端子の寄生容量か、又は誤動作の原因となるノイズを吸収するために挿入したコンデンサを表す。これらの追加した構成以外の構成は、図1と同様である。
なお、ダイオードD1は、請求の範囲のダイオードの好適な一例に相当する。
2. 2. Embodiment 2
A circuit diagram of the gate drive circuit 200 according to the second embodiment is shown in FIG. FIG. 3 is a circuit in which a diode D1 is inserted between the inverting input terminal of the comparator CMP2 of FIG. 1 and the anode of the diode Ddesat, and a capacitor C1 is added. The capacitor C1 represents a parasitic capacitance of the inverting input terminal of the comparator CMP2 or a capacitor inserted to absorb noise that causes a malfunction. The configurations other than these added configurations are the same as those in FIG.
The diode D1 corresponds to a suitable example of the diode in the claims.

このように、コンデンサC1が存在するとき、IGBT12がOFF動作からON動作に移行した過渡現象によって、ダイオードDdesatの端子間に存在する容量の電荷がコンデンサC1をマイナス方向に充電し、マスク時間が変動する場合がある。ダイオードD1は、このような現象を防止するためのダイードである。
IGBT12がOFF動作の状態のとき、ダイオードDdesatは、逆バイアスされているので、等価的にはコンデンサと考えることができる。この等価的コンデンサにはIGBT12がOFF状態時のコレクタ電圧に近い電圧が印加されており、IGBT12がOFF状態から、ON状態に移行すると、その直後において図4の等価回路に示すように、コンデンサC1がマイナス方向に充電されて、復帰するまでの時間だけ比較器CMP2の検出動作が遅延してしまう。図4には、IGBT12がOFF動作からON動作への過渡状態における等価回路が示されている。
In this way, when the capacitor C1 is present, due to the transient phenomenon in which the IGBT 12 shifts from the OFF operation to the ON operation, the electric charge of the capacitance existing between the terminals of the diode Ddesat charges the capacitor C1 in the negative direction, and the mask time fluctuates. May be done. The diode D1 is a diode for preventing such a phenomenon.
When the IGBT 12 is in the OFF operation state, the diode Ddesat is reverse-biased, so that it can be considered equivalently as a capacitor. A voltage close to the collector voltage when the IGBT 12 is in the OFF state is applied to this equivalent capacitor, and when the IGBT 12 shifts from the OFF state to the ON state, immediately after that, as shown in the equivalent circuit of FIG. 4, the capacitor C1 Is charged in the negative direction, and the detection operation of the comparator CMP2 is delayed by the time until it recovers. FIG. 4 shows an equivalent circuit in a transition state in which the IGBT 12 is in a transition state from an OFF operation to an ON operation.

ここで、図4において、VhiはIGBT12がOFF動作時のコレクタ電圧であり、プラス側電源VCCに対して、十分に高い電圧であるものとする。そこで、Vhi-V CC≒VhiであるとしてIGBT12がOFF動作からON動作するときのコンデンサC1端子間電圧の過渡波形は、式(6)で表すことができる。

Figure 0007037538000006
この式(6)から、IGBT12がON動作した瞬間にコンデンサC1の端子間電圧は
-Vhi×(CDdesat/(C+CDdesat))までマイナス電圧に充電される。その後、時定数Rdesat(C+CDdesat)で0Vに復帰する。この復帰時間は、負荷異常がIGBT12のON動作直後に発生した場合と、復帰時間の終了後に負荷異常が発生した場合とで、マスク時間が異なる結果となる。
なお、CDdesatは、ダイオードDdesatの等価コンデンサの容量を表し、Cは、コンデンサC1の容量を表し、Rdesat1は、抵抗Rdesatの抵抗値を表す。 Here, in FIG. 4, Vhi is the collector voltage when the IGBT 12 is in the OFF operation, and is assumed to be a sufficiently high voltage with respect to the positive side power supply VCS. Therefore, assuming that Vhi-V CC≈Vhi, the transient waveform of the voltage between the capacitors C1 terminals when the IGBT 12 operates from the OFF operation to the ON operation can be expressed by the equation (6).
Figure 0007037538000006
From this equation (6), the voltage between the terminals of the capacitor C1 is charged to a negative voltage up to −Vhi × (C Ddesat / (C 1 + C Ddesat )) at the moment when the IGBT 12 is turned on. After that, it returns to 0V with the time constant R desat (C 1 + C D desat ). This recovery time has different mask times depending on whether the load abnormality occurs immediately after the ON operation of the IGBT 12 or the load abnormality occurs after the recovery time ends.
Note that C Ddesat represents the capacity of the equivalent capacitor of the diode Ddesat, C 1 represents the capacity of the capacitor C1, and R desat 1 represents the resistance value of the resistor Rdesat.

すなわち、IGBT12がON動作した直後に負荷異常となると、IGBT12のコレクタ-エミッタ電圧Vceの上昇の検出が上記の復帰時間分遅れるので、最終的にはマスク時間が復帰時間分長くなる。そこで、本実施形態2の図3に示すように、ダイオードD1を挿入することによって、この現象を抑制することができる。
ダイオードD1がない場合と、ダイオードD1を挿入した場合と、のゲートドライバ110の比較器CMP1の非反転入力端子の電圧波形を図5及び図6のグラフにそれぞれ示されている。各グラフは、横軸が時間経過を示し、縦軸には上記非反転入力端子の電圧波形、及び、その他種々の信号波形を示している。
That is, if a load abnormality occurs immediately after the IGBT 12 is turned on, the detection of an increase in the collector-emitter voltage Vce of the IGBT 12 is delayed by the recovery time, so that the mask time is finally lengthened by the recovery time. Therefore, as shown in FIG. 3 of the second embodiment, this phenomenon can be suppressed by inserting the diode D1.
The voltage waveforms of the non-inverting input terminal of the comparator CMP1 of the gate driver 110 in the case where the diode D1 is not provided and the case where the diode D1 is inserted are shown in the graphs of FIGS. 5 and 6, respectively. In each graph, the horizontal axis shows the passage of time, and the vertical axis shows the voltage waveform of the non-inverting input terminal and various other signal waveforms.

