JPH02101956A - ゲートドライブ回路 - 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、モータ駆動回路、特に１２Ｖ程度の低圧を中
心とする電源系を持つ装置に使用されるモータ駆動回路
のうち、パワーＭＯ３ＦＥＴを使用した回路のゲートド
ライブ回路に関するものである。

従来の技術 近年、パワーＭＯ８ＦＥＴの性能向上に伴い、従来のパ
ワートランジスタによる大電流制御が、パワーＭＯ８Ｆ
ＥＴによる大電流制御にとって替わられるようになって
きた。パワーＭＯ８ＦＥＴは本質的に電圧制御素子であ
り、電流制御素子であるパワートランジスタとはその回
路構成が大きく異なる。パワーＭＯ５ＦＥＴが実際に応
用されていて一般的である分野はＦＡ分野が多い。その
中でもＡＣサーボモータ駆動回路、又はＤＣサーボモー
タ回路、さらにインバータ回路に応用されている。ただ
し、これらの回路は電源が１００ｖ以上の高電圧回路が
多い。

電源電圧の低いＯＡ分野では、回路コストの点から今だ
パワーＭＯ８ＦＥＴは十分に使用されていないが、自動
車のバッテリーを利用する電装分野では序々にその応用
が考えられている。最近は、自動車に使用されるモータ
でも３０Ａ〜５０Ａの大電流制御をする必要のあるもの
も現れてきた。

しかし、自動車においてはその制御回路コストは極めて
低く抑えなければならず、ＦＡ分野で使用されている回
路をそのまま使用する訳にはいかない。

以下に従来のゲートドライブ回路について説明する。

第６図は従来のパワーＭＯ３ＦＥＴのゲート駆動回路図
であり、１はパワーＭＯ８ＦＥＴ、２はフォトカブラ、
３ａ〜３ｆは抵抗、４　ａ〜４Ｃはトランジスタ、５ａ
〜５ｂはツェナーダイオードである。

第７図は第６図に記載されたゲートドライブ回路を使用
してＤＣモータのフルブリッジ回路を構成した例であり
６ａ〜６ｄはＤＣ−ＤＣコンバータ、７ａ〜７ｄは第６
図のゲートドライブ回路、８はＤＣモータ、９は抵抗、
１０ａ　〜１０ｄはパワーＭＯ３ＦＥＴである。

以上の様に構成されたゲートドライブ回路について、以
下その動作を説明する。

まず、フォトカブラ２の発光ダイオード側がＨｉｇｈレ
ベルになると、フォトカブラ２の受光トランジスタにベ
ース電流が供給され、フォトカブラの受光トランジスタ
がＯＮするので、トランジスタ４ａのベースは電流が供
給されず、トランジスタ４ａはＯＦＦする。

すると、トランジスタ４ｂのベース（こ＋ｖ１から抵抗
３ｃを通してベース電流が供給され、トランジスタ４ｂ
はＯＮする。トランジスタ４ｂのエミッタはほぼ＋Ｖ＋
　となるので、パワーＭＯ３ＦＥＴのゲート・ソース間
はｖｌの電圧がかかり、ゲート抵抗３ｅを通して、パワ
ーＭＯ８ＦＥＴのゲート・ソース間容量がチャージされ
、ＦＥＴはＯＮする。一方、フォトカブラ２の発光ダイ
オード側がＬＯＷレベルのときは、パワーＭＯ３ＦＥＴ
のゲート・ソース間は−Ｖ２に逆バイアスされ、ＦＥＴ
はＯＦＦする。このとき、回路に与えられる＋　ｖｓ　
、Ｏ，Ｖ２の電圧は通常出力絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバー
タで発生させられ、他のどの電位とも絶縁されている。

第７図に示したＤＣモータのフルブリッジ回路は、パワ
ーＭＯ３ＦＥＴが４個で構成されている。例えば、パワ
ーＭＯ３ＦＥＴ１０ａと１０ｄがＯＮとなる状態を考え
る。そのときは、１０ａのソースはほぼＶｃｃに等しく
、１０ｄのソースはほぼＧｎｄに等しい。しかし、ＤＣ
−ＤＣコンバータ６ａ、６ｄによって、それぞれのゲー
トドライブ回路の電源は絶縁されているので、パワーＭ
Ｏ８ＦＥＴがどんな電位にあろうと確実にＯＮ・ＯＦＦ
制御ができる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら従来の構成では、それぞれのゲートドライ
ブ回路に与える電源を絶縁されたものにする必要があり
、ＤＣ−ＤＣコンバータが複数個必要であり、さらに少
なくともＶｃｃに配置されるパワーＭＯ８ＦＥＴについ
てはそれぞれ別のＤＣ−ＤＣコンバータとする必要があ
った。このＤＣ−ＤＣコンバータは通常リンギングチョ
ークコンバータ方式と言われる・方式をとり、トランス
が必要となる。よって、コストが高くつき、自動車用に
はコスト面で採用しに（いという欠点を有していた。

