JPH0362612A - Gate driving circuit - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野］
この発明は、例えばＦＥＴからなるパワー半導体素子を
０Ｎ−ＯＦＦ動作させるゲートドライブ回路、特にその
パワー半導体素子の高速スイッチングに関するものであ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a gate drive circuit for ON-OFF operation of a power semiconductor element, such as an FET, and particularly to high-speed switching of the power semiconductor element.
［従来の技術］
第６図および第７図は従来のゲートドライブ回路を示す
図であり、これらの図において、（１）は制御回路、（
２〉はフォトカプラ、（３ａ） 、 （３ｂ）は抵抗、
（４ａ） 、 （４ｂ）は半導体スイッチング素子、（
５ａ）、（５ｂ）は電源、（６）はゲート入力を有する
例えばＦＥＴのパワー半導体素子、（１１）はパルスト
ランス駆動回路、（１２）はパルストランス、（１３）
、 （１４）はダイオードで、整流回路を構成し、パ
ルストランス（１２）の２次側の出力を整流する。（１
５）は抵抗Ｒ１である。[Prior Art] FIGS. 6 and 7 are diagrams showing conventional gate drive circuits. In these figures, (1) is a control circuit; (1) is a control circuit;
2> is a photocoupler, (3a) and (3b) are resistors,
(4a) and (4b) are semiconductor switching elements, (
5a) and (5b) are power supplies, (6) is a power semiconductor element such as FET having a gate input, (11) is a pulse transformer drive circuit, (12) is a pulse transformer, (13)
, (14) is a diode that constitutes a rectifier circuit and rectifies the output of the secondary side of the pulse transformer (12). (1
5) is a resistor R1.
次に、上記のように構成された従来のゲートドライブ回
路の動作を説明する。まず、フォトカプラ（２）を有す
る第６図のゲートドライブ回路においては、制御回路（
１）からの制御信号によりフォトカブラ（２）の人力ダ
イオードが駆動されると、そのフォトカプラ（２）の出
力部が信号を受けて、後段の回路にある抵抗（３ａ）
、 （３ｂ）と半導体スイッチング素子（４ａ） 、
（４ｂ）とにより、パワー半導体素子（８）のゲート◆
ソース間に０Ｎ−ＯＦＦの動作を与える。Next, the operation of the conventional gate drive circuit configured as described above will be explained. First, in the gate drive circuit of FIG. 6 which has a photocoupler (2), the control circuit (
When the human-powered diode of the photocoupler (2) is driven by the control signal from 1), the output part of the photocoupler (2) receives the signal and the resistor (3a) in the subsequent circuit is driven.
, (3b) and semiconductor switching element (4a),
(4b), the gate of the power semiconductor element (8)◆
Provides ON-OFF operation between sources.
第７図においては、パルストランス駆動回路（１１）で
駆動されて得られたパルストランス（１２〉の２次側の
出力は、パルストランス（１２）の２次側に接続された
ダイオード（１３）、（１４）により整流されて、パワ
ー半導体素子（６）を駆動させる。In FIG. 7, the output of the secondary side of the pulse transformer (12) obtained by driving the pulse transformer drive circuit (11) is connected to the diode (13) connected to the secondary side of the pulse transformer (12). , (14) to drive the power semiconductor element (6).
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら、第６図に示すようなゲートドライブ回路
においては、絶縁された電源と高速でコモンモード除去
電圧の大きなフォトカプラ（２）とが必要であった。さ
らに、フォトカプラ（２）の寿命は数年と短く、メンテ
ナンスフリーが要求されるような用途の回路には適さな
いという不具合があった。また、第７図に示す回路おい
ては、上述のごとくパワー半導体素子（６）を０Ｎ−Ｏ
ＦＦさせるのは可能であるが、高速でスイッチングする
時は、例えば２０ＫＨｚ程度の０Ｎ−ＯＦＦ信号の場合
、ＯＮ時間およびＯＦＦ時間をそれぞれ短くしなければ
ならない。ゲート入力を有するＦＥＴ等のパワー半導体
素子（６）では、人力静電容量（破線で示すＣＩ）がか
なり大きく、この回路の場合、ＯＦＦ時間が抵抗Ｒ１（
１５）及びその人力静電容量Ｃ１の時定数によって決ま
るため、高速でＯＦＦできないという問題点があった。[Problems to be Solved by the Invention] However, the gate drive circuit as shown in FIG. 6 requires an insulated power source and a photocoupler (2) that is fast and has a large common mode rejection voltage. Furthermore, the photocoupler (2) has a short lifespan of several years, making it unsuitable for circuits that require maintenance-free operation. Further, in the circuit shown in FIG. 7, the power semiconductor element (6) is set to 0N-O as described above.
