JP7254111B2 - 駆動回路 - Google Patents
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Description
前記第2トランジスタ(Q22C)は、エミッタが接地され、ベースが第4抵抗(R204)の一端と第5抵抗(R205)の一端に接続され、前記第4抵抗は、他端が接地され、前記第5抵抗は、他端が前記第1ダイオード(Ddesat)のアノードに接続され、前記第1ダイオードは、カソードが第6抵抗(R206D)の一端と第2ダイオード(Ddesat)のアノードに接続され、前記第6抵抗は、他端が正電圧(Vcc1)に接続され、第7抵抗(R217D)は、一端が前記正電圧に接続され、他端が前記第2抵抗の他端と前記第2トランジスタのコレクタに接続され、前記第2ダイオードは、カソードが前記スイッチング素子(41)のコレクタに接続されているようにしてもよい。
図1は、本実施形態に係る駆動回路の回路図である。図1のように、駆動回路1は、ドライバ10、DESAT(Definition of the short-circuit time)回路20、および制御部30を備える。
コンパレータ12は、第1の入力端子に基準電圧Vdesatth(第2の所定電圧値)が接続され、第2の入力端子に電流源IdesatとDESAT端子とトランジスタQ11のコレクタに接続されている。なお、電流源Idesatには、電圧Vddが供給される。トランジスタQ11は、エミッタがGND端子に接続され、ベースがインバータ13の出力端子に接続されている。インバータ13は、入力端子が出力端子14とOUT端子に接続されている。出力端子14からは、ハイレベル(VGH)とローレベル(VGL)が交互のパルス信号が入力される。トランジスタQ11は、NPN型トランジスタである。
コンデンサCdesatは、一端がドライバ10のDESAT端子(電流源)とダイオードD21のアノードに接続され、他端が接地されている。ダイオードD21は、カソードが抵抗R201の一端とトランジスタQ21のコレクタに接続されている。抵抗R201は、他端が接地されている。ダイオードD23は、アノードがドライバ10のOUT端子とバッファ31の入力端子に接続されている。トランジスタQ21は、エミッタが抵抗R202の一端とダイオードD23のカソードと抵抗R206の一端に接続され、ベースが抵抗R202の他端と抵抗R203の一端に接続されている。抵抗R203は、他端がトランジスタQ22のコレクタに接続されている。
図2は、本実施形態に係る駆動回路の動作例を示す図である。
スイッチング素子41がターンオンの期間、かつスイッチング素子41のVceが第1の所定電圧値以上に異常上昇した場合、DESAT回路20は、ダイオードDdesatのアノード側の電圧が上昇するため、ダイオードD22がオン状態になり、トランジスタQ21とQ22がオン状態になる。トランジスタQ21がオン状態になることで、ダイオードD21がオフ状態になる。そして、コンデンサCdesatは、ドライバ10のDESAT端子から出力される電流のチャージを開始し、基準電圧Vdesatth(第2の所定電圧値)以上になるとチャージ動作が停止する(線g13)。なお、スイッチング素子41がターンオンかつVceが第1の所定電圧値以上に異常上昇した場合、ドライバ10のトランジスタQ11はオフ状態である。そして、ドライバ10は、コンデンサCdesatが第3の所定電圧値に達したマスク時間Tw後、制御部30に異常検出信号を出力し、制御部30の制御に応じてスイッチング素子41のゲートレベルをローレベルに切り替える。なお、マスク時間Twは、次式(2)で決定される。また、第2の所定電圧値は、第3の所定電圧値より大きい。また、第1の所定電圧値は、スイッチング素子41の特性に基づく電圧値である。
式(2)のように、本実施形態によれば、一定のマスク時間Twを実現できる。また、本実施形態では、マスク時間をダイオードD21の順方向電圧VFと抵抗R201の抵抗値によって任意に選定できる。このため、ノイズ等に対する誤検出マージンをより大きくとることも可能である。これにより、本実施形態によれば、スイッチング素子41に接続されている負荷に異常が発生してからドライバ10が異常検出信号を出力するまでのマスク時間Twを一定にできる。