ダイオードD1がない場合(図5)は、ゲートドライバ110比較器CMP1の非反転入力端子は、IGBT12がON動作した瞬間にマイナス方向に電位が低下して、その後、徐々に電位の値が復帰している。図5の例では、およそ1μsec位の時間を要しており、図4中「増加した時間」とのラベルが付されている。そのため、マスク時間はその分長くなり、マスク時間の変動の原因となる。すなわち、コンデンサCdesatの充電電圧が第1の基準電圧Vdesat-1を超えるまでの時間がマスク時間となるが、図5から明らかなように、上述した「増加した時間」の分だけマスク時間が長くなって(変動して)いる。
一方、ダイオードD1を挿入した場合は、ゲートドライバ110比較器CMP1の非反転入力端子の電圧変化は解消されていて、マスク時間の変動要因が存在しないことが明らかである(図6参照)。
When there is no diode D1 (FIG. 5), the potential of the non-inverting input terminal of the gate driver 110 comparator CMP1 drops in the negative direction at the moment when the IGBT 12 is turned on, and then the potential value gradually recovers. ing. In the example of FIG. 5, it takes about 1 μsec, and is labeled as “increased time” in FIG. Therefore, the mask time becomes longer by that amount, which causes fluctuations in the mask time. That is, the masking time is the time until the charging voltage of the capacitor Cdesat exceeds the first reference voltage Vdesat-1, but as is clear from FIG. 5, the masking time is longer by the above-mentioned "increased time". (Fluctuating).
On the other hand, when the diode D1 is inserted, it is clear that the voltage change of the non-inverting input terminal of the gate driver 110 comparator CMP1 is eliminated and there is no factor of fluctuation in the mask time (see FIG. 6).

以上説明したように、本実施形態によれば、誤動作の原因となるノイズを効果的に除去しつつ、マスク時間の変動を抑制することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to suppress fluctuations in the mask time while effectively removing noise that causes malfunction.

3.実施形態3
IGBT12の特性、又は、IGBT12で電力制御する対象セット側の要求、によって、IGBT12の制御信号を出力する制御回路からのON信号が発生してから、実際にIGBT12がON動作となるまでに遅延時間が長い場合がある。IGBT12の特性とは、例えば、ゲート抵抗が非常に大きかった場合等である。
このような状況下では、実施形態1(図1)で示した負荷回路においても異常の発生タイミングによりマスク時間が変動する場合がある。
図7、図8には、図1で説明したゲート駆動回路100を含む回路において、IGBT12のON動作への移行動作が遅延する場合、負荷異常の発生タイミングによって、マスク時間が変動する状況を示したタイムチャートが示されている。
3. 3. Embodiment 3
Delay time from the generation of the ON signal from the control circuit that outputs the control signal of the IGBT 12 to the actual ON operation of the IGBT 12 due to the characteristics of the IGBT 12 or the request of the target set side for power control by the IGBT 12. May be long. The characteristics of the IGBT 12 are, for example, when the gate resistance is very large.
Under such circumstances, even in the load circuit shown in the first embodiment (FIG. 1), the mask time may fluctuate depending on the timing of occurrence of an abnormality.
7 and 8 show a situation in which the mask time fluctuates depending on the timing of occurrence of a load abnormality when the transition operation of the IGBT 12 to the ON operation is delayed in the circuit including the gate drive circuit 100 described with reference to FIG. The time chart is shown.

図7は、負荷異常がIGBT12がON動作を完了した後に発生した例である。換言すると負荷異常がIGBT12のON動作の遅延時間より後に発生した場合のタイムチャートである。図7において、横軸は時間の経過を表し、縦軸は種々の信号を表す。具体的には、コンデンサCdesatの両端電圧と、IGBT12のON/OFF状態と、IGBT12のゲート-ソース間電圧と、IGBT12を制御する制御回路からの制御信号が示されている。 FIG. 7 is an example in which a load abnormality occurs after the IGBT 12 completes the ON operation. In other words, it is a time chart when a load abnormality occurs after the delay time of the ON operation of the IGBT 12. In FIG. 7, the horizontal axis represents the passage of time, and the vertical axis represents various signals. Specifically, the voltage across the capacitor Cdesat, the ON / OFF state of the IGBT 12, the gate-source voltage of the IGBT 12, and the control signal from the control circuit that controls the IGBT 12 are shown.

まず、制御回路からの制御信号がIGBT12をON動作させる値に変わると、IGBT12のゲート-ソース間電圧が上昇を開始し、また、コンデンサCdesatの両端電圧も上昇を開始する。
図7の例では、IGBT12の応答速度が遅く、遅延時間td経過後にIGBT12はON動作に移行する。すると、コンデンサCdesatの両端電圧は0にリセットされる。 その後、障害、例えば負荷の短絡障害が発生すると、コンデンサCdesatの充電が開始され、マスク時間を計時し始める。
このときのマスク時間はt1(図7参照)となり、充電用コンデンサCdesatは、初期電荷が0から充電が開始され、コンデンサCdesatの両端電圧が0V~Vdesatまでの充電時間がマスク時間となる。
First, when the control signal from the control circuit changes to a value that turns on the IGBT 12, the gate-source voltage of the IGBT 12 starts to rise, and the voltage across the capacitor Cdesat also starts to rise.
In the example of FIG. 7, the response speed of the IGBT 12 is slow, and the IGBT 12 shifts to the ON operation after the delay time td elapses. Then, the voltage across the capacitor Cdesat is reset to 0. After that, when a failure, for example, a short circuit failure of the load occurs, charging of the capacitor Cdesat is started, and the mask time is started to be timed.
The mask time at this time is t1 (see FIG. 7), and the charging capacitor Cdesat starts charging from 0 when the initial charge is 0, and the charging time from 0V to Vdesat across the voltage of the capacitor Cdesat is the masking time.

一方図8は、負荷の異常がIGBT12がON動作する前に発生した例である。換言すると、負荷異常がIGBT12のON動作遅延時間内に発生した場合のタイムチャートである。
図8は、図7と同様に、横軸が時間の経過を表し、縦軸には図6と同様の種類の信号が描かれている。
On the other hand, FIG. 8 shows an example in which a load abnormality occurs before the IGBT 12 is turned on. In other words, it is a time chart when a load abnormality occurs within the ON operation delay time of the IGBT 12.
In FIG. 8, as in FIG. 7, the horizontal axis represents the passage of time, and the vertical axis represents the same type of signal as in FIG.