It is possible to turn it off, but when switching at high speed, for example, in the case of an ON-OFF signal of about 20 KHz, the ON time and OFF time must be shortened. In a power semiconductor device (6) such as a FET that has a gate input, the human capacitance (CI shown by a broken line) is quite large, and in the case of this circuit, the OFF time is determined by the resistance R1 (
15) and the time constant of the human electrostatic capacitance C1, there was a problem that it could not be turned off at high speed.
この発明は、かかる課題を解決するためになされたもの
で、パワー半導体素子のゲート・ソース間に大きな入力
静電容量が発生しても、そのパワー半導体素子を高速で
０Ｎ−ＯＦＦでき、かつノイズに強いゲートドライブ回
路を得ることを目的とする。This invention was made in order to solve such problems, and even if a large input capacitance occurs between the gate and source of a power semiconductor element, the power semiconductor element can be turned ON and OFF at high speed, and the power semiconductor element can be turned on and off at high speed. The purpose is to obtain a strong gate drive circuit.
［課題を解決するための手段］
この発明に係るゲートドライブ回路は、パワ半導体素子
のゲートにコレクタが接続され、また、該パワー半導体
素子のソースにエミッタが接続され、更に、コレクタ・
ベース間に抵抗が接続されると共に、該接続点が整流回
路の出力の負電位側に接続されているトランジスタと、
前記整流回路の出力の負電位側と前記トランジスタのベ
ースの接続点にカソードが接続され、前記トランジスタ
のエミッタにアノードが接続されているダイオードとを
備えたものである。[Means for Solving the Problems] A gate drive circuit according to the present invention has a collector connected to the gate of a power semiconductor element, an emitter connected to the source of the power semiconductor element, and a collector and an emitter connected to the source of the power semiconductor element.
A transistor having a resistor connected between the bases and the connection point being connected to the negative potential side of the output of the rectifier circuit;
The diode includes a cathode connected to a connection point between the negative potential side of the output of the rectifier circuit and the base of the transistor, and an anode connected to the emitter of the transistor.
［作用］
この発明においては、パルストランスの２次側に接続さ
れたトランジスタとダイオードが、パワー半導体素子の
ゲート・ソース間に生じる電荷を素早く放電させて、パ
ワー半導体素子のＯＦＦ時間を短くするとともに、パル
ストランス駆動回路からの信号がない時、電圧ノイズが
パワー半導体素子のゲートに発生すると、そのトランジ
スタはバイパス回路となりノイズを抑制する。[Function] In this invention, the transistor and the diode connected to the secondary side of the pulse transformer quickly discharge the electric charge generated between the gate and source of the power semiconductor element, shorten the OFF time of the power semiconductor element, and When voltage noise is generated at the gate of the power semiconductor element when there is no signal from the pulse transformer drive circuit, the transistor acts as a bypass circuit and suppresses the noise.
［発明の実施例］
第１図はこの発明の一実施例を示す回路図、第２図は第
１図に示すパルストランス駆動回路のブロック図、第３
図及び第４図は等価回路図、第５図はこの発明の他の実
施例を示す回路図である。[Embodiment of the Invention] FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the invention, FIG. 2 is a block diagram of the pulse transformer drive circuit shown in FIG. 1, and FIG.
4 and 4 are equivalent circuit diagrams, and FIG. 5 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention.
なお、第６図及び第７図で説明した従来例と同−又は相
当部分には同じ符号を付し、説明を省略する。Note that the same or equivalent parts as those of the conventional example explained in FIGS. 6 and 7 are given the same reference numerals, and the explanation will be omitted.