図1において、トランジスタQ21がオン状態になったとき、ダイオードD21のカソード側の電圧が高くなる場合がある。この場合、ダイオードD21のカソード側の電圧が、ドライバ10のDESAT端子の耐圧を超える場合があり得る。このようにダイオードD21は、ドライバ10のDESAT端子の保護用である。なお、ドライバ10のDESAT端子の耐圧が高い場合、DESAT回路20は、ダイオードD21を備えていなくてもよい。
次に、第1の実施例を説明する。図3は、第1の実施例に係る駆動回路の回路図である。図3のように、駆動回路1Aは、ドライバ10、およびDESAT回路20Aを備える。
DESAT回路20Aは、コンデンサCdesat(第1コンデンサ)、ダイオードD21(第4ダイオード)、トランジスタQ21(第1トランジスタ)、抵抗R201(第1抵抗)、抵抗R202(第2抵抗)、抵抗R203(第3抵抗)、トランジスタQ22(第2トランジスタ)、抵抗R204(第4抵抗)、抵抗R205(第5抵抗)、ダイオードD22(第1ダイオード)、ダイオードD23(第3ダイオード)、抵抗R206(第6抵抗)、バッファ31、およびダイオードDdesat(第2ダイオード)を備える。
図1と図3のように、DESAT回路20Aは、DESAT回路20が備えているコンデンサC21を備えていない。このようにDESAT回路20は、コンデンサC21を備えていなくてもよい。また、図3では、ダイオードDdesatを1つのダイオードで表しているが、ダイオードDdesatは、複数のダイオードで構成されていてもよい。
次に、第2の実施例を説明する。図4は、第2の実施例に係る駆動回路の回路図である。図4のように、駆動回路1Bは、ドライバ10、およびDESAT回路20Bを備える。
DESAT回路20Bは、コンデンサCdesat(第1コンデンサ)、ダイオードD21(第3ダイオード)、トランジスタQ21B(第1トランジスタ)、抵抗R201(第1抵抗)、抵抗R202B(第2抵抗)、抵抗R203(第3抵抗)、トランジスタQ22(第2トランジスタ)、抵抗R204(第4抵抗)、抵抗R205(第5抵抗)、ダイオードD22(第1ダイオード)、抵抗R206B(第6抵抗)、バッファ31、およびダイオードDdesat(第2ダイオード)を備える。
図9の表g502のように、第2の実施例のDESAT回路20Bは、スイッチング素子41がターンオンかつVceが第1の所定電圧値未満であり正常である場合、ダイオードD22がオフ状態であり、トランジスタQ21BとQ22がオフ状態であり、ドライバ10のトランジスタQ11がオフ状態である。そして、ドライバ10のDESAT端子から出力される信号が、DESAT回路20BのコンデンサCdesatに、式(1)の第3の所定電圧値までチャージされる。
図9の表g502のように、スイッチング素子41がターンオンかつVceが第1の所定電圧値以上に異常上昇した場合、DESAT回路20Bは、ダイオードD22がオン状態になり、トランジスタQ21BとQ22がオン状態になり、ドライバ10のトランジスタQ11がオフ状態である。そして、コンデンサCdesatは、ドライバ10のDESAT端子から出力される電流のチャージを開始し、基準電圧Vdesatth(第2の所定電圧値)以上になるとチャージ動作が停止する。そして、ドライバ10は、コンデンサCdesatが第3の所定電圧値に達したマスク時間Tw後、制御部30に異常検出信号を出力し、制御部30の制御に応じてスイッチング素子41のゲートレベルをローレベルに切り替える。なお、マスク時間Twは、式(2)で決定される。
図5は、第1の実施例と第2の実施例における短絡時の負荷のインダクタンスの値が小さい場合のシミュレーション波形を示す図である。図5において、横軸は時刻(μs)であり、縦軸は電圧値(V)と電流値(A)である。波形g101は、スイッチング素子41のコレクタに流れる電流Icの波形である。波形g102は、スイッチング素子41のゲート電圧Vgeの波形である。波形g103は、DESAT端子のVDESAT電圧の波形である。波形g104は、スイッチング素子41のコレクタ-エミッタ間電圧Vceの波形である。なお、Desaturation状態とは、スイッチング素子41が不飽和の状態である。
図5、図6のように、第1の実施例、第2の実施例の構成によれば、負荷のインダクタンスの値が変化しても、マスク時間は同等である。