通常のゲートドライバ110の動作として、所定の制御回路が制御信号の値をIGBT12をON動作させる値にすると(ON動作の指令がでると)、ほぼ同時に、ゲートドライバ110内部の充電電流の迂回回路が遮断(トランジスタQ1がOFF動作)される。
つまり、図1におけるOUT端子の出力信号がHighとなり、この信号がインバータ116を介してトランジスタQ1のベース端子に印加されるので、充電電流の迂回回路であるトランジスタQ1がOFFされる。
As a normal operation of the gate driver 110, when a predetermined control circuit sets the value of the control signal to a value for turning on the IGBT 12 (when an ON operation command is issued), a detour circuit for the charging current inside the gate driver 110 almost at the same time. Is cut off (transistor Q1 is turned off).
That is, the output signal of the OUT terminal in FIG. 1 becomes High, and this signal is applied to the base terminal of the transistor Q1 via the inverter 116, so that the transistor Q1 which is a detour circuit of the charging current is turned off.

図8の例では、IGBT12のON動作が遅れているので、図1の比較器CMP2の反転入力端子の電圧はVdesat-2より高いので、トランジスタQ2もOFF状態を維持している。そのため、制御信号がIGBT12をONする指令が出るとほぼ同時に充電用コンデンサCdesatの充電が開始される。この様子が図8のタイムチャートに示されている。このとき、IGBT12のゲート-ソース間電圧も上昇していくが、IGBT12のON動作が遅れているので、IGBT12はOFF状態が一定期間続く(図8参照)。
具体的に言えば、遅延時間tdの期間、IGBT12のOFF状態が続く。
図8で説明する例では、IGBT12がON動作する前に、例えば短絡等の障害が発生している。
In the example of FIG. 8, since the ON operation of the IGBT 12 is delayed, the voltage of the inverting input terminal of the comparator CMP2 of FIG. 1 is higher than that of Vdesat-2, so that the transistor Q2 also maintains the OFF state. Therefore, charging of the charging capacitor Cdesat is started almost at the same time when the control signal gives a command to turn on the IGBT 12. This situation is shown in the time chart of FIG. At this time, the gate-source voltage of the IGBT 12 also rises, but since the ON operation of the IGBT 12 is delayed, the IGBT 12 remains OFF for a certain period of time (see FIG. 8).
Specifically, the OFF state of the IGBT 12 continues for the period of the delay time td.
In the example described with reference to FIG. 8, a failure such as a short circuit has occurred before the IGBT 12 is turned on.

その後、図8における遅延時間tdを経過した後、IGBT12が遅れてON動作に移行する。しかし、IGBT12がON動作に移行した時(遅延時間tdが経過した時点)は、すでに負荷異常が発生した後であるから、IGBT12がON動作に移行しても比較器CMP2の反転入力端子電圧は、Vdesat-2より高い電圧を維持し続けるのでトランジスタQ2もOFF状態を維持し続け、コンデンサCdesatは充電を継続する。従って、コンデンサCdesatの端子間電圧が、0VからVdesat-1に達するまでの時間はt2(図8参照)となる。 Then, after the delay time td in FIG. 8 has elapsed, the IGBT 12 is delayed and shifts to the ON operation. However, when the IGBT 12 shifts to the ON operation (when the delay time td has elapsed), the load abnormality has already occurred, so even if the IGBT 12 shifts to the ON operation, the inverting input terminal voltage of the comparator CMP2 remains unchanged. , Since the voltage higher than Vdesat-2 is maintained, the transistor Q2 also keeps the OFF state, and the capacitor Cdesat keeps charging. Therefore, the time from 0V to Vdesat-1 for the voltage between the terminals of the capacitor Cdesat is t2 (see FIG. 8).

この時間t2は、図7におけるマスク時間t1と同じ時間である。しかしながら、不飽和状態(Desaturation状態:デサチュレーション状態)(以下、Desat状態と呼ぶ)の時間計測は、実際にIGBT12がDesat状態になってから計測開始でなければならない。すなわち、この場合、IGBT12がON動作に移行直後(図8における遅延時間td経過時点)から、その時点が時間計測の起点とならなければならない。なぜならば、Desat検出(不飽和状態の検出)の保護はIGBT12を保護すると同時に保護回路の誤動作防止の観点からマスク時間を決定しなければならないので、相互のバランスを極力考慮したものでなければならないからである。
そのようにマスク時間を定義すると、図8で説明する状況におけるマスク時間とは、図8で示すt3であり、図7におけるマスク時間t1より、IGBT12の遅延時間tdだけ短くなるという問題がある。
This time t2 is the same as the mask time t1 in FIG. However, the time measurement in the unsaturated state (Desaturation state: desaturation state) (hereinafter referred to as the Desat state) must be started after the IGBT 12 is actually in the Desat state. That is, in this case, immediately after the IGBT 12 shifts to the ON operation (the time when the delay time td in FIG. 8 has elapsed), that time must be the starting point of the time measurement. This is because the protection of Desat detection (detection of unsaturated state) must protect the IGBT 12 and at the same time determine the mask time from the viewpoint of preventing the protection circuit from malfunctioning, so the mutual balance must be considered as much as possible. Because.
When the mask time is defined in this way, the mask time in the situation described in FIG. 8 is t3 shown in FIG. 8, and there is a problem that the delay time td of the IGBT 12 is shorter than the mask time t1 in FIG.

