JPH0438164B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、自己消弧形半導体スイツチ素子の
制御電極を駆動するゲート駆動回路に関するもの
である。

〔従来の技術〕

第５図は例えば電気学会研究会資料SPC−83−
25に示された従来のゲート駆動装置の回路図であ
り、図において、１はオン・オフ指令を受信し増
巾する増巾回路、２はこの増巾回路１の出力によ
つて駆動されるトランジスタ、３，４はトランジ
スタ２のオン・オフにより制御される各々Ｎ形及
びＰ形電界効果トランジスタ、３ａはコンプリメ
ンタリバツフア回路、５，６は各々電界効果トラ
ンジスタ３，４の電極間静電容量、７は電極間静
電容量５，６に蓄積された電荷を放電するための
抵抗、８，９は各々電界効果トランジスタ３，４
のオン・オフによつて正又は負の電圧を供給する
ための直流電源、１０は電流制限用の抵抗、１１
はスピードアツプコンデンサ、１２はゲート駆動
回路、１３は１２のゲート駆動回路によつて駆動
される静電誘導トランジスタである。

次に動作について説明する。まず、第６図に示
す時刻T₁において、増巾回路１にオン指令が入
ると、トランジスタ２のベースには増巾回路１の
信号伝達時間遅れt_d1が経過後ベース電流が流れ、
トランジスタ２がオンする。トランジスタ２がオ
ンすると、電界効果トランジスタ３及び４の電極
間静電容量５，６はトランジスタ２を通して充電
され、電界効果トランジスタ３のゲート・ソヘー
ス間電圧がスレツシヨルドレベルV_TH3を越すと電
界効果トランジスタ３がオンし、静電誘導トラン
ジスタ１３のゲートを充電する。また時刻T₂に
おいてオフ指令が入るとトランジスタ２のベース
は、増巾回路１の信号伝達遅れ時間t_d2が経過後
ベース電流が減少し、蓄積時間t_d3が経過後トラ
ンジスタ２がオフする。トランジスタ２がオフす
ると、電界効果トランジスタ３及び４の電極間静
電容量５及び６の電荷は抵抗７を通して放電され
る。電界効果トランジスタ４のゲート・ソース間
電圧がスレツシヨルドレベルV_TH4を越すと電界効
果トランジスタ４がオンし、静電誘導トランジス
タ１３のゲートから電荷が抜きさられ、最終的に
は静電誘導トランジスタ１３のゲート・ソース間
は逆バイアスされる。

ところで、静電誘導トランジスタ１３は、一般
に数10KHzから数100KHz程度の高周波スイツチ
ングを行うことが多く、オン・オフ指令に対する
ゲート駆動回路の出力は速やかに変化しなければ
ならない。そのためには上記の遅れ時間t_d1，t_d2，
t_d3を短くすると共に、トランジスタ２がオン又
はオフし電界効果トランジスタ３及び４のゲー
ト・ソース間電圧がスレツシヨルドレベルまで達
するまでの時間t_d4及びt_d5を短縮し、またゲート
駆動装置のオンゲート出力からオフゲート出力へ
の変化及びその逆の動作も速やかに行わねばなら
ない。

上記の動作を速やかに行うためには、電界効果
トランジスタ３，４の、ゲート・ソース間電圧を
速やかに変化させればよい。そのためには、電界
効果トランジスタ３，４の制御電極に入力静電容
量５，６の充放電を迅速に行わねばならない。こ
の例においては、トランジスタ２を通しての充電
を速くすることができるが、トランジスタ２がオ
フした後、抵抗７を通しての放電には、電極間静
電容量５，６と抵抗７の放電時定数により決まる
放電時間が必要となり、t_d5及びオン出力からオ
フ出力への変化に要する時間が特に長くなる。

一般に電界効果トランジスタのゲート・ソース
間の入力静電容量は、そのトランジスタのチツプ
面積（電流容量）が大きくなるにつれて大きくな
るので、極端に小さなゲート・ソース間の入力静
電容量を持つ電界効果トランジスタを選定するの
は困難である。従つて、上記放電時定数を短くす
るには抵抗７の抵抗値を小さくしなければならな
い。

抵抗７での消費電力P₇はオン・オフ指令が通
流率50％で入力され、また電源８，９の電圧を
各々E₈，E₉とすると、 P₇＝１／２・（E₈＋E₉）²／Ｒ …(1) となる。またトランジスタ２の電流I₂は I₂＝１／２E₈＋E₉／Ｒ …(2) となり、抵抗７の抵抗値Ｒが小さくなると、トラ
ンジスタ２及び抵抗７の電流容量及び許容損失が
増大する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のゲート駆動回路は以上のように構成され
ていたので、ゲート駆動回路１２の入出力間の信
号伝達遅れ時間を短くしようとすれば、最終段の
電界効果トランジスタ３，４の電極間静電容量
５，６に蓄積された電荷を放電するための抵抗の
抵抗値を小さくしなければならず、この抵抗によ
る許容損失の増大、前段トランジスタの電流容量
増大に伴う大形化を招き、放熱が困難になるほ
か、電源の容量が増大するなどの問題点があつ
た。