次に、第3の実施例を説明する。図7は、第3の実施例に係る駆動回路の回路図である。図7のように、駆動回路1Cは、ドライバ10、およびDESAT回路20Cを備える。
DESAT回路20Cは、コンデンサCdesat(第1コンデンサ)、抵抗R211(第1抵抗)、トランジスタQ23(第1トランジスタ)、抵抗R212(第2抵抗)、抵抗R213(第3抵抗)、トランジスタQ22C(第2トランジスタ)、抵抗R217(第7抵抗)、抵抗R204(第4抵抗)、抵抗R205(第5抵抗)、ダイオードD22(第1ダイオード)、ダイオードD23(第3ダイオード)、抵抗R206(第6抵抗)、バッファ31、およびダイオードDdesat(第2ダイオード)を備える。
図9の表g503のように、第3の実施例のDESAT回路20Cは、スイッチング素子41がターンオンかつVceが第1の所定電圧値未満であり正常である場合、ダイオードD22とトランジスタQ22Cはオフ状態になり、トランジスタQ23がオン状態になり、ドライバ10のトランジスタQ11がオフ状態になる。第3の実施例では、このようにスイッチング素子41がターンオンかつVceが第1の所定電圧値未満であり正常である場合、ダイオードD22がオフ状態になり、トランジスタQ23がオン状態になることで、DESAT端子を0(V)にしている。そして、ドライバ10のDESAT端子から出力される信号が、DESAT回路20CのコンデンサCdesatに、式(1)の第3の所定電圧値までチャージされる。
図9の表g503のように、スイッチング素子41がターンオンかつVceが第1の所定電圧値以上に異常上昇した場合、DESAT回路20Cは、ダイオードD22とトランジスタQ22Cはオン状態になり、トランジスタQ23がオフ状態になり、ドライバ10のトランジスタQ11がオフ状態になる。そして、コンデンサCdesatは、ドライバ10のDESAT端子から出力される電流のチャージを開始し、基準電圧Vdesatth(第2の所定電圧値)以上になるとチャージ動作が停止する。そして、ドライバ10は、コンデンサCdesatが第3の所定電圧値に達したマスク時間Tw後、制御部30に異常検出信号を出力し、制御部30の制御に応じてスイッチング素子41のゲートレベルをローレベルに切り替える。なお、マスク時間Twは、次式(3)で決定される。
式(3)のように、第3の実施例のマスク時間Twは、ダイオードD21の項を含んでいたいため、第1の実施例と第2の実施例のマスク時間Twより、より精度良く設定することができる。
次に、第4の実施例を説明する。図8は、第4の実施例に係る駆動回路の回路図である。図8のように、駆動回路1Dは、ドライバ10、およびDESAT回路20Dを備える。
DESAT回路20Dは、コンデンサCdesat(第1コンデンサ)、抵抗R211(第1抵抗)、トランジスタQ23(第1トランジスタ)、抵抗R212(第2抵抗)、抵抗R213(第3抵抗)、トランジスタQ22C(第2トランジスタ)、抵抗R217D(第7抵抗)、抵抗R204(第4抵抗)、抵抗R205(第5抵抗)、ダイオードD22(第1ダイオード)、抵抗R206D(第6抵抗)、バッファ31、およびダイオードDdesat(第2ダイオード)を備える。
図9の表g504のように、第4の実施例のDESAT回路20Dは、スイッチング素子41がターンオフの場合、ダイオードD22がオン状態であり、トランジスタQ23がオフ状態であり、トランジスタQ22Cがオン状態であり、ドライバ10のトランジスタQ11がオン状態である。
図9の表g504のように、第4の実施例のDESAT回路20Dは、スイッチング素子41がターンオンかつVceが第1の所定電圧値未満であり正常である場合、ダイオードD22とトランジスタQ22Cはオフ状態になり、トランジスタQ23がオン状態になり、ドライバ10のトランジスタQ11がオフ状態になる。第4の実施例では、このようにスイッチング素子41がターンオンかつVceが第1の所定電圧値未満であり正常である場合、ダイオードD22がオフ状態になり、トランジスタQ23がオン状態になることで、DESAT端子を0(V)にしている。そして、ドライバ10のDESAT端子から出力される信号が、DESAT回路20DのコンデンサCdesatに、式(1)の第3の所定電圧値までチャージされる。