このような場合は、図9に示すように、トランジスタQ2によるコンデンサCdesatの放電については、コンデンサCdesatの放電開始時にあえて初期電荷をコンデンサCdesat与える方法をとることが好ましい。図9のVbは、IGBT12がON動作移行を完了するとトランジスタQ2によってコンデンサCdesatの放電を行うが、コンデンサCdesatの電荷をすべて放電せず、コンデンサCdesatの端子間電圧をVbだけ残す役割を果たす。すなわち、トランジスタQ2がON動作してもコンデンサCdesatの端子間電圧は0Vにはならず、Vbとなる。Vbの値は、IGBT12が自身の遅延時間だけ遅れてON動作に移行した時の図7に示したコンデンサCdesatの端子間電圧Vdと等しい電圧に設定する。
このように、Vbを、Vb(図9)=Vd(図7)と設定した結果、マスク時間は図9に示すように、負荷異常の発生するタイミングに関わらず一定とすることができる。
なお、図9に示す回路は、新しい電圧源Vbが設けられている点を除き、図1と同様である。すなわち、図9において示すゲート駆動回路300は、電圧源Vbをのぞき、図1のゲート駆動回路100と同様の回路である。
また、Vbは、第1の初期電荷充電回路の好適な一例に相当する。
In such a case, as shown in FIG. 9, for the discharge of the capacitor Cdesat by the transistor Q2, it is preferable to take a method of intentionally giving the initial charge to the capacitor Cdesat at the start of the discharge of the capacitor Cdesat. Vb in FIG. 9 discharges the capacitor Cdesat by the transistor Q2 when the IGBT 12 completes the ON operation transition, but does not discharge all the charges of the capacitor Cdesat, and serves to leave only the voltage between the terminals of the capacitor Cdesat as Vb. That is, even if the transistor Q2 is turned on, the voltage between the terminals of the capacitor Cdesat does not become 0V but becomes Vb. The value of Vb is set to a voltage equal to the inter-terminal voltage Vd of the capacitor Cdesat shown in FIG. 7 when the IGBT 12 shifts to the ON operation with a delay of its own delay time.
As a result of setting Vb (FIG. 9) = Vd (FIG. 7) in this way, the mask time can be constant regardless of the timing at which the load abnormality occurs, as shown in FIG.
The circuit shown in FIG. 9 is the same as that of FIG. 1 except that a new voltage source Vb is provided. That is, the gate drive circuit 300 shown in FIG. 9 is the same circuit as the gate drive circuit 100 of FIG. 1, except for the voltage source Vb.
Further, Vb corresponds to a suitable example of the first initial charge charging circuit.

このような図9に示す回路(ゲート駆動回路300)の動作の説明のためのタイムチャートが図10に示されている。図10には、図7、図8とほぼ同様のタイムチャートが示されており、横軸は時間経過を表し、縦軸には、図7、図8と同様の種類の信号が示されている。この図10を図7のタイムチャートと比較すると、IGBT12がON動作を開始する時点までは同様の信号波形である。
IGBT12がON動作を開始した時点で、図7では、コンデンサCdesatの端子間電圧が0にリセットされているが、図10のタイムチャートでは、その時点における電圧Vdが維持されている。これは、図9に示す新しい構成である電圧源Vbによるものであり、Vb=Vdに設定されているので、このようなタイムチャートとなる。
図10では、図7と同様に、IGBT12がON動作してから短絡障害が発生する例を説明している。短絡障害が発生してからコンデンサCdesatに充電が開始される点は、図10も図7と同様である。ただし、図10に示す例では、充電開始時点で既にコンデンサCdesatには、電圧Vb(=Vd)まで充電されているので、充電開始時点における初期電圧が異なる。この結果、図10の例におけるマスク時間はt4となり、この時間は、図8におけるマスク時間t3と同じ時間であることは上で説明したとおりである。
A time chart for explaining the operation of the circuit (gate drive circuit 300) shown in FIG. 9 is shown in FIG. In FIG. 10, a time chart similar to that in FIGS. 7 and 8 is shown, the horizontal axis represents the passage of time, and the vertical axis shows signals of the same type as those in FIGS. 7 and 8. There is. Comparing this FIG. 10 with the time chart of FIG. 7, the signal waveforms are the same until the time when the IGBT 12 starts the ON operation.
At the time when the IGBT 12 starts the ON operation, the voltage between the terminals of the capacitor Cdesat is reset to 0 in FIG. 7, but in the time chart of FIG. 10, the voltage Vd at that time is maintained. This is due to the voltage source Vb, which is a new configuration shown in FIG. 9, and since Vb = Vd is set, such a time chart is obtained.
FIG. 10 describes an example in which a short-circuit failure occurs after the IGBT 12 is turned on, as in FIG. 7. FIG. 10 is the same as FIG. 7 in that charging of the capacitor Cdesat is started after the short circuit failure occurs. However, in the example shown in FIG. 10, since the capacitor Cdesat is already charged to the voltage Vb (= Vd) at the start of charging, the initial voltage at the start of charging is different. As a result, the mask time in the example of FIG. 10 is t4, and this time is the same as the mask time t3 in FIG. 8, as explained above.

充電初期値の設定の他の例
初期電荷を作る別の回路構成が図11に示されている。この図に示すように、トランジスタQ2のコレクタに直列に抵抗Rbを挿入する方法である。この場合、初期電荷Vdは、Vd=IdesatRbとなる。この式中のRbは抵抗Rbの抵抗値であり、電流源Idesatの電流によって抵抗Rbに発生する電圧を利用するものである。
したがって、Rbは、請求の範囲の初期電荷抵抗の好適な一例に相当する。また、トランジスタQ2は、請求の範囲の迂回スイッチの好適な一例に相当する。
以上説明したように、本実施形態2によれば、コンデンサCdesatに充電が開始される開始時点における電圧値を所定の値に設定したので、負荷異常が発生した時点がIGBT12がON動作する前か、ON動作した後か、にかかわらず、マスク時間を一定の値に維持することが可能である。
Other Examples of Setting Initial Charges Another circuit configuration for creating initial charges is shown in FIG. As shown in this figure, it is a method of inserting a resistor Rb in series with the collector of the transistor Q2. In this case, the initial charge Vd is Vd = IdeasatRb. Rb in this equation is the resistance value of the resistor Rb, and uses the voltage generated in the resistor Rb by the current of the current source Idesat.
Therefore, Rb corresponds to a suitable example of the initial charge resistance in the claims. Further, the transistor Q2 corresponds to a suitable example of a detour switch in the claims.
As described above, according to the second embodiment, since the voltage value at the start of charging the capacitor Cdesat is set to a predetermined value, is the time when the load abnormality occurs before the IGBT 12 is turned on? It is possible to maintain the mask time at a constant value regardless of whether or not the mask time is turned on.