これらの図において、（２１）はトランジスタの半導体
スイッチング素子で、このスイッチング素子のコレクタ
は、パルストランス（１２）の２次側のタップに接続さ
れているダイオード（１３）のカソードに接続されると
共に、パワー半導体素子（６）のゲートに接続され、ま
た、エミッタは、ダイオード（２３）のアノードに接続
されると共に、パワー半導体素子（６）のソースに接続
されている。更に、コレクタ・ベース間に抵抗Ｒ１（２
２ａ）が接続され、その接続点がパルストランス（１２
）の中間タップに接続されている。上述したダイオード
（２３）のカソードは、トランジスタ（２Ｉ）のベース
に接続されている。（２２ｂ）は半導体スイッチング素
子（２１）のコレクタ・エミッタ間に接続されている抵
抗Ｒ２である。In these figures, (21) is a semiconductor switching element of a transistor, and the collector of this switching element is connected to the cathode of a diode (13) which is connected to the tap on the secondary side of the pulse transformer (12). , is connected to the gate of the power semiconductor element (6), and its emitter is connected to the anode of the diode (23) and to the source of the power semiconductor element (6). Furthermore, a resistor R1 (2
2a) is connected, and the connection point is a pulse transformer (12
) is connected to the intermediate tap. The cathode of the diode (23) mentioned above is connected to the base of the transistor (2I). (22b) is a resistor R2 connected between the collector and emitter of the semiconductor switching element (21).
なお、上述した半導体スイッチング素子（２１〉とダイ
オード（２３）は、パワー半導体素子（６）のゲ−トが
ＯＮ動作したとき、そのパワー半導体素子（６）のゲー
ト・ソース間に充電される電荷を放電させるために設け
られている。また、パルストランス（１２）の２次側の
タップに接続されているダイオード（１３）、 （１４
）により整流回路が構成されている。Note that the semiconductor switching element (21) and the diode (23) described above are charged with electric charge between the gate and source of the power semiconductor element (6) when the gate of the power semiconductor element (6) is turned on. The diodes (13) and (14) connected to the tap on the secondary side of the pulse transformer (12)
) constitutes a rectifier circuit.
（Ｉｌａ）はパワー半導体素子（６）をスイッチング制
御するゲート制御信号を送出する制御回路、（Ｉｌｂ）
は高周波パルス（５ＭＨｚ程度）を発生する発振回路、
（ｌｉｅ）はインバータ素子、（ｌｉｄ）。(Ila) is a control circuit that sends out a gate control signal to control switching of the power semiconductor element (6); (Ilb);
is an oscillation circuit that generates high-frequency pulses (about 5MHz),
(lie) is an inverter element, (lid).
（ｌｉｅ）はＮＡＮＤゲート、（１１ｆ’） 、 （１
１ｇ）はドライブ用インバータ素子である。これらの部
材によりパルストランス駆動回路（１１〉が構成され、
ＮＡＮＤゲート（ｌｉｄ）、（ｌｉｅ）で人力信号を制
御し、パルストランス（１２）に加わる高周波電力を０
Ｎ−ＯＦＦできる。そして、パルストランス（１２〉の
二次側は、ダイオード（１３）、 （１４）でなる整流
回路で出力を整流し、直流的なドライブ信号を得ている
。上記ゲート制御信号とドライブ信号は、パルストラン
ス（１２）で高周波絶縁されている。(lie) is a NAND gate, (11f'), (1
1g) is a drive inverter element. These members constitute a pulse transformer drive circuit (11),
Control the human power signal with NAND gates (lid) and (lie) to reduce the high frequency power applied to the pulse transformer (12) to 0.
Can be turned off. The secondary side of the pulse transformer (12) rectifies the output with a rectifier circuit consisting of diodes (13) and (14) to obtain a DC drive signal.The gate control signal and drive signal are as follows: High frequency insulation is provided by a pulse transformer (12).
次に、動作を第３図及び第４図に基いて説明する。第３
図はドライブ信号の出ている時の等価回路であり、また
、第４図はドライブ信号が出ていない時の等価回路であ
る。ドライブ信号が出ている時は、ダイオード（２３）
が導通し、半導体スイッチング素子（２１〉は逆バイア
スされるのでＯＦＦとなり、半導体スイッチング素子（
２１）のコレクタ・エミッタ間は高インピーダンスとな
り、等価回路に示す順バイアスＥの電位が、上記パワー
半導体素子（６〉のソース・ゲート間にかかって、同素
子（６）をＯＮ（導通）させる。Next, the operation will be explained based on FIGS. 3 and 4. Third
The figure shows an equivalent circuit when a drive signal is output, and FIG. 4 shows an equivalent circuit when a drive signal is not output. When the drive signal is output, the diode (23)
conducts, and the semiconductor switching element (21> is reverse biased, so it turns OFF, and the semiconductor switching element (21)
The impedance between the collector and emitter of 21) becomes high, and the potential of forward bias E shown in the equivalent circuit is applied between the source and gate of the power semiconductor element (6>), turning the element (6) ON (conducting). .
