JPH0226817B2 - - Google Patents

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JPH0226817B2
JPH0226817B2 JP56037935A JP3793581A JPH0226817B2 JP H0226817 B2 JPH0226817 B2 JP H0226817B2 JP 56037935 A JP56037935 A JP 56037935A JP 3793581 A JP3793581 A JP 3793581A JP H0226817 B2 JPH0226817 B2 JP H0226817B2
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JP
Japan
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mosfet
gate
circuit
winding
output
Prior art date
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JP56037935A
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English (en)
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JPS57152729A (en
Inventor
Kenichi Onda
Kimihito Abe
Hisao Amano
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS57152729A publication Critical patent/JPS57152729A/ja
Publication of JPH0226817B2 publication Critical patent/JPH0226817B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/04Modifications for accelerating switching

Landscapes

  • Power Conversion In General (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はMOSFETをスイツチング素子として
用いた半導体のゲート駆動回路に関する。
NチヤンネルMOSFETは、ゲート電極とソー
ス電極との間に、ゲート電極を正とする極性に所
定の電圧が印加されると導通し、所定の電圧以下
では非導通状態となるスイツチング素子として用
いられる。
MOSFETは通常のトランジスタと比較し、 1) スイツチング速度が速く、高周波動作が容
易である。
2) ゲート入力インピーダンスが大きく、駆動
パワーが小さい。
等の特徴を有する。
MOSFETのスイツチング時間は、ゲート電極
に印加する電圧の立上がり時間に依存するため、
高速スイツチング特性を得るには、ゲート電極に
印加する電圧も短時間で立上げる必要がある。し
かし、パワーMOSFETの内部にはゲート電極と
ソース電極との間に数千pFの等価容量(Ciss)が
存在する。このため、ゲート電極に印加する電圧
を短時間で立上げるためにはピーク値の大きな充
電電流をCissに流す必要がある。
また、MOSFETを短時間でターンオフさせる
には、Cissを短時間で放電させなければならない。
近年、パワーMOSFETの大容量化にともな
い、Cissも大きくなる傾向にある。このためパワ
ーMOSFETの高速スイツチング特性を充分利用
するには、ピーク値の大きな充放電電流を流し得
るゲート回路が要求される。パワーMOSFET
は、ゲート入力インピーダンスが大きいため、
Cissの充電電流の他はほとんど必要とせず、ゲー
ト電極に印加する電圧をVG、MOSFETの駆動周
波数をfとするとき、必要とするゲート駆動パワ
ーWGは次式となる。
WG=1/2CissV1 2・f ……(1) (1)式で、Cissを2000pF、VGを15V、Fを100K
Hzとしたとき、WGは22.5mW程度である。した
がつて、ゲート回路は小さなパワーを取扱えばよ
く、簡素な構成が望まれるが、Cissの充放電時に
ピーク値の大きな電流を流す必要から回路の簡略
化が妨げられていた。
本発明は、MOSFETの高速スイツチング性能
を損うことなく、ゲート回路から供給する電流の
ピーク値を低減させ、ゲート回路の構成を簡素化
するとともに、ゲート回路から供給する
MOSFETの駆動パワーも小さくし得る半導体の
ゲート駆動回路を提供することを目的とする。
このような目的を達成するため本発明は、電源
と、この電源間に接続される負荷とMOSFETか
らなる第1のスイツチング素子との直列回路と、
少なくとも前記負荷に並列接続された一次巻線と
前記MOSFETのゲート、ソース間に並列接続さ
れた二次巻線とを有するトランスと、前記
MOSFETのオフ信号入力にともなつて前記ゲー
ト、ソース間を短絡させる第2のスイツチング素
子と、を備えてなり、前記二次巻線はその極性
が、前記MOSFETのゲートへのオン信号入力に
ともなつて、前記MOSFETのゲート、ソース間
の浮遊容量を充電するように設定されているよう
にしたものである。
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明す
る。
第1図は、本発明による半導体のゲート駆動回
路の一実施例を示す回路図である。電源1間には
負荷2とスイツチング素子であるMOSFET3の
直列回路が接続されている。MOSFET3はその
ドレインDが負荷2側に、ソースSが接地側にそ
れぞれ接続されている。MOSFET3はそのゲー
トGに直列接続されたインバータ4および5のう
ち、インバータ5からの出力がダイオード6を介
して入力されることによりオン、オフするように