本発明は、従来の問題点を解決するもので、トランス等
の高価で体積の大きい部品を使用することなく、ＦＥＴ
のＯＮ・ＯＦＦ制御を可能とするゲートドライブ回路を
提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 この目的を達成するため本発明のゲートドライブ回路は
、コンデンサとツェナーダイオードを並列接続し、ツェ
ナーダイオードのアノード側をＭＯＳＦＥＴのゲートに
接続し、カソード側をスイッチング機能を持つ電源に接
続するものである。

作用 この構成によって、ゲートドライブ回路の電源は昇圧さ
れた電源−つで十分であり、またゲートをＯＦＦすると
きにもＭＯＳＦＥＴのゲート・ソース間にチャージされ
た電荷を逆バイアスによって高速でディスチャージする
ので、高速スイッチング動作が可能となる。

実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の一実施例におけるゲートドライブ回路
を示すものである。第１図において、１１はツェナーダ
イオード、１２はコンデンサ、１３はゲート抵抗、１４
ａ〜１４ｂはツェナーダイオード、１５はパワーＭＯ８
ＦＥＴである。

第２図は本発明の一実施例におけるＤＣモータの駆動回
路である。第２図において、１６はモータ、１７は昇圧
型のＤＣ−ＤＣコンバータ（出力は非絶縁タイプ）、１
８ａ〜１８ｄはトランジスタ、１９ａ〜１９ｄはツェナ
ーダイオード、２０ａ〜２０ｄはコンデンサ、２１ａ〜
２１ｂ及び２２ａ〜２２ｂ、２３ａ〜２３ｂは抵抗であ
る。

第３図及び第４図は、第２図の回路でパワーＭＯ８ＦＥ
Ｔのスイッチングを行ったときの動作を説明する図であ
る。

以上の様に構成された本実施例のゲートドライブ回路に
ついて、以下その動作を説明する。

まず、第２図において、トランジスタ１８ａ〜１８ｄに
はＬＵ＝ＲＬ＝Ｌｏｗレベル、ＲＵ＝ＬＬ＝Ｈｉ　ｇｈ
レベルの信号が入っているとする。

そのときの回路の状態は第３図に示す様に、パワーＭＯ
３ＦＥＴ１５ａと１５ｄがＯＮＬ、、１５ｂと１５ｃは
ＯＦＦである。モータには実線矢印の方向に電流が流れ
る。０点の電位は、１５ａの電圧降下を０と仮定すれば
ほぼＶｃｃである。またＢ点の電位は、抵抗２１ａでの
電圧降下をＯと仮定すれば、昇圧回路の出力電圧ＶＨか
らツェナーダイオード１９ａのツェナー電圧Ｖｚを差引
いたものであり、 ＶＢ”ＦＶ）ｌ　　ＶＺ となる。パワーＭＯ３ＦＥＴ１５ａがＯＮ状態を継続す
るためには、ＶＢの電位がＶｃの電位よりもゲートスレ
ッショルド電圧ＶＳ）Ｉだけ高いことが必要である。

ＶＢ＞ＶＣ＋ＶＳＨ＝ＶＣＣ＋ＶＳＨ よって、 Ｖｌ（＞　ＶＺ＋ＶＣＣ＋ＶＳＨ であればよいことがわかる。このとき、コンデンサ２０
ａは、第３図の極性でＶｚに充電される。

一方、Ｄ点の電位はパワーＭＯ８ＦＥＴ１５ｄの電圧降
下を無視すれば、はぼＧｎｄである。Ｆ点の電位は、ｖ
Ｈを抵抗２２ｂと２３ｂで分圧した電位からツェナーダ
イオード１９ａのＶｚを差引いたものであり、 Ｖ［！＝ＶＨ−Ｒ２／　（Ｒ１＋Ｒ２）ＶＰ＝ＶＥ−Ｖ
ｚ よってＶＦの電位がゲートスレッショールド電圧ｖＳＨ
より大きければ、パワーＭＯ３Ｆ　ＥＴ　１５　ｄはＯ
Ｎ状態を継続できる。