次に、ドライブ信号が出ていない時は、半導体スイッチ
ング素子（２１）には順バイアスがかかり、電流ｉ３が
流れてその半導体スイッチング素子（２１）をＯＮ（導
通）する。この時、半導体スイッチング素子（２１）の
等価抵抗ｒは
ｒ−Ｒ１／ｈｆｅ
（ｈｆｅ：）ランジスタの電流増幅率）となり、かなり
小さな値となる。例えばＲ１−２にΩ、ｈｆｅ−２００
とすると、半導体スイッチング素子（２１）の等価抵抗
ｒは１０Ωとなる。したがって、上記パワー半導体素子
（６）のソース・ゲート間に充電されている電荷は、第
４図に示す電流ｉ４として放電される。また、例えばゲ
ートに電圧ノイズが発生すると、同様に抵抗Ｒ１（２２
ａ）に電流ｉ３が流れるので、半導体スイッチング素子
（２１）はＯＮＬ、上記に示したように低インピーダン
スとなるので、ノイズを抑制することができる。Next, when the drive signal is not output, a forward bias is applied to the semiconductor switching element (21), and a current i3 flows to turn on (conduct) the semiconductor switching element (21). At this time, the equivalent resistance r of the semiconductor switching element (21) becomes r-R1/hfe (hfe: current amplification factor of the transistor), which is a fairly small value. For example, R1-2 is Ω, hfe-200
Then, the equivalent resistance r of the semiconductor switching element (21) is 10Ω. Therefore, the charge stored between the source and gate of the power semiconductor element (6) is discharged as a current i4 shown in FIG. 4. For example, if voltage noise occurs at the gate, the resistor R1 (22
Since the current i3 flows through a), the semiconductor switching element (21) becomes ONL and has a low impedance as shown above, so that noise can be suppressed.
上記実施例では、パルストランス駆動回路（１１）は回
路の一例であり、パルストランス（１２）に加わる高周
波電力を０Ｎ−ＯＦ Ｆできる回路であればよい。また
、第２図に示すドライブ用インバータ素子（１１ｆ’）
、 （１１ｇ）をインバータ素子で示したが、ＩＣの
出力段がトーテム・ボール接続になっているものなら何
でもよい。更に、第１図ではキャリア周波数（スイッチ
ング周波数）を高周波数、例えば５ ＭＨｚ程度である
として説明したが、それ以下のキャリア周波数でもよく
、この場合、ダイオード（２３）にコンデンサを並列に
付加すればよい。In the above embodiment, the pulse transformer drive circuit (11) is an example of a circuit, and any circuit may be used as long as it can turn on and off the high frequency power applied to the pulse transformer (12). In addition, the drive inverter element (11f') shown in FIG.
, (11g) is shown using an inverter element, but any IC can be used as long as the output stage of the IC has a totem ball connection. Furthermore, in Fig. 1, the carrier frequency (switching frequency) is explained as being a high frequency, for example, about 5 MHz, but it may be a lower carrier frequency.In this case, if a capacitor is added in parallel to the diode (23), good.
このコンデンサの容量は、キャリア周波数によって選定
される。The capacitance of this capacitor is selected depending on the carrier frequency.
第５図に示す他の実施例は、パルストランス（２４）の
２次側に４個のダイオード（２５ａ） 〜（２５ｄ）が
ブリッジ形に接続されて整流回路が構成され、この整流
回路の後段は第１図に示した回路と同一である。このた
め、上記実施例と同様の動作をして同じ効果を奏する。In another embodiment shown in FIG. 5, four diodes (25a) to (25d) are connected in a bridge configuration on the secondary side of a pulse transformer (24) to form a rectifier circuit, and the subsequent stage of this rectifier circuit is is the same as the circuit shown in FIG. Therefore, it operates in the same way as the embodiment described above and produces the same effects.