なつている。なお、前記インバータ4および5は
IC化された制御回路7である。
一方、トランス8があり、このトランス8の一
次巻線8Aは前記負荷2と並列接続され、また二
次巻線8Bの一端は接地側、他端は抵抗9を介し
てMOSFET3のゲートGにそれぞれ接続されて
いる。
また、MOSFET3のゲートGとソースSとの
間にはたとえばNPNトランジスタからなるスイ
ツチング素子9が接続され、そのコレクタは
MOSFET3のゲートGに接続され、エミツタは
接地されている。前記スイツチング素子9はその
ベースに前記インバータ4からの出力が抵抗10
を介して入力されることによりオン、オフするよ
うになつている。
このように構成した半導体のゲート駆動回路の
作用を以下説明する。
MOSFET3のゲートGおよびソースS間にお
ける等価容量を図中11とする。インバータ4の
出力がローレベルである場合、抵抗10を通した
スイツチング素子9のベース電流が遮断され、こ
の結果、スイツチング素子9はターンオフする。
これと同時に、インバータ5の出力はハイレベル
となつていることから、ダイオード6を通して
MOSFET3の等価容量11において図示の極性
に充電がなされる。等価容量11の充電にともな
い、MOSFET3がターンオンし始めると、電源
1から負荷2に電流が流れ始めるとともにトラン
ス8の一次次巻線8Aに図示黒丸の極性に電圧が
印加される。これにより、一次巻線8Aと磁気結
合している二次巻線8Bにも、図示黒丸の極性に
電圧が誘起され、二次巻線8Bから抵抗9を介し
て等価容量11に充電電流が流れる。この動作に
よつて、等価容量11は短時間で充電されること
から、MOSFET3を高速でターンされる。
次に、インバータ4の出力がハイレベルに転じ
ると、スイツチング素子9がターンオンし、等価
容量11に充電されている電荷が放電し、充電電
圧が低下する。これにともない、MOSFET3が
ターンオフし始めると、トランス8に蓄積されて
いる励磁エネルギーによつて、二次巻線8Bに図
示と逆極性の電圧を生ずるため、等価容量11は
二次巻線8Bによつても急速に放電されるため、
MOSFET3は高速でターンオフされる。
ここで、MOSFET3がターンオフするとき、
トランス8の二次巻線8Bから出力される電圧
Voとインバータ5から出力される電圧Vcについ
て考察する。VcがVoよりも大きい場合、等価容
量11を図示のように充電した後においても、イ
ンバータ5から二次巻線8Bに電流を流す。これ
を防止するためには、二次巻線8Bと直列にイン
バータ5からの電流を阻止する極性にダイオード
を設ける必要がある。しかし二次巻線8Bと直列
にダイオードを設けると、MOSFET3のターン
オフ時に、トランス8の励磁エネルギーを利用し
て、等価容量11を放電できなくなる欠点があ
る。この欠点をなくするために、VcよりもVo
大きくするようにし、インバータ5に過大な電圧
が印加されないようにダイオード6を設け、二次
巻線8Bにはダイオードを設けない構成が有利と
なる。また、VcよりもVoを大きくしておけば、
等価容量11が図示に充電され終つた後、Vo
よつてMOSFET3のゲートがバイアスされ続
け、インバータ5からは電流が流れなくなるた
め、制御回路7の損失を低減させることもでき
る。
また、MOSFET3がターンオンする際、スイ
ツチング素子9がターンオンすることから、スイ
ツチング素子9を介して二次巻線8Bが短絡する
のを防止するため、二次巻線8BとMOSFET3
のゲートG間には抵抗9が接続されている。
このようにすれば、MOSFET3のターンオン
時には、制御回路7の他に、主回路から
MOSFET3のゲート電極に二次巻線8Bによつ
て帰還がかかり、ピーク値の大きなゲート電流を
供給できる。制御回路7からはピーク値の大きな
電流を流さなくても、MOSFET3を高速でター
ンオンさせ得る効果がある。また、制御回路7の
構成を極めて簡略化できるにもかかわらず、IC
の出力で直接MOSFET3をターンオンさせ得
る。同様に、ターンオフ時には、トランス8の励
磁エネルギーによつて、MOSFET3の等価容量
を放電させることができ、ターンオフ時間も短絡
できる。また、等価容量11の充電に要するパワ
ーも、そのほとんどを主回路から得ることができ
るため、制御回路7の出力パワーも低減できる効
果もある。
第2図は本発明を一石フオワー型のDC−DCコ
ンバータに適用した場合の実施例を示す回路図で
ある。第1図と同符号のものは同部品を示してい
る。同図において、電源1間に主トランス12の
第1の入力巻線12Aを介してMOSFET3が直
列に接続されており、前記主トランス12の第1
の出力巻線12Bの出力は、ダイオード13およ
び14からなる整流回路、リアクトル15および
コンデンサ16からなるフイルタ回路を経て負荷
2に入力されているようになつている。
MOSFET3にオン入力信号が入力された際、
MOSFET3のゲートG、ソースS間における浮
遊容量11の充電は、前記主トランス12におけ
る第2の出力巻線12Cからなされるようになつ
ている。
この実施例における回路動作は、制御回路7の
インバータ5がハイレベル出力となると、
MOSFET3の等価容量11が充電され始め、
MOSFET3がターンオン動作を開始する。これ
にともなつて主トランス12の各巻線に図示黒丸
の極性に電圧が誘起され、第2の入力巻線12C
から抵抗9を介して、等価容量11を充電する電
流が流れ、MOSFET3を短時間でターンオンさ
せる。MOSFET3がターンオンすると、出力巻
線12Bから負荷2に電力の供給が行なわれる。
MOSFET3がターンオフする際は、インバー
タ4の出力がハイレベルとなり、スイツチング素
子9がターンオンされ、等価容量11に充電され
ている電荷が放電する。等価容量11の放電に際
して、MOSFET3がターンオフし始めると、主
トランス12の巻線に図示の極性と逆極性に電圧
が誘起され、この電圧によつて第2の入力巻線1
2Cから等価容量11を放電させる極性に電流が
流れる。
