JPH01214257A - Ｉｇｂｔの駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、スイッチング用半導体素子の一種であるＩ　
Ｇ　ＢＴ　（Ｉｎ５ｕｌａｔｅｄ　　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐ
ｏｌａｒ　ｍｏｄｅＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子を用い
たハーフブリッジ回路の駆動回路に関する。

〔従来の技術〕

Ｉ　ＧＢＴ素子は、バイポーラトランジスタの有する高
耐圧、大容量化が容易であるという長所と、パワーＭＯ
Ｓ　Ｆ　ＥＴの有する高速なスイッチングが可能で、ド
ライブも容易であるという長所とをあわせもった新しい
デバイスとして注目されている。

第４図にＮチャネルＩＧＢＴの等価回路を示すと、Ｎチ
ャネルＭＯＳＦＥＴＩ、ＮＰＮ　）ランジスタ２、ＰＮ
Ｐ　）ランジスタ３、及びトランジスタ２のベース、エ
ミッタ間短絡用抵抗４からなり、ＭＯ３ＦＥＴＩのドレ
ーン、ソース間とトランジスタ２のエミッタ、コレクタ
間を並列接続し、トランジスタ２，３はダーリントン接
続してサイリスク回路を形成するものとして表すことが
できる。

前記ＮチャネルのＩ　ＧＢＴをオンさせる時は、ゲート
、エミッタ間に順バイアス電圧をかける。

その結果、ＭＯＳ　Ｆ　ＥＴ　１にチャネルが形成され
、該ＭＯ３ＦＥＴＩが導通状態になり、ＰＮＰ　）うン
ジスタ３のエミッタ、ベース間が順バイアスされること
により導通が開始する。

逆に、本素子をＯＦＦさせる時はゲート、エミッタ間に
逆バイアス電圧をかける。この結果、ＭＯ３ＦＥＴＩは
オフになり、ＰＮＰ　トランジスタ３のベース電流が流
れなくなり、該トランジスタがオフし、その結果Ｉ　Ｇ
ＢＴがオフする。

ところで、第３図はこのようなＩ　ＧＢＴを２個直列接
続したハーフブリッジ回路の従来の駆動回路を示すもの
である。

図中９ａ、９ｂはともにＮチャネルＩＧＢＴで、各々ダ
イオード１０　ａ　、　１０　ｂを逆並列に接続し、高
圧電源８ｅに対し相互にハーフブリッジ接続となってい
る。

このようなＩＧＢＴ９ａ、９ｂに対し、各々上アーム素
子ゲート駆動回路６ａと下アーム素子ゲート駆動回路６
ｂが接続され、これらの駆動回路６ａ、６ｂは各々フォ
トカプラ５ａ、５ｂにより絶縁状態で制御回路７に接続
される。図中８ａ。

８ｂは上アーム素子ゲート駆動回路６ａの順バイアス電
源と逆バイアス電源、８ｃ、８ｄは下アーム素子ゲート
駆動回路６ｂの順バイアス電源と逆バイアス電源である
。

制御回路７からの上アーム制御信号はフォトカプラ５ａ
を介してゲート駆動回路６ａに送られ、オン時には電源
８ａが、ＩＧＢＴ９ａの順バイアス電源となり、オフ時
には電源８ｂ力月ＧＢＴ９ａの逆バイアス電源となる。

一方、下アーム制御信号はフォトカプラ５ｂを介して駆
動回路６ｂに送られ、オン時には電源８ｃが、ＩＧＢＴ
９ｂの順バイアス電源となり、オフ時には電源８ｄがＩ
ＧＢＴ９ｂの逆バイアス電源となる。

しかし、このような第３図に示した従来の駆動回路では
、ゲート駆動回路が２点、ゲート駆動用電源が４点、信
号絶縁器が２点必要であり、回路構成が複雑となり装置
が大型化し、またコスト高になってしまう。

そこで発明者等は先に第２図に示すような駆動回路を特
願昭６２−８８１６８号（出願日昭和６２年４月９日）
として提案した。

この回路は、上アームにＮチャネルのＩ　ＧＢＴ９ａを
、下アームにＰチャネルのＩＧＢＴ１７を使用し、その
エミッタを共通にしてコンプリメンタリなハーフブリッ
ジ接続回路を形成し、これら上アーム、下アームのＩＧ
ＢＴ９ａ、１７のベースに、順バイアス電源８ａ、逆バ
イアス電源８ｂを１対有し、フォトカプラ５ａにより絶
縁された制御信号を受ける１個の共通なゲート駆動回路
６Ｃを接続したものである。