図9の表g504のように、スイッチング素子41がターンオンかつVceが第1の所定電圧値以上に異常上昇した場合、DESAT回路20Dは、ダイオードD22とトランジスタQ22Cはオン状態になり、トランジスタQ23がオフ状態になり、ドライバ10のトランジスタQ11がオフ状態になる。そして、コンデンサCdesatは、ドライバ10のDESAT端子から出力される電流のチャージを開始し、基準電圧Vdesatth(第2の所定電圧値)以上になるとチャージ動作が停止する。そして、ドライバ10は、コンデンサCdesatが第3の所定電圧値に達したマスク時間Tw後、制御部30に異常検出信号を出力し、制御部30の制御に応じてスイッチング素子41のゲートレベルをローレベルに切り替える。なお、マスク時間Twは式(3)で決定される。第4の実施例のマスク時間Twは、ダイオードD21の項を含んでいないため、第1の実施例と第2の実施例のマスク時間Twより、より精度良く設定することができる。
図10は、第3の実施例と第4の実施例における短絡時の負荷のインダクタンスの値が小さい場合のシミュレーション波形を示す図である。図10において、横軸は時刻(μs)であり、縦軸は電圧値(V)と電流値(A)である。波形g301は、電流Icの波形である。波形g302は、ゲート電圧Vgeの波形である。波形g303は、VDESAT電圧の波形である。波形g304は、電圧Vceの波形である。
図10、図11のように、第3の実施例、第4の実施例の構成によれば、負荷のインダクタンスの値が変化しても、マスク時間は同等である。
Claims (8)
- スイッチング素子をパルス信号によって駆動する駆動回路であって、
第1ダイオードと、
前記第1ダイオードがオフ状態の場合にオフ状態になり、前記第1ダイオードがオン状態の場合にオン状態になる第1トランジスタと第2トランジスタと、
第1コンデンサと、
前記スイッチング素子に前記パルス信号を出力するか否かを制御する制御部と、
を備え、
前記スイッチング素子がターンオン状態の場合かつ前記スイッチング素子のコレクタ-エミッタ間電圧が第1の所定電圧値以上の場合に、前記第1ダイオードがオン状態になり、前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとがオン状態になり、前記第1コンデンサに、電流源からの電流のチャージが開始され両端の電圧値が前記第1の所定電圧値より大きい第2の所定電圧値以上になったマスク時間後に異常検出信号を前記制御部に出力し、
前記制御部は、前記異常検出信号に応じて、前記スイッチング素子への前記パルス信号の出力を停止する、駆動回路。 - スイッチング素子をパルス信号によって駆動する駆動回路であって、
第1ダイオードと、
第1トランジスタと、
第2トランジスタと、
第1コンデンサと、
前記スイッチング素子に前記パルス信号を出力するか否かを制御する制御部と、
を備え、
前記スイッチング素子がターンオン状態の場合かつ前記スイッチング素子のコレクタ-エミッタ間電圧が第1の所定電圧値以上の場合に、前記第1ダイオードがオン状態になり、前記第1トランジスタがオフ状態になり前記第2トランジスタがオン状態になり、前記第1コンデンサに、電流源からの電流のチャージが開始され両端の電圧値が前記第1の所定電圧値より大きい第2の所定電圧値以上になったマスク時間後に異常検出信号を前記制御部に出力し、
前記制御部は、前記異常検出信号に応じて、前記スイッチング素子への前記パルス信号の出力を停止する、駆動回路。 - 前記スイッチング素子がターンオン状態の場合かつ前記スイッチング素子のコレクタ-エミッタ間電圧が前記第1の所定電圧値未満の場合に、前記第1ダイオードがオフ状態になり、前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとがオフ状態になり、前記第1コンデンサの電圧が、電流源からの電流を両端の電圧値が前記第1の所定電圧値と第2の所定電圧値と異なる第3の所定電圧値に達したマスク時間後に前記異常検出信号を前記制御部に出力する、
請求項1に記載の駆動回路。 - 前記スイッチング素子がターンオン状態の場合かつ前記スイッチング素子のコレクタ-エミッタ間電圧が前記第1の所定電圧値未満の場合に、前記第1ダイオードと前記第2トランジスタはオフ状態になり、前記第1トランジスタがオン状態になり、前記第1コンデンサの電圧が、電流源からの電流を両端の電圧値が前記第1の所定電圧値と前記第2の所定電圧値と異なる第3の所定電圧値に達したマスク時間後に前記異常検出信号を前記制御部に出力する、