以上の動作によつて、制御回路7からはピーク
値の大きな電流を供給しなくても、高速度で
MOSFET3のスイツチングができ、制御回路7
の電力の低減が図れる。
DC−DCコンバータは一般にトランスが設けら
れているため、この主トランスに第2の入力巻線
12Cを設けるだけで、MOSFET3をICで直接
ドライブすることができる。
第3図は本発明をプツシユブル型コンバータに
適用した場合の実施例を示す回路図である。第2
図と同符号のものは同部品を示している。電源1
を共通にしてゲート駆動回路が2個設けられてお
り、それぞれのゲート駆動回路において、電源1
間に主トランス17の入力巻線17A,17Bを
介してMOSFET3が直列に接続され、前記主ト
ランス17の出力巻線17Cの出力はダイオード
18および19からなる整流回路、リアクトル2
0およびコンデンサ21からなるフイルタ回路を
経て負荷2に出力されるようになつている。各
MOSFET3にオン信号が入力された際、各
MOSFET3のゲートG、ソースS間における浮
遊容量11の充電は前記主トランス17における
第2の出力巻線17D,17Eからなされるよう
になつている。
MOSFET3をスイツチングさせるときの動作
は上述した各実施例と同様であるが、プツシユブ
ル型コンバータでは、次の点に考慮が必要とな
る。
一方のMOSFET3をターンオフさせる場合を
考えると、主トランス17に設けられた各巻線に
は、図示黒丸と逆の極性に電圧が誘起される。こ
のためターンオフされた前記MOSFET3の等価
容量11は、第2の出力巻線17Dによつて放電
される極性に電流が流れ、前記MOSFET3を高
速度でターンオフさせる。一方、他方の
MOSFET3に設けられている第2の出力巻線1
7Eは、このMOSFET3の等価容量11を充電
させる極性に電流を流し、前記MOSFET3をタ
ーンオンさせる危険があることである。しかし実
施例の場合、それぞれのMOSFET3のゲート、
ソース間に設けられるトランジスタ9は、
MOSFET3がオン状態であるべき期間以外は導
通状態となつているため、他方のMOSFET3の
ターンオフ時に第2の出力巻線を通して流れる主
トランスの励磁エネルギーは、ゲート、ソース間
のトランジスタ9に流れるため、等価容量を充電
してしまうことはない。
以上述べたことから明らかなように、この発明
による半導体のゲート駆動回路によれば、
MOSFETの高速スイツチング性能を損うことな
く、ゲート回路から供給する電流のピーク値を低
減させ、ゲート回路の構成を簡素化するととも
に、ゲート回路から供給するMOSFETの駆動パ
ワーを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による半導体のゲート駆動回路
の一実施例を示す回路図、第2図は本発明を一石
フオワー型のDC−DCコンバータに適用した場合
の実施例を示す回路図、第3図は本発明をプツシ
ユブル型コンバータに適用した場合の実施例を示
す回路図である。 1……電源、2……負荷、3……MOSFET、
4,5……インバータ、6……ダイオード、7…
…制御回路、8……トランス、8A……一次巻
線、8B……二次巻線、9……スイツチング素
子、11……浮遊容量。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 電源と、この電源間に接続される負荷と
    MOSFETからなる第1のスイツチング素子との
    直列回路と、少なくとも前記負荷に並列接続され
    た一次巻線と前記MOSFETのゲート、ソース間
    に並列接続された二次巻線とを有するトランス
    と、前記MOSFETのオフ信号入力にともなつて
    前記ゲート、ソース間を短絡させる第2のスイツ
    チング素子と、を備えてなり、前記二次巻線はそ
    の極性が、前記MOSFETのゲートへのオン信号
    入力にともなつて、前記MOSFETのゲート、ソ
    ース間の浮遊容量を充電するように設定されてい
    ることを特徴とする半導体のゲート駆動回路。
JP56037935A 1981-03-18 1981-03-18 Gate driving circuit for semiconductor Granted JPS57152729A (en)

Priority Applications (1)

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JP56037935A JPS57152729A (en) 1981-03-18 1981-03-18 Gate driving circuit for semiconductor

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JP56037935A JPS57152729A (en) 1981-03-18 1981-03-18 Gate driving circuit for semiconductor

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JPS57152729A JPS57152729A (en) 1982-09-21
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JPS63272222A (ja) * 1987-04-30 1988-11-09 Fanuc Ltd プリドライブ回路

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5081666A (ja) * 1973-11-21 1975-07-02

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JPS5081666A (ja) * 1973-11-21 1975-07-02

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