4.具体的な実施例
4.1具体的な実施例その1
図12には、発明の具体的な実施例であるゲート駆動回路500の回路図が示されている。ゲートドライバ110は、図1、図2、図8、図10にて使用しているIGBT駆動用のゲートドライバであり、IC等で構成してよい。比較器IC1は、出力がオープンコレクタ出力の比較器である。抵抗R1及びR2によるVCCの分圧値とコンデンサC2は、図1、図3、図9、図11の第2の基準電圧Vdesat-2を構成している。抵抗R4及びコンデンサC1は、誤動作のマージンをあげるため、比較器IC1の入力端子のインピーダンスを下げるための抵抗とコンデンサである。コンデンサC3は、マスク時間を作る充電用のコンデンサである。ダイオードD1は、図3のダイオードD1に相当する。また、R5は。実施形態3の図11のRbに対応する抵抗である。
なお、比較器IC1は、図1等における比較器CMP2と、トランジスタQ2に相当する構成である。すなわち、比較器IC1の出力トランジスタは、オープンコレクタであり、図1等のトランジスタQ2の役割を果たす。したがって、図12では、トランジスタQ2に該当する構成は直接描かれてはいない。
4. Specific examples
4.1 Specific Example 1
FIG. 12 shows a circuit diagram of the gate drive circuit 500, which is a specific embodiment of the invention. The gate driver 110 is the gate driver for driving the IGBT used in FIGS. 1, 2, 8 and 10, and may be configured by an IC or the like. The comparator IC1 is a comparator whose output is an open collector output. The voltage dividing value of the VCS by the resistors R1 and R2 and the capacitor C2 constitute the second reference voltage V desat-2 of FIGS. 1, 3, 9, and 11. The resistance R4 and the capacitor C1 are a resistance and a capacitor for lowering the impedance of the input terminal of the comparator IC1 in order to increase the margin of malfunction. The capacitor C3 is a charging capacitor that creates a mask time. The diode D1 corresponds to the diode D1 in FIG. Also, R5 is. It is a resistance corresponding to Rb of FIG. 11 of the third embodiment.
The comparator IC1 has a configuration corresponding to the comparator CMP2 in FIG. 1 and the like and the transistor Q2. That is, the output transistor of the comparator IC1 is an open collector and plays the role of the transistor Q2 as shown in FIG. Therefore, in FIG. 12, the configuration corresponding to the transistor Q2 is not directly drawn.

ダイオードD2、D3、D4 は、図1、図3、図9、図11のダイオードDdesatに相当する。ここで、図1、図3、図9、図11の第2の基準電圧Vdesat-2は、図12においては、下記式(7)で表すことができる。

Figure 0007037538000007
ここで、IGBT12が正常の範囲でON動作をしている場合の比較器IC1の非反転入力端子の電圧の最大値をVSONとすると、Vdesat-2は、VSONより高く設定する。VSON
と、Vdesat-2とは下記の式(8)の関係である。 The diodes D2, D3, and D4 correspond to the diodes Ddesat of FIGS. 1, 3, 9, and 11. Here, the second reference voltage V desat-2 of FIGS. 1, 3, 9, and 11 can be represented by the following equation (7) in FIG.
Figure 0007037538000007
Here, assuming that the maximum value of the voltage of the non-inverting input terminal of the comparator IC1 when the IGBT 12 is operating in the normal range is V SON , V desert-2 is set higher than V SON . V SON
And V desert-2 are related to the following equation (8).

ただし、VFD1は、ダイオードD1の順方向電圧降下、及びVFD2-4は、ダイオードD2、D3、D4の順方向電圧降下の合計値である。また、IGBT12が正常の範囲でON動作をしているときのコレクタ-エミッタ間電圧の最大値をVCESATとする。

Figure 0007037538000008
ゲートドライバ110のOUT端子114の出力信号がLowのとき、IGBT12はOFF動作している。このとき、ダイオードD2、D3、D4は逆バイアスされ、カットオフ状態である。従って、ダイオードD1は順バイアス状態で、比較器IC1の非反転入力端子の電圧は、第2の基準電圧Vdesat-2より高くなる。 However, VF D1 is the total value of the forward voltage drop of the diode D1, and VF D2-4 is the total value of the forward voltage drop of the diodes D2, D3, and D4. Further, the maximum value of the collector-emitter voltage when the IGBT 12 is in the ON operation in the normal range is defined as VCE SAT .
Figure 0007037538000008
When the output signal of the OUT terminal 114 of the gate driver 110 is Low, the IGBT 12 is in the OFF operation. At this time, the diodes D2, D3, and D4 are reverse-biased and are in a cutoff state. Therefore, the diode D1 is in the forward bias state, and the voltage of the non-inverting input terminal of the comparator IC1 is higher than the second reference voltage Vdesat-2 .

従って、比較器IC1の出力トランジスタはOFF状態となるが、ゲートドライバ110のトランジスタQ1がON状態となるため、電流源Idesatは、コンデンサC3を充電せずに、トランジスタQ1を経由してVEEに流れる。その結果、この状態ではゲートドライバ110のDESAT端子電圧は上昇することなく、常に第1の基準電圧Vdesat-1より低い電圧を維持するので、比較器CMP1は異常信号を出力しない(出力信号がHighとならない)。
IGBT12がON動作となり、正常に動作を継続すると、IGBT12のコレクタ-エミッタ間電圧はサチュレーション電圧VSAT以下を維持する。したがって、比較器IC1の非反転入力端子の電圧は、上記式(8)で与えられるVSONより低い電圧となるから、比較器IC1の出力トランジスタはON動作となる。したがって、ゲートドライバ110の電流源Idesatは、比較器IC1の出力トランジスタを経由してVEEに流れ、コンデンサC3を充電しない。従って、IGBT12がこの状態(ON状態)を維持していれば、異常信号は出力されない(出力信号がHighとならない)。
Therefore, the output transistor of the comparator IC1 is turned off, but the transistor Q1 of the gate driver 110 is turned on, so that the current source Idea flows to the VEE via the transistor Q1 without charging the capacitor C3. .. As a result, in this state, the DESAT terminal voltage of the gate driver 110 does not rise and always maintains a voltage lower than the first reference voltage Vdesat-1 , so that the comparator CMP1 does not output an abnormal signal (the output signal is High). Does not).
When the IGBT 12 is turned on and continues to operate normally, the collector-emitter voltage of the IGBT 12 is maintained below the saturation voltage V SAT . Therefore, since the voltage of the non-inverting input terminal of the comparator IC1 is lower than the voltage given by the above equation (8), the output transistor of the comparator IC1 is turned on. Therefore, the current source Idea of the gate driver 110 flows to the VEE via the output transistor of the comparator IC1 and does not charge the capacitor C3. Therefore, if the IGBT 12 maintains this state (ON state), no abnormal signal is output (the output signal does not become High).