請求項2に記載の駆動回路。 - 前記第1トランジスタは、ベースが第2抵抗の一端と第3抵抗の一端に接続され、
前記第3抵抗は、他端が前記第2トランジスタのコレクタに接続され、
前記第2トランジスタは、エミッタが接地され、ベースが第4抵抗の一端と第5抵抗の一端に接続され、
前記第4抵抗は、他端が接地され、
前記第5抵抗は、他端が前記第1ダイオードのアノードに接続され、
前記第1ダイオードは、カソードが第6抵抗の一端と第2ダイオードのアノードに接続され、
前記第6抵抗は、他端が第3ダイオードのカソードと前記第1トランジスタのエミッタと前記第2抵抗の他端とに接続され、
前記第2ダイオードは、カソードが前記スイッチング素子のコレクタに接続され、
前記第3ダイオードは、アノードに前記パルス信号が入力され、
前記第1コンデンサは、一端が電流源と第4ダイオードのアノードに接続され、他端が接地され、
前記第4ダイオードは、カソードが第1抵抗の一端と前記第1トランジスタのコレクタに接続され、
前記第1抵抗は、他端が接地されている、
請求項1または請求項3に記載の駆動回路。 - 前記第1トランジスタは、ベースが第2抵抗の一端と第3抵抗の一端に接続され、エミッタが正電圧に接続され、
前記第2抵抗は、他端が前記正電圧に接続され、
前記第3抵抗は、他端が前記第2トランジスタのコレクタに接続され、
前記第2トランジスタは、エミッタが接地され、ベースが第4抵抗の一端と第5抵抗の一端に接続され、
前記第4抵抗は、他端が接地され、
前記第5抵抗は、他端が前記第1ダイオードのアノードに接続され、
前記第1ダイオードは、カソードが第6抵抗の一端と第2ダイオードのアノードに接続され、
前記第6抵抗は、他端が前記正電圧に接続され、
前記第2ダイオードは、カソードが前記スイッチング素子のコレクタに接続され、
前記第1コンデンサは、一端が電流源と第3ダイオードのアノードに接続され、他端が接地され、
前記第3ダイオードは、カソードが第1抵抗の一端と前記第1トランジスタのコレクタに接続され、
前記第1抵抗は、他端が接地されている、
請求項1または請求項3に記載の駆動回路。 - 前記第1コンデンサは、一端が電流源と第1抵抗に接続され、他端が接地され、
前記第1抵抗は、他端が前記第1トランジスタのコレクタに接続され、
前記第1トランジスタは、エミッタが接地され、ベースが第2抵抗の一端と第3抵抗の一端に接続され、
前記第3抵抗は、他端が接地され、
前記第2トランジスタは、エミッタが接地され、ベースが第4抵抗の一端と第5抵抗の一端に接続され、
前記第4抵抗は、他端が接地され、
前記第5抵抗は、他端が前記第1ダイオードのアノードに接続され、
前記第1ダイオードは、カソードが第6抵抗の一端と第2ダイオードのアノードに接続され、
前記第6抵抗は、他端が第3ダイオードのカソードと第7抵抗の一端に接続され、
前記第7抵抗は、他端が前記第2抵抗の他端と前記第2トランジスタのコレクタに接続され、
前記第2ダイオードは、カソードが前記スイッチング素子のコレクタに接続され、
前記第3ダイオードは、アノードに前記パルス信号が入力されている、
請求項2または請求項4に記載の駆動回路。 - 前記第1コンデンサは、一端が電流源と第1抵抗の一端に接続され、他端が接地され、
前記第1抵抗は、他端が前記第1トランジスタのコレクタに接続され、
前記第1トランジスタは、エミッタが接地され、ベースが第2抵抗の一端と第3抵抗の一端に接続され、
前記第3抵抗は、他端が接地され、
前記第2トランジスタは、エミッタが接地され、ベースが第4抵抗の一端と第5抵抗の一端に接続され、
前記第4抵抗は、他端が接地され、
前記第5抵抗は、他端が前記第1ダイオードのアノードに接続され、
前記第1ダイオードは、カソードが第6抵抗の一端と第2ダイオードのアノードに接続され、
前記第6抵抗は、他端が正電圧に接続され、
第7抵抗は、一端が前記正電圧に接続され、他端が前記第2抵抗の他端と前記第2トランジスタのコレクタに接続され、
前記第2ダイオードは、カソードが前記スイッチング素子のコレクタに接続されている、
請求項2または請求項4に記載の駆動回路。
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