JPH02197293A - 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ＭＯ３ＦＥ
Ｔ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ＭＯ３ＦＥＴ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徐々にその応用が
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ＭＯ８ＦＥＴのゲート駆動回路図
であり、１はパワーＭＯ８ＦＥＴ、２はフォトカプラ、
３ａ〜３ｆは抵抗、４ａ〜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てあり
、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ＭＯＳＦＥＴ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、フォトカプラ２の発光グイオート側がＨ！ｇｈレ
ベルになると、フォトカプラ２の受光トランジスタにベ
ース電流が供給され、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のベースに十ｖ１から抵抗３
Ｃ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＋■、と
なるので、パワーＭＯ３ＦＥＴのゲート・ソース間はｖ
ｌの電圧がかかり、ゲート抵抗３ｅを通してパワーＭＯ
３ＦＥＴのゲート・ソース間容量がチャージされ、ＦＥ
ＴはＯＮする。一方、フォトカプラ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・ソース間は一■２に逆バイアスされ、ＦＥＴはＯＦ
Ｆする。このとき、回路に与えられル＋　Ｖ’＋　、　
Ｏ、Ｖ２　（７）電圧ハ通常Ｄ（、−ＤＣ−１ンバータ
で発生さぜられ、他のと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
ＭＯ８ＦＥＴが４個で構成されている。例えば、パワー
ＭＯ８ＦＥＴ１０ａ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、Ｄ（、
−ＤＣコンパ−９６ａ、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ＭＯ
８ＦＥＴ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
、Ｄ（、−ＤＣコンバータが複数個必要であり、さらに
少な（ともＶＣＣ側に配置されるパワーＭＯ３ＦＥＴに
ついてはそれぞれ別のＤＣＤＣ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キングチ
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く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０Ｎ−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に本発明のゲートドライブ回路
は、ツェナーダイオードと、ツェナーダイオードに並列
に接続されたＣＲ直列回路と、Ｒに並列に接続されたダ
イオードによるゲートドライブ回路をＭＯＳＦＥＴのゲ
ートに接続するものである。

作用 この構成により、ゲートドライブ回路のゲートを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、高速スイッチングが可能となり、またゲー
トドライブ回路の電源は昇圧された電源−つで十分とな
る。

実施例 以下、本発明の一実施例について以下図面を参照しなが
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は抵抗、１４はダイ
オードである。

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、１５は非絶縁タイプで昇圧
型のＤＣ−ＤＣコンバータ、１６ａ〜１６ｄはトランジ
スタ、１７ａ　〜１７ｂ、１８ａ〜１８ｂ、１９ａ〜１
９ｂ、２０ａ〜２０ｂ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ＭＯ３ＦＥ
Ｔのスイッチングを行ったときの動作を説明する資料で
ある。

まず、第１図において、端子Ａ−Ｂ間に電圧ＶＯＮが加
わり、ツェナーダイオード１１のツェナー電圧をＶＺと
すると、ＭＯＳＦＥＴのゲート・ソース間に加わる電圧
は、 ＶＧＳ＝ＶＯＮ−ＶＺ＞ＶＳＨ である。このＶＧがＭＯＳＦＥＴのゲートスレッショル
ド電圧ＶＳＨより大きければ、ＭＯＳＦＥＴはＯＮする
。

このとき、ツェナーダイオードと並列に接続されている
コンデンサ１２は、Ａ端子→コンデンザ１２→ダイオー
ド１４の経路で、第１図（ｂ）の極性に充電される。ダ
イオードの順方向電圧をＶＤとすると、コンデンサの充
電電圧は、 ＶＣ−ｖＺ−ＶＤ である。

次に、Ａ点かＧｎｄになったときを考える。そのときは
第１図（Ｃ）のようになる。すると、ＭＯＳＦＥＴのゲ
ート・ソース間にある寄生容量ＣＧＳに充電されていた
電荷はツェナータイオートを通してＧ　ｎ　ｄに放電す
る。

一方、コンデンサ１２に蓄えられた電荷は、抵抗１３を
通してしか放電できす、コンデンサ１２と抵抗１３を適
当に選へは、ゲート・ソース間容量ＣＧＳの電荷が放電
する間はＶＣの値を保持できる。

つまり、このときのゲート電位は、 ＶＧ−○−ＶＣ＝　−ＶＣ である。よってＭＯＳＦＥＴは逆バイアスされ、確実に
ＯＦＦすることになる。

以上のことを、実際の回路において説明する。

第２図において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１５の電圧ＶＤ
Ｃは、フルブリッジ回路の電源電圧ＶＣＣよりも、少な
くともＭＯＳＦＥＴのゲートスレッショルド電圧（ＶＳ
Ｈ）＋ツェナー電圧（ＶＺ）だけは大きいとする。トラ
ンジスタ１６ａ〜１６ｄは、ＭＯＳＦＥＴを０Ｎ−ＯＦ
Ｆするだめのものであり、１〜ランジスタＯＦＦで、Ｍ
ＯＳＦＥＴはＯＮするようになっている。