IGBT12がON動作の状態で、負荷に異常が発生してIGBT12がDesat 状態(デサチュレーション状態)となると、IGBT12のコレクタ-エミッタ間電圧が上昇する。このときのIGBT12のコレクタ-エミッタ間電圧をVCEDESATと表すと、比較器IC1の非反転入力端子の電圧VSONDESATは、下記式(9)で与えられる。

Figure 0007037538000009
SONDESATが第2の基準電圧Vdesat-2を超えると、比較器IC1の出力トランジスタがOFF動作して、電流源IdesatがコンデンサC3に流れて、コンデンサC3の充電を開始する。充電によってコンデンサC3の端子間電圧が第1の基準電圧Vdesat-1に達すると比較器CMP1が反転して異常信号を送出する(出力信号がHighとなる)。 When the IGBT 12 is in the ON operation and an abnormality occurs in the load and the IGBT 12 is in the Desert state (desaturation state), the collector-emitter voltage of the IGBT 12 rises. When the collector-emitter voltage of the IGBT 12 at this time is expressed as VCE DESAT , the voltage V SONDESAT of the non-inverting input terminal of the comparator IC1 is given by the following equation (9).
Figure 0007037538000009
When V SONDESAT exceeds the second reference voltage V desert-2 , the output transistor of the comparator IC1 is turned off, the current source Idea flows to the capacitor C3, and charging of the capacitor C3 is started. When the voltage between the terminals of the capacitor C3 reaches the first reference voltage V desert-1 due to charging, the comparator CMP1 is inverted and sends an abnormal signal (the output signal becomes High).

従って、IGBT12が負荷異常に伴いDesat状態となったと判断するコレクターエミッタ間電圧VCEDETは、下記式(10)で表すことができる。IGBT12が負荷異常に伴いDesat状態となったと判断してから異常信号を送出するまでのマスク時間Tmaskは、既に説明した式(5)で表される。

Figure 0007037538000010
IGBT12が、OFF動作からON 動作に移行した直後に負荷異常等によりIGBT12のコレクタ-エミッタ間電圧が上記式(10)のVCEDETに達した場合には、ダイオードD2~D4の端子間の等価コンデンサ(図4のDdesat)に充電された高電圧(図4のVhi)によってコンデンサC1をマイナス方向に充電しようとするが、ダイオードD1が逆バイアスとなりマイナス方向への充電を阻止する。
従って、本発明の好適な実施例である図12の回路は、IGBT12のDesat状態の検出から異常信号を送出するまでの遅延時間であるマスク時間を常に一定に保つことができる。 Therefore, the collector-emitter voltage VCE DET for determining that the IGBT 12 is in the Desert state due to the load abnormality can be expressed by the following equation (10). The mask time Tmask from the determination that the IGBT 12 is in the Desert state due to the load abnormality until the abnormality signal is transmitted is expressed by the equation (5) already described.
Figure 0007037538000010
If the collector-emitter voltage of the IGBT 12 reaches the VCEDET of the above equation (10) immediately after the IGBT 12 shifts from the OFF operation to the ON operation due to a load abnormality or the like, the equivalent capacitor between the terminals of the diodes D2 to D4 ( The capacitor C1 is attempted to be charged in the negative direction by the high voltage (Vhi in FIG. 4) charged in the Ddesat of FIG. 4, but the diode D1 becomes a reverse bias and prevents the charging in the negative direction.
Therefore, the circuit of FIG. 12, which is a preferred embodiment of the present invention, can always keep the mask time, which is the delay time from the detection of the Desert state of the IGBT 12 to the transmission of the abnormal signal, constant.

IGBT12がON動作となってから、約20μsec後にDesat状態となった場合のマスク時間と、IGBT12がON動作となってから直後にDesat状態となった場合のマスク時間の実験データを、図13、図14に示す。マスク時間は約4.6μsecであり、両者の間にマスク時間の差はほとんど見られず、一定のマスク時間が得られていることを確認することができた。図13、図14とも横軸は時間の経過を表し、縦軸は、電圧値、又は電流値である。
図13においては、ゲート電圧、コレクタ電流、コレクタ-エミッタ間電圧、のそれぞれの信号のグラフが描かれており、IGBT12がON状態に移行した時点で、ゲート電圧が瞬間的に上昇し、コレクタ-エミッタ間電圧が瞬間的に下降している。また、IGBT12がON状態に移行した時点から、コレクタ電流は徐々に上昇している。
図13のグラフにおいて、IGBT12がON状態になってから20μsec後に異常が発生し、マスク時間4.7μsec後に異常信号の送出が開始されている。
図14のグラフも、時間スケールは異なるが、図13のグラフと同様の種類のグラフであり、示される信号の種類も同様である。
なお、IGBT12がON信号を受けてから、実際にIGBT12がONするまでの遅延時間が長い場合は、その遅延時間に合わせて抵抗Rdを図12の比較器IC1の出力に挿入すれば、マスク時間を一定に保つことができる。
FIG. 13, shows experimental data of the mask time in the case of the Desat state about 20 μsec after the IGBT 12 is turned on and the mask time in the case of the Desat state immediately after the IGBT 12 is turned on. It is shown in FIG. The masking time was about 4.6 μsec, and there was almost no difference in the masking time between the two, and it was confirmed that a constant masking time was obtained. In both FIGS. 13 and 14, the horizontal axis represents the passage of time, and the vertical axis represents the voltage value or the current value.
In FIG. 13, a graph of each signal of the gate voltage, the collector current, and the collector-emitter voltage is drawn, and when the IGBT 12 shifts to the ON state, the gate voltage momentarily rises and the collector- The voltage between the emitters is dropping momentarily. Further, the collector current gradually increases from the time when the IGBT 12 shifts to the ON state.
In the graph of FIG. 13, an abnormality occurs 20 μsec after the IGBT 12 is turned on, and transmission of an abnormal signal is started 20 μsec after the mask time.
The graph of FIG. 14 is also a graph of the same type as the graph of FIG. 13, although the time scale is different, and the types of signals shown are also the same.
If the delay time from when the IGBT 12 receives the ON signal to when the IGBT actually turns ON is long, the mask time can be obtained by inserting the resistor Rd into the output of the comparator IC1 of FIG. 12 according to the delay time. Can be kept constant.