ゲート駆動回路６Ｃは、ベース及びエミッタを共通に接
続されたコンプリメンタリＮＰＮ　）ランジスタ１５と
ＰＮＰ　ｌ−ランジスタ１６のうち、ＮＰＮトランジス
タ１５のエミッタに一対のゲート駆動電源３ａ、３ｂの
直列回路の正極が接続され、ＰＮＰトランジスタ１６の
エミッタには該直列回路の負極が接続される。

トランジスタ１５゛と１６のベース同士の接続点はＭＯ
３ＦＥＴ１３のドレンと、及び抵抗１１ｃを介してトラ
ンジスタ１５のコレクタとに接続され、該ＭＯ３ＦＥＴ
１３のソースはトランジスタ１６のコレクタと駆動電源
８ｂの接続点に、またフォトカプラ５ａのフォトトラン
ジスタのエミッタに接続される。

ＭＯ３ＦＥＴ１３のゲートは抵抗１１ｂを介してフォト
トランジスタ５ｔのコレクタに接続され、ＭＯ３ＦＥＴ
１３のゲート、ソースとフォトトランジス　　　゛り５
ｔのコレクタ、エミッタの接続点間にコンデンサ１４が
接続される。前記抵抗１１ｂにはダイオード１２が並列
接続される。

フォトトランジスタ５ｔのベースはフォトダイオード５
ｄを介して抵抗１１ｃとトランジスタ１５のコレクタの
接続点に接続され、その接続点と前記フォトダイオード
５ｄとの接続中点は抵抗１１ａを介してフォトトランジ
スタ５ｔのコレクタと抵抗１１ｂとの接続中点に接続さ
れる。

このゲート駆動回路６Ｃのトランジスタ１５．１６のエ
ミッタ同士の接続点を抵抗ｌｉｄを介してＩＧＢＴ９ａ
、１７のベース同士の接続点に接続し、ゲート駆動電源
８ａ、８ｂの接続点をＩ　ＧＢＴ　９　ａ。

１７のエミッタ同士の接続点に接続することで、前記ゲ
ート駆動回路１６を共通のものとしてＩ　ＧＢＴ９ａ、
１７に接続する。

次に、動作について説明するとＩ　ＧＢＴ駆動信号はフ
ォトカブラ５ａにより絶縁されて送られる。

いまフォトカブラ５ａの一次側に電流を流すと二次側に
電流が流れ、ＭＯＳＦＥＴ１３はオフとなる。

そのため、トランジスタ１５がＯＮになりＩ　ＧＢＴ９
ａのゲートエミッタ間には、順バイアス電圧として電源
８ａの電圧が、トランジスタ１５、抵抗１１ｄを介して
加わる。またこのとき、ＩＧＢＴ１７にはゲートエミッ
タ間に逆バイアス電圧が同様に加わる。すなわち、上ア
ームＩＧＢＴ９ａはオンし、下アームＩＧＢＴ１７はオ
フする。次にフォトカブラ５ａの１次側電流をオフさせ
ると二次側電流がオフし、ＭＯＳＦＥＴ１３のゲートソ
ース間に電圧が加わりＭ　ＯＳ　Ｆ　Ｅ　Ｔ１３はオン
となる。そのため、ＰＮＰ　）ランジスタ１６のエミッ
タ、ベース間は順バイアスとなり８亥トランジスタがオ
ンしＩ　ＧＢＴ９ａのＧＥ間には逆バイアス電圧として
電源８ｂの電圧が抵抗ｌｉｄ、トランジスタ１６を介し
て加わる。また、このときＩＧＢＴ１７ＯＧＥ間には順
バイアス電圧がかかる。すなわち、上アームＩＧＢＴ９
ａはオフし、下アームＩＧＢＴ１７はオンする。