次に、ＬＵ＝ＬＬ＝ＲＵ＝ＲＬ＝Ｈｉ　ｇｈレベルにな
ったときを考える。

第４図においてＡ点はＧｎｄに接続され、その瞬間Ｂ点
の電位は、 Ｖ　Ｂ　＝　−Ｖ　ｚ となる。また、モータ電流はインダクタンスの影響によ
り、同じ方向に流れようとするので、パワーＭＯ８ＦＥ
Ｔ１５ｂ及び１５ｃのボディーダイオードを通して流れ
る。

そのとき０点の電位は、ボディーダイオードの順方向電
圧降下をＶＤとすると、 Ｖｃ＝−Ｖ。

である。パワーＭＯ８ＦＥＴ１５ａが十分ＯＦＦするた
めには、ゲート電位はソース電位よりも低（することが
必要である。（原理的にはゲートスレッショールド電圧
ＶＳＨよりも低ければよいが、高速スイッチングを行う
ためにはゲート・ソース間電圧ＶＧＳをマイナスにバイ
アスし、ゲート・ソース間に蓄積された電荷を強制的に
充電しなければならない）よって、 ＶＢ−Ｖｃ＝−Ｖｚ十Ｖｏ＜　Ｑ ツェナーダイオード１９ａのツェナー電圧はＶＤより太
き（する必要がある。

またＥ点の電位もＧｎｄとなり、その瞬間Ｆ点の電位は
、 ＶＦ＝−ＶＺ となる。このときパワーＭＯ８ＦＥＴ１５ｄのソースは
ほぼＧｎｄなので、十分にＯＦＦすることがわかる。

以上の様に本実施例によれば、コンデンサを並列接続し
たツェナーダイオードのアノード側をパワーＭＯＳＦＥ
Ｔのゲートに接続し、カソード側を昇圧された電源に接
続すれば、高速スイッチングが可能で、かつゲートドラ
イブ用の昇圧電源は１個でよいことになる。

なお、パワーＭＯ８ＦＥＴを並列接続して使用する場合
は、第５図の様にツェナーダイオードのアノードとパワ
ーＭＯ８ＦＥＴのゲートに抵抗を挿入する。さらに第２
図では、ＤＣモータのフルブリッジ回路を一実施例とし
て記載したが、三相ブラシレスモータの駆動回路を始め
、多相モータの回路に応用できることは言うまでもない
。また、ステッピングモータの駆動回路のようにパワー
ＭＯ８ＦＥＴのソース又はドレインを接地する方式にも
応用できる。

発明の効果 本発明は、コンデンサを並列接続したツェナーダイオー
ドのアノード側をパワーＭＯ８ＦＥＴのゲートに接続し
、カソード側をＯＮ・ＯＦＦ機能を有した電源に接続す
ることにより、昇圧電源で非絶縁型のものが１個でよ（
、また、コンデンサのチャージによって、パワーＭＯ３
ＦＥＴに逆バイアスをかけてＯＦＦさせるため、高速ス
イッチングが可能となる。よって、コストの安いゲート
ドライブ回路を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるゲートドライブ回路
の回路図、第２図は本発明の一実施例におけるＤＣモー
タ制御回路の回路図、第３図、第４図は第２図の動作説
明図、第５図は本発明の一実施例におけるパワーＭＯ８
ＦＥＴの並列接続を示す図、第６図は従来例におけるゲ
ートドライブ回路の回路図、第７図は第６図の回路を使
用したＤＣモータ制御回路の回路図である。 １１．１４ａ〜１４ｂ・・・・・・ツェナーダイオード
、１２・・・・・・コンデンサ、１３・・・・・・抵抗
、１５．１５ａ〜１５ｄ・・・・・・パワーＭＯ３ＦＥ
Ｔ、１６・・・・・・モータ。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１名第 １図 １１．１４ａ、ｌ４ｂ−−−ツェナー４イ才−Ｆ１２−
−コシ子゛シづ １３−一一オ８ジオ九 １５−−−ｔ（’）−ＭＯ５ＦＥＴ 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コンデンサが並列に接続されたツェナーダイオードのア
   ノード側をＭＯＳＦＥＴのゲートに接続し、当該ツェナ
   ーダイオードのカソード側を、ＭＯＳＦＥＴがＯＮする
   のに十分な電圧を有し、かつ外部信号によりＯＮ・ＯＦ
   Ｆされるスイッチング機能を有した電圧源に接続し、前
   記外部信号によりＭＯＳＦＥＴをＯＮ・ＯＦＦ制御する
   ことを特徴とするゲートドライブ回路。