トランジスタ１６ａ、１６ｄがＯＦＦで、トランジスタ
１６ｂ、１６ｃがＯＮのときを考える。

このとき、第３図の様にＭ　ＯＳ　Ｆ　Ｅ　Ｔ　１０　
ａ　。

１０ｄはＯＮし、モータ電流は、図中矢印の様に流れる
。

このとき、０点の電位は、ＭＯＳＦＥＴのトレイン・ソ
ース間電圧降下を無視ずれば、はぼＶＣＣとなる。

このとき、抵抗１．７　ａでの電圧降下を無視すれば、
ＭＯＳＦＥＴ１０ａのゲート電位は、 ＶＧ＝ＶＤＣ−ＶＺ てあり、ＭＯＳＦＥＴ１０ａのソース電位は、ＶＳ＝Ｖ
ＣＣ であることから、ゲート・ソース間電圧は、ＶＧＳ＝　
ＶＧ−ＶＳ＝　ＶＤＣ−ＶＺ　−Ｖ　ＣＣ＞　ＶＳＨで
ある。ＶＧＳがＶＳＨより大きければ、安定してＯＮを
続けている。

次にすべてのトランジスタがＯＮし、ＭＯＳＦＥＴがす
へてＯＦＦ指令を受けたとする。今まで、モータに流れ
ていた電流は、モータのインダクタンスのため、急に方
向は変えれず、ＭＯＳＦＥＴ１０ｂ、１０ｃの寄生ダイ
オード又は外付はフライホイールダイオードを通して流
れ続けようとする。電流経路を実線矢印で示す。

すると、０点の電位は抵抗９の電圧降下を無視すると−
ＶＤとなる。一方、ＭＯＳＦＥＴ１０ａのゲート電位は
前述のように、 ＶＧ＝−ｖｃ である。ＭＯ８ＦＥＴ１０ａのソース電位はＶＳ＝−Ｖ
Ｄ であるので、ゲート・ソース間は ＶＧＳ＝Ｖａ−Ｖｓ＝　−ＶＣ十ＶＤ＜　ＯＶＣがＶＤ
より大きければ、ＶＧＳは逆バイアスとなり、ＭＯ３Ｆ
ＥＴ１０ａは確実にＯＦＦする。

よって、ＯＮ・ＯＦＦが確実に行われるため、高速スイ
ッチングが可能となっている。

なお、第２図〜４図では、本発明のゲートドライブ回路
は、ハイサイド側（つまりＶＣＣ側）にのみ使用したが
、勿論ローサイト側（つまりＧｎｄ側）にも使用してよ
い。また、第５図のようにＭＯＳＦＥＴを複数個使用し
たときは、抵抗２１ａ。

２１ｂのようにゲート抵抗を挿入することができる。

発明の効果 以上の様に、ツェナーダイオードと、ＣＲ直列回路と、
ダイオードによってゲートドライブ回路を構成すること
により、次の様な効果がある。

まず、ゲートドライブ回路が簡単になり、しかもＭＯＳ
ＦＥＴのＯＦＦ時は逆バイアスがかかることである。

これにより、高速でスイッチングしても、ＯＮ・ＯＦＦ
が確実となり、従来例とあまり変わらない性能が出せる
。

次に、ＤＣ−ＤＣコンバータが非絶縁型でよく、しかも
１つあればよいことである。従来は第２図と同じＤＣモ
ータ駆動回路を構成するには、ハイサイド側が２つ、ロ
ーサイド側に１つと、少なくとも３つの絶縁型のＤＣ−
ＤＣコンバータが必要であった。しかし、簡単な回路で
ＭＯＳＦＥＴに逆バイアスがかけられるので、特に絶縁
した電源は必要なくなってきている。

以上のように本発明のゲートドライブ回路により、トー
タルコストを大幅に低下させることが可能となった。

【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
図、第２図〜第４図はゲートドライブ回路をＤＣモータ
の駆動回路に応用した例を示す回路図、第５図はＭＯＳ
ＦＥＴが複数並列の場合のゲートドライブ回路図、第６
図、第７図は従来例におけるゲートドライブ回路図であ
る。 １．１０ａ　〜１０ｄ・−−・ＭＯＳＦＥＴ、１１゜１
１ａ、ｌｌｂ・・・・・・ツェナーダイオード、１２゜
１２　ａ　、　１２　ｂ−−・−コンデンサ、１３，１
３ａ。 １３ｂ・・・・・・抵抗、１４．１４ａ、１４ｂ・・・
・・・ダイオード。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ツェナーダイオードと、ツェナーダイオードに並
   列に接続されたＣＲ直列回路と、該ＣＲ直列回路の抵抗
   に、ツェナーダイオードのアノード側がカソードとなる
   ように接続されたダイオードから構成される回路を、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、ツェナーダイオードのカソード側をＯＮ・Ｏ
   ＦＦ制御可能な電源に接続するゲートドライブ回路。
2. （２）前記ツェナーダイオードとＣＲ直列回路とダイオ
   ードからなる回路を、ゲート抵抗を介してＭＯＳＦＥＴ
   のゲートに接続する請求項１に記載のゲートドライブ回
   路。