4.2具体的な実施例その2
図15には、発明の具体的な実施例その2であるゲート駆動回路600の回路図が示されている。図14のゲート駆動回路500と異なる点は、抵抗R3の接続位置である。
図14のゲート駆動回路500においては、抵抗R3は、プラス側電源VCCと、ダイオードD1のアノード側と、を接続するように設けられている。これに対して、図15のゲート駆動回路600においては、抵抗R3は、OUT端子114の出力信号と、ダイオードD1のアノード側と、を接続するように設けられている。実際は、図15のように、OUT端子114の出力信号に直接ではなく、バッファ120の出力信号に接続している。バッファ120の出力信号の方が出力電流が多く、抵抗R3を接続してもIGBT12のドライブには影響がほとんどないと考えられるためである。
このような接続によれば、IGBT12がOFF状態の場合は、比較器IC1の非反転入力端子をLowに維持することができ、ノイズに強い回路を構成することができると考えられる。
4.3具体的な実施例その3
4.2 Specific Example 2
FIG. 15 shows a circuit diagram of the gate drive circuit 600, which is a specific embodiment of the invention. The difference from the gate drive circuit 500 in FIG. 14 is the connection position of the resistor R3.
In the gate drive circuit 500 of FIG. 14, the resistor R3 is provided so as to connect the positive power supply VCS and the anode side of the diode D1. On the other hand, in the gate drive circuit 600 of FIG. 15, the resistor R3 is provided so as to connect the output signal of the OUT terminal 114 and the anode side of the diode D1. Actually, as shown in FIG. 15, it is connected to the output signal of the buffer 120, not directly to the output signal of the OUT terminal 114. This is because the output signal of the buffer 120 has a larger output current, and it is considered that the drive of the IGBT 12 is hardly affected even if the resistor R3 is connected.
According to such a connection, when the IGBT 12 is in the OFF state, the non-inverting input terminal of the comparator IC1 can be maintained at Low, and it is considered that a circuit resistant to noise can be configured.
4.3 Specific Example 3

図16には、発明の具体的な実施例その3であるゲート駆動回路700の回路図が示されている。図15のゲート駆動回路600と異なる点は、抵抗R6が設けられている点である。この抵抗R6の存在によって、よりノイズに対する耐性が向上した回路を構成することができる。 FIG. 16 shows a circuit diagram of the gate drive circuit 700, which is a specific embodiment of the invention. The difference from the gate drive circuit 600 of FIG. 15 is that the resistor R6 is provided. Due to the presence of the resistance R6, it is possible to construct a circuit having improved resistance to noise.

5.効果、変形例その他
以上説明したように、本実施形態によれば、異常が発生してからのマスク時間を一定の値に維持することが可能となり、また、ノイズに対する耐性が向上し、安定した障害発生検出を実行することができるゲート駆動回路を提供することができる。
5. Effects, Modifications, etc. As described above, according to the present embodiment, it is possible to maintain the mask time after the occurrence of an abnormality at a constant value, and the resistance to noise is improved and stable. It is possible to provide a gate drive circuit capable of performing failure occurrence detection.

また、以上説明した実施形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は本実施形態の態様に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態においては、駆動対象である電力半導体スイッチとしてIGBTを主として説明したが、他の電力半導体スイッチ(例えばMOSFET)を駆動するゲート駆動回路でも適用することができる。また、上で説明した実施形態、実施例では、ゲートドライバ110と、それに付随する各個別素子と回路構成を説明したが、IC、LSI等を用いて構成してもよい。 Further, the embodiment described above is an example as a means for realizing the present invention, and should be appropriately modified or changed depending on the configuration of the apparatus to which the present invention is applied and various conditions, and the present invention is the present embodiment. Is not limited to the above aspect. For example, in the above-described embodiment, the IGBT is mainly described as the power semiconductor switch to be driven, but it can also be applied to a gate drive circuit for driving another power semiconductor switch (for example, MOSFET). Further, in the embodiments and examples described above, the gate driver 110, the individual elements associated with the gate driver 110, and the circuit configuration have been described, but the gate driver 110 may be configured by using an IC, an LSI, or the like.

10、110 ゲートドライバ
12 IGBT
14、114 OUT端子
16、116 インバータ
18、118 比較器
100、200、300、400、500、600、700 ゲート駆動回路
120 バッファ
130、時間計測回路
132 比較回路
C1、C2、C3 コンデンサ
CMP1、CMP2、IC1 比較器
D1、D2、D3、D4 ダイオード
Rb、R1、R2、R3、R4、R5、R6 抵抗
Q1、Q2 トランジスタ
10, 110 Gate driver 12 IGBT
14, 114 OUT terminal 16, 116 Inverter 18, 118 Comparator 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 Gate drive circuit 120 Buffer 130, Time measurement circuit 132 Comparator C1, C2, C3 Capacitor CMP1, CMP2, IC1 Comparator D1, D2, D3, D4 Diode Rb, R1, R2, R3, R4, R5, R6 Resistance Q1, Q2 Transistor

Claims (6)