この発明は上記のような問題点を解消するため
になされたもので、ゲート駆動回路の入出力間の
信号伝達遅れ時間を短くできると共に、損失の少
ないゲート駆動回路を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るゲート駆動装置は、最終段のコ
ンプリメンタリバツフア回路の制御電極の充放電
経路に、ダイオードとこのダイオードの電圧を検
知してコンプリメンタリバツフア回路の制御電極
からの放電電流を通過させる電界効果トランジス
タおよび第１の抵抗器から成る第１のスイツチ回
路と、第１の抵抗器に電圧が発生すると導通し第
１の抵抗器を通過する放電経路と並列な第２の抵
抗器を通過する放電経路を形成する第２のスイツ
チ回路とを備えたものである。

〔作用〕

この発明における第１のスイツチ回路は、最終
段のコンプリメンタリバツフア回路の制御電極の
充電の作用を行うダイオードが導通時はオフし、
上記ダイオードのオフ時にはこのダイオードの逆
バイアス電圧を感知してオンとして、制御電極の
放電の瞬間だけ低インピーダンスでその放電を行
う。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第１のおいて、１４はダイオードで、電界効
果トランジスタ３及び４からなるコンプリメンタ
リバツフア回路３ａの制御電極の充放電経路に接
続されている。１５はダイオード１４の電極間に
生ずる電圧を感知してオン・オフを行う電界効果
トランジスタ、１６は電界効果トランジスタ１５
のゲート・ソース電極間の静電容量、１７は電界
効果トランジスタ１５の主電極の一端とゲート駆
動装置の電源との間に接続された抵抗である。他
の構成要素１〜１３については第５図に示したも
のと同じである。

次にこの回路の動作を第１図及び第２図を用い
て説明する。時刻T₁においてオン指令が入ると
トランジスタ２のベースには増巾回路１の信号伝
達時間遅れt_d1が経過後ベース電流が流れトラン
ジスタ２がオンする。トランジスタ２がオンする
と電界効果トランジスタ３及び４の電極間静電容
量５，６はトランジスタ２及びダイオード１４を
通つて充電され、電界効果トランジスタ３は、そ
のゲート・ソース間電圧がスレツシヨルド電圧
V_TH3を起すとオンし、静電誘導トランジスタ１３
のゲートを充電する。また時刻T₂においてオフ
指令が入るとトランジスタ２は増巾回路１の信号
伝達遅れ時間t_d2が経過後ベース電流が減少し、
その後蓄積時間t_d3を経過後オフする。トランジ
スタ２がオフすると、電界効果トランジスタ３，
４の電極間静電容量５，６の電荷は放電しようと
するが、放電経路がダイオード１４によつてブロ
ツクされているため、電界効果トランジスタ１５
のゲート・ソース電極間静電容量１６（容量値は
C_X）を通り、抵抗７〔抵抗値はＲ〕を通つて放
電しようとする。電極間静電容量１６が充電さ
れ、その電圧が電界効果トランジスタ１５のスレ
ツシヨルド電圧V_TH15を越えると、このトランジ
スタ１５がオンし、電界効果トランジスタ３，４
の電極間静電容量５，６の電荷は抵抗１７を通つ
て放電する。電極間静電容量５，６の電荷が放電
し始めると電界効果トランジスタ１５は、そのソ
ース電位が減小し、ゲート・ソース間電圧が低下
する。そうなると電極間静電容量１６と抵抗７を
通して放電電流が流れ、スレツシヨルド電圧
V_TH15以上に保たれることによりオン状態を保つ。
従つて、この時の放電時定数は抵抗１７の抵抗値
R₁₇が抵抗７の抵抗値Ｒよりも充分小さい時は、
その抵抗値Ｒと、電極間コンデンサ１６の静電容
量C_Xとによつてほぼ決定される。なお、電界効
果トランジスタ１５が動作するのは、この例の場
合ゲート駆動装置の出力がオン状態からオフ状態
へ変化する瞬間だけであるから、電流容量の小さ
な電界効果トランジスタを用いることができ、従
つて電極間静電容量１６の小さい素子を選定する
ことが可能である。

その結果、トランジスタ２がオフして、ゲート
駆動回路１２のゲート出力がオン状態からオフ状
態へ変化し始めるまでの時間t_d5およびオン状態
からオフ状態へ変化する時間共に従来例よりも短
縮することが可能となる。