このようにして第２図で示す回路では、駆動信号はフォ
トカブラ５ａにより絶縁されて送られ、ゲート駆動回路
６Ｃの順、逆バイアス電源８ａ。

８ｂのうち、一方の電源が上アームＩＧＢＴ９ａの順バ
イアス電源と下アームＩＧＢＴ１７の逆バイアス電源に
なり、もう一方の電源が上アームＩＧＢＴｅａの逆バイ
アス電源と下アームＩＧＢＴ１７の順バイアス電源の役
割を果たすので、計２個のゲート駆動電源でスイッチン
グすることが可能となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしこの第２図に示す駆動回路では、１つの制御信号
で上下アームの２つのトランジスタ１５゜１６を駆動す
るので、駆動回路の時間遅れで上下アームが短絡してし
まうという大きな問題点があった。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、簡単な回
路を付加するだけでオンデイレ−機能を発揮して上下ア
ームの短絡を防止でき、回路の簡素化、低価格化、高倍
軸性化が図れるＩＧＢＴの駆動回路を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前記目的を達成するため、上アームにＮチャネ
ル、下アームにＰチャネルのＩ　ＧＢＴをエミッタ共通
に接続したコンプリメンタリハーフプリフジ回路を形成
し、これら上アーム、下アーム（７）ＩＧＢＴのベース
に、順バイアス電源、逆バイアス電源を１対有し、フォ
トカブラにより絶縁された制御信号を受ける１個の共通
なゲート駆動回路を接続したＩ　ＧＢＴの駆動回路にお
いて、駆動回路の出力と上下のＩ　ＧＢＴのゲート間に
ＩＧＢＴのオン動作では大きくなり、オフ動作では小さ
くなるような抵抗値の抵抗回路を接続したことを要旨と
するものである。

〔作用〕

本発明によれば、駆動回路の出力とＩ　ＧＢＴのゲート
間に設けた抵抗回路がＩ　ＧＢＴのオンデイレ−機能を
発揮し、その結果、上下アームの短絡が防止できる。

〔実施例〕

以下、図面について本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明のＩＧＢＴの駆動回路の１実施例を示す
回路図で、前記従来例を示す第２図と同一構成要素には
同一参照符号を付したものである。

本発明は、第２図の従来回路にオンデイレ−用の抵抗回
路１８．１９を追加接続した。

この抵抗回路１８は、ダイオード１８ａと抵抗１８ｃの
直列回路と、抵抗１８ｂとを並列接続した回路であり、
また抵抗回路１９はダイオード１９ａと抵抗１９Ｃの直
列回路と、抵抗１９ｂとを並列接続した回路である。

そして、前記ダイオード１８ａ、　１９ａの極性はＩＣ
ＢＴ９ａ、１７のオン時は阻止、オフ時は導通するもの
とする。

その他の回路構成は、前記第２図と同一なので説明を省
略する。

次に動作について説明すると、ＩＧＢＴ駆動信号はフォ
トカプラ５ａにより絶縁されて送られる。

今、フォトカプラ５ａの一次側に電流を流すと二次側に
電流が流れＭＯ５ＦＥＴ１３はオフとなる。

そのため、トランジスタ１５がオンになる。ダイオード
１８ａは逆バイアスされるので、ＩＣ；ＢＴ９ａのゲー
ト、エミッタ間には、順バイアス電圧として電源８ａの
電圧がトランジスタ１５、上アーム抵抗回路１８の抵抗
１８ｂを介して加わり、ターンオンする。

また、この時下アームの抵抗回路１９のダイオード１９
ａは順バイアスされるのでＩＧＢＴ１７のゲート、エミ
ッタ間には逆バイアス電圧として電源８ａの電圧が抵抗
１９ｂと１９ｃによる並列抵抗を介して加わり、ターン
オフする。この場合、９ａのゲート抵抗はこのゲート抵
抗より大きな値となる。

−ａに電圧駆動型素子の場合、ゲートに接続される抵抗
が大きいほどスイッチング時間が長くなる。このため、
下アームＩＧＢＴ１７が早（ターンオフし、上アームＩ
　ＧＢＴ　９　ａが遅くターンオフする。

次に、フォトカプラ５ａの１次側電流をオフさせると二
次側電流がオフし、ＭＯ３ＦＥＴ１３のゲート、ソース
間に電圧が加わりＭＯ３ＦＥＴ１３はオンとなる。その
ため、ＰＮＰトランジスタ１６はオンとなる。ダイオー
ド１８ａは順バイアスされるのでＩ　ＧＢＴ９　ａのゲ
ート、エミッタ間には逆バイアス電圧として電源８ｂが
抵抗１８ｂと１８ｃによる並列抵抗を介して加わり、タ
ーンオフする。