また、パルストランス（２４）に中間タップを設ける必
要がないのでパルストランスの低コスト化が図れる。Furthermore, since there is no need to provide an intermediate tap in the pulse transformer (24), the cost of the pulse transformer can be reduced.
なお、スイッチングされるパワー半導体素子（６〉はＦ
ＥＴの他に、ＩＧＢＴ又はＢ１−ＭＯＳを用いてもよく
、ゲート入力を有する素子であればよい。Note that the power semiconductor element to be switched (6> is F
In addition to the ET, an IGBT or a B1-MOS may be used, and any element having a gate input may be used.
［発明の効果コ
以上のようにこの発明によれば、パルストランスの２次
側に半導体スイッチング素子、抵抗およびダイオードを
付加してパワー半導体素子のゲート・ソース間の電荷を
放電させるようにしたので、０Ｎ−ＯＦＦ動作時のＯＦ
Ｆ時間が短くなってパワー半導体素子の高速スイッチン
グが可能となり、また、パワー半導体素子のゲートに電
圧ノイズが発生したとき、その半導体スイッチング素子
はバイパス回路となってそのノイズを抑制するという効
果が得られている。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a semiconductor switching element, a resistor, and a diode are added to the secondary side of the pulse transformer to discharge the charge between the gate and source of the power semiconductor element. , OFF during 0N-OFF operation
The F time is shortened, enabling high-speed switching of the power semiconductor element, and when voltage noise occurs at the gate of the power semiconductor element, the semiconductor switching element acts as a bypass circuit to suppress the noise. It is being
第１図はこの発明の一実施例を示す回路図、第２図は第
１図に示すパルストランス駆動回路のブロック図、第３
図及び第４図は等価回路図、第５図はこの発明の他の実
施例を示す回路図、第６図および第７図は従来のゲート
ドライブ回路を示す図である。
図において、（Ｂ〉はパワー半導体素子、（１１）はパ
ルストランス駆動回路、（１２）、 （２４）はパルス
トランス、（１３）、 （１４）はダイオード、（２１
）は半導体スイッチング素子、（２２ａ）は抵抗Ｒ１、
（２２ｂ）は抵抗Ｒ２、（２３）はダイオード、（２５
ａ） 〜（２５ｄ）はダイオードである。
なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of the pulse transformer drive circuit shown in FIG. 1, and FIG.
5 and 4 are equivalent circuit diagrams, FIG. 5 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention, and FIGS. 6 and 7 are diagrams showing conventional gate drive circuits. In the figure, (B>) is a power semiconductor element, (11) is a pulse transformer drive circuit, (12) and (24) are pulse transformers, (13) and (14) are diodes, and (21) is a pulse transformer.
) is a semiconductor switching element, (22a) is a resistor R1,
(22b) is the resistor R2, (23) is the diode, (25
a) to (25d) are diodes. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts.
Claims (1)
ストランスの２次側の出力を、整流回路で整流してパワ
ー半導体素子を駆動するゲートドライブ回路において、 前記パワー半導体素子のゲートにコレクタが接続され、
また、該パワー半導体素子のソースにエミッタが接続さ
れ、更に、コレクタ・ベース間に抵抗が接続されると共
に、該接続点が前記整流回路の出力の負電位側に接続さ
れているトランジスタと、 前記整流回路の出力の負電位側と前記トランジスタのベ
ースの接続点にカソードが接続され、前記トランジスタ
のエミッタにアノードが接続されているダイオードとを
備えたことを特徴とする前記ゲートドライブ回路。[Scope of Claims] In a gate drive circuit that drives a power semiconductor element by rectifying the secondary side output of a pulse transformer obtained by driving by a pulse transformer drive circuit with a rectifier circuit, the gate of the power semiconductor element is The collector is connected to
Further, a transistor having an emitter connected to the source of the power semiconductor element, further having a resistor connected between the collector and the base, and having the connection point connected to the negative potential side of the output of the rectifier circuit; The gate drive circuit characterized in that the gate drive circuit comprises a diode having a cathode connected to a connection point between the negative potential side of the output of the rectifier circuit and the base of the transistor, and an anode connected to the emitter of the transistor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1196800A JPH0362612A (en) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | Gate driving circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1196800A JPH0362612A (en) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | Gate driving circuit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0362612A true JPH0362612A (en) | 1991-03-18 |
Family
ID=16363860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1196800A Pending JPH0362612A (en) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | Gate driving circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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