電力半導体スイッチを駆動するゲート駆動回路であって、
前記電力半導体スイッチのコレクタ-エミッタ電圧と、所定の閾値電圧と、を比較する比較回路と、
前記電力半導体スイッチがON動作状態で、且つ、前記比較回路が、前記コレクタ-エミッタ電圧が前記閾値電圧を超えたことを検出してから時間計測を開始する時間計測回路と、
を有し、
前記時間計測回路が待機保留時間を計測した後に、前記電力半導体スイッチがデサチュレーション状態であることを意味する異常信号を出力する出力回路と、
を備えることを特徴とするゲート駆動回路。
It is a gate drive circuit that drives a power semiconductor switch.
A comparison circuit that compares the collector-emitter voltage of the power semiconductor switch with a predetermined threshold voltage.
A time measurement circuit that starts time measurement after the power semiconductor switch is in the ON operation state and the comparison circuit detects that the collector-emitter voltage exceeds the threshold voltage.
Have,
An output circuit that outputs an abnormal signal indicating that the power semiconductor switch is in a desaturation state after the time measurement circuit measures the standby hold time.
A gate drive circuit characterized by being equipped with.
請求項1記載の前記ゲート駆動回路であって、
前記比較回路は、前記電力半導体スイッチがOFF動作からON動作に移行した直後、又は、前記電力半導体スイッチがサチュレーション状態の状況下で、所定の障害又は異常によってコレクタ電流が増大し、前記電力半導体スイッチがデサチュレーション状態となった場合に、前記コレクタ-エミッタ電圧と、所定の前記閾値電圧と、を比較することを特徴とするゲート駆動回路。
The gate drive circuit according to claim 1.
In the comparison circuit, the collector current increases due to a predetermined failure or abnormality immediately after the power semiconductor switch shifts from the OFF operation to the ON operation, or under the condition that the power semiconductor switch is in a saturation state, and the power semiconductor switch A gate drive circuit, characterized in that the collector-emitter voltage is compared with a predetermined threshold voltage when the is in a desaturation state.
請求項1又は2記載のゲート駆動回路であって、
前記時間計測回路は、
一定の電流値の充電電流が印加されるコンデンサであって、充電とともに前記コンデンサの端子間電圧が上昇して、所定の電圧値となるまでの時間を待機保留時間とするための充電用コンデンサと、
前記電力半導体スイッチがサチュレーション状態にあって、コレクタ-エミッタ電圧の値が前記比較器の閾値電圧以下であるときは、前記一定の充電電流値の電流を迂回させて、前記充電用コンデンサには充電電流が流入しないようにして、前記充電用コンデンサの初期電荷を0とする充電電流迂回路と、
を備え、
前記比較回路は、前記電力半導体スイッチがデサチュレーション状態となり、コレクタ-エミッタ電圧が前記比較回路の前記閾値電圧を超えたことを検出した場合、前記充電電流迂回路を遮断させ、前記コンデンサの初期電荷が0の状態から前記一定の充電電流値をコンデンサに流入させることを特徴とするゲート駆動回路。
The gate drive circuit according to claim 1 or 2 .
The time measurement circuit
A capacitor to which a charging current of a constant current value is applied, and a charging capacitor for setting the time until the terminal voltage of the capacitor rises with charging and reaches a predetermined voltage value as the standby hold time. ,
When the power semiconductor switch is in the saturation state and the collector-emitter voltage value is equal to or lower than the threshold voltage of the comparator, the current of the constant charging current value is bypassed and the charging capacitor is charged. A charging current bypass circuit that prevents current from flowing and sets the initial charge of the charging capacitor to 0,
Equipped with
When the comparison circuit detects that the power semiconductor switch is in the desaturation state and the collector-emitter voltage exceeds the threshold voltage of the comparison circuit, the charging current bypass circuit is interrupted and the initial charge of the capacitor is detected. A gate drive circuit characterized in that a constant charging current value flows into a capacitor from a state where is 0.
請求項記載のゲート駆動回路であって、駆動対象である前記電力半導体スイッチをOFF状態からON状態へ移行させる信号を出力してから、前記電力半導体スイッチが実際にON動作となるまでに遅延時間が発生する場合において、
前記充電用コンデンサに初期電荷を残留させ、前記初期電荷を充電する時間の分だけ短い前記待機保留時間を発生させる第1の初期電荷充電回路、
を備え、
前記出力回路は、前記時間計測回路が、前記短い待機保留時間を計測した後に、電力半導体スイッチがデサチュレーション状態であることを意味する異常信号を出力することを特徴とするゲート駆動回路。
The gate drive circuit according to claim 3 , which delays from outputting a signal for shifting the power semiconductor switch to be driven from the OFF state to the ON state until the power semiconductor switch actually turns ON. In the event of time
A first initial charge charging circuit that retains an initial charge in the charging capacitor and generates the standby hold time that is shorter by the time for charging the initial charge.
Equipped with
The output circuit is a gate drive circuit, characterized in that the time measuring circuit outputs an abnormal signal meaning that the power semiconductor switch is in a desaturation state after measuring the short standby hold time.
請求項記載のゲート駆動回路であって、駆動対象である前記電力半導体スイッチをOFF状態からON状態へ移行させる信号を出力してから、前記電力半導体スイッチが実際にON動作となるまでに遅延時間が発生する場合において、
前記充電電流迂回回路は、
前記充電電流を迂回させる迂回スイッチと、
前記迂回スイッチと直接に接続する初期電荷抵抗と、
の直列回路を備え、
前記充電電流迂回回路によって充電電流が迂回する場合でも、前記初期電荷抵抗の分だけ、充電用コンデンサに初期電荷が残留させ、前記初期電荷を充電する時間の分だけ短い前記待機保留時間が発生し、
前記出力回路は、前記時間計測回路が、短い前記待機保留時間を計測した後に、電力半導体スイッチがデサチュレーション状態であることを意味する異常信号を出力することを特徴とするゲート駆動回路。
The gate drive circuit according to claim 3 , which delays from outputting a signal for shifting the power semiconductor switch to be driven from the OFF state to the ON state until the power semiconductor switch actually turns ON. In the event of time
The charge current detour circuit is
A detour switch that bypasses the charging current,
The initial charge resistance directly connected to the detour switch,
Equipped with a series circuit of
Even when the charging current is bypassed by the charging current bypass circuit, the initial charge remains in the charging capacitor by the amount of the initial charge resistance, and the standby hold time shorter by the time of charging the initial charge is generated. ,
The output circuit is a gate drive circuit, characterized in that the time measuring circuit outputs an abnormal signal meaning that the power semiconductor switch is in a desaturation state after measuring the short standby hold time.
請求項1からのいずれか1項に記載のゲート駆動回路において、
カソード端子が前記比較回路に接続し、アノード端子が前記電力半導体スイッチのコレクタ端子に接続するダイオード、
を備え、
前記比較回路は、前記ダイオードを介して、前記電力半導体スイッチのコレクタ電圧を検出することを特徴とするゲート駆動回路。
The gate drive circuit according to any one of claims 1 to 5 .
A diode whose cathode terminal is connected to the comparison circuit and whose anode terminal is connected to the collector terminal of the power semiconductor switch.
Equipped with
The comparison circuit is a gate drive circuit characterized in that the collector voltage of the power semiconductor switch is detected via the diode.
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