また、この時ダイオード１９ａは逆バイアスされるので
ＩＧＢＴ１７のゲート、エミッタ間には順バイアス電圧
として電源８ｂの電圧が抵抗１９ｂを介して加わり、タ
ーンオンする。以上の理由から上アームＩＧＢＴ９ａが
早くターンオフし下アームＩＧＢＴ１７が遅くターンオ
ンする。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明のＩＧＢＴの駆動回路は、１個
の駆動回路でハーフブリッジ接続された２個のＩ　ＧＢ
Ｔをオン、オフ制御できるものであり、しかも駆動回路
とＩ　ＧＢＴのゲートの間に少数の部品を付加すること
でオンデイレ−機能を発揮させ、これにより上下アーム
の短絡を確実に防止して駆動回路の簡素化や低価格化、
及び高信頼性化が図れるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＩ　ＧＢＴの駆動回路の１実施例を示
す回路図、第２図は同上従来例を示す回路図、第３図は
他の従来例を示す回路図、第４図はＩ　ＧＢＴの等価回
路図である。 １・・・ＭＯＳＦＥＴ　　２・・・ＮＰＮ）ランジスタ
３・・・ＰＮＰ　トランジスタ ４・・・抵抗 ５ａ、５ｂ・・・フォトカプラ ５ｄ・・・フォトダイオード ５ｔ・・・フォトトランジスタ ６ａ、６ｂ、６ｃ・・・ゲート駆動回路７・・・制御回
路 ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ・・・ゲート駆動電源８ｅ・・
・高圧電源 ９ａ、９ｂ・・・ＮチャネルＩ　ＧＢＴｌｏａ、１０ｂ
−ダイオード １１ａ、ｌｌｂ、ｌｌｃ、Ｉｌｄ、１８ｂ、１８ｃ。 １９ｂ、　１９Ｃ・・・抵抗 １２　・・・ダイオード　　　　１３・ＭＯ３ＦＥＴ１
４・・・コンデンサ　　　　１５・・・ＮＰＮ　）ラン
ジスタ１６・・・ＰＮＰ　ｌ−ランジスタ １７・・・ＰチャネルＩＧＥＴ １８、１９・・・抵抗回路　　　１８ａ、　１９ａ・・
・ダイオード第３図 ６ｂ 第４図 い 手続補正書 昭和６３年　５月２５日 特許庁長官　　小　川　　邦　夫　　殿１、事件の表示 昭和６３年　特許願　第３６２３６号 λ発明の名称 ＩＧＢＴの駆動回路 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住　所　　　川崎市川崎区田辺新田１番１号４、代理人
　〒１７１ 住　所　　　東京都豊島区池袋二丁目９１１番地８加胚
ビル３Ｆ ６、補正により増加する発明の数　　　な　し７、補正
の対象 補　　　正　　　言 本件出願の明細書及び図面を下記の通り訂正する。 （１）明細書中、第２頁第１５行目「ダーリントン接続
して」を削除する。 （２）同書第５頁第１４行目及び第１６行目「エミッタ
」とあるを、「コレクタ」と訂正する。 （３）同書第７頁第１行目「ゲート駆動回路１６」とあ
るを、［ゲート駆動回路６ＣＪと訂正する。 （４）同書第１１頁第２０行目「ターンオフ」とあるを
、「ターンオン」と訂正する。 （５）図面中、第１図、第２図を別紙の通り訂正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 上アームにＮチャネル、下アームにＰチャネルのＩＧＢ
   Ｔをエミッタ共通に接続したコンプリメンタリハーフブ
   リッジ回路を形成し、これら上アーム、下アームのＩＧ
   ＢＴのベースに、順バイアス電源、逆バイアス電源を１
   対有し、フォトカプラにより絶縁された制御信号を受け
   る１個の共通なゲート駆動回路を接続したＩＧＢＴの駆
   動回路において、駆動回路の出力と上下のＩＧＢＴのゲ
   ート間に、ＩＧＢＴのオン動作では大きくなり、オフ動
   作では小さくなるような抵抗値の抵抗回路を接続したこ
   とを特徴とするＩＧＢＴの駆動回路。