また、電界効果トランジスタ３，４の電極間静
電容量５，６に蓄えられた電荷の放電は電界効果
トランジスタ１５及び抵抗１７を通つて行われ、
またその軌間は、ゲート駆動装置１２の出力がオ
ン状態からオフ状態へ変化する期間だけであるた
め、電界効果トランジスタ１５及び抵抗１７の許
容損失は小さいものでよい。さらに抵抗７につい
ては、先に述べた理由によつて電極間静電容量１
６を小さく選ぶことができるため、その抵抗値Ｒ
を比較的大きな値を選んでも、オン・オフ指令に
対するゲート駆動装置の出力の変化を速くするこ
とができる。抵抗値Ｒを大きく選べば(1)式及び(2)
式から判るように、トランジスタ２及び抵抗７の
損失は小さくなる。

なお、上記実施例では抵抗１７のある場合を示
したが、この抵抗１７はなくてもよい。ただし、
その場合は電界効果トランジスタ１６での損失が
増加する。

また、上記実施例では放電経路にスイツチ回路
１８を設けたが、第３図のようにトランジスタ２
をNPN型とし、電界効果トランジスタ１５を充
電用、ダイオード１４を放電用として充電経路に
上記スイツチ回路１８を設けた場合にも、上記実
施例と同様の効果を奏する。

また、上記実施例では、電界効果トランジスタ
３，４の電極間静電容量５，６の放電を速くする
ことについて考えていたが、さらに高速なスイツ
チング特性を得るために、第４図に示すように抵
抗１７に電圧が発生すると導通する電界効果トラ
ンジスタ２０と、このトランジスタの主電極の一
端に接続され、電界効果トランジスタ１５の電極
間静電容量１６の放電経路の抵抗値を下げるため
の抵抗１９とゲート過電圧保護用の定電圧ダイオ
ード２１からなる第２のスイツチ回路２２を設け
ると、電極間静電容量１６〔静電容量はC_X〕の
充電経路の抵抗値は抵抗７と１９の並列接続され
た値となるため高速スイツチングが可能となる。

また、上記実施例では駆動する素子として静電
誘導トランジスタとして説明したが、静電誘導サ
イリスタや電界効果トランジスタ、さらには、タ
ーンオフサイリスタ等の素子であつても同様の効
果を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば最終増巾部を
構成する電界効果トランジスタよりなるコンプリ
メンタリバツフア回路の制御電極の放電経路を、
放電の瞬間だけ動作するスイツチ回路を設けるこ
とによつて低インピーダンスにするようにしたの
で、オン・オフ指令からの遅れ時間が少なく、ま
た損失の少いゲート駆動装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるゲート駆動
装置の回路図、第２図は第１図の回路各部の信号
波形図、第３図および第４図はこの発明の他の実
施例を示すゲート駆動装置の回路図、第５図は従
来のゲート駆動装置の回路図、第６図は第５図に
示す回路各部における信号波形図を示す。 ３はＮ形電界効果トランジスタ、４はＰ形電界
効果トランジスタ、３ａはコンプリメンタリバツ
フア回路、１４はダイオード、１５は電界効果ト
ランジスタ、１７は抵抗、１８はスイツチ回路、
１３は静電誘導トランジスタ、１９は抵抗、２０
は電界効果トランジスタ、２１は定電圧ダイオー
ド、２２は第２のスイツチ回路、１２はゲート駆
動装置。なお、図中、同一符号は同一又は相当部
分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ オンオフ指令に応じてオンオフするトランジ
   スタと、このトランジスタの出力側に制御電極が
   接続され、前記トランジスタのオンオフに応じて
   一方がオン状態となつて駆動対象素子にオンゲー
   ト出力またはオフゲート出力を与えるＰ型および
   Ｎ型の電界効果トランジスタからなるコンプリメ
   ンタリバツフア回路とを備えたゲート駆動装置に
   おいて、前記トランジスタの出力側と前記コンプ
   リメンタリバツフア回路の制御電極との間に接続
   され前記制御電極からの放電電流を阻止するダイ
   オードと、このダイオードのアノード側に制御電
   極が接続されこのダイオードのカソード側に一方
   の主電極が接続された電界効果トランジスタ、お
   よびこの電界効果トランジスタの他方の主電極と
   前記コンプリメンタリバツフア回路の電源との間
   に接続された第１の抵抗器から成る第１のスイツ
   チ回路と、前記第１のスイツチ回路における電界
   効果トランジスタと前記第１の抵抗器の一端との
   接続点に制御電極が接続され主電極の一方が前記
   第１の抵抗器の他端に接続された電界効果トラン
   ジスタ、およびこの電界効果トランジスタの他方
   の主電極と前記第１のスイツチ回路における電界
   効果トランジスタの制御電極との間に接続された
   第２の抵抗器から成る第２のスイツチ回路とを備
   えたことを特徴とするゲート駆動装置。