JPH0678526A - Gate driver circuit - Google Patents

Gate driver circuit

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Publication number
JPH0678526A
JPH0678526A JP4228742A JP22874292A JPH0678526A JP H0678526 A JPH0678526 A JP H0678526A JP 4228742 A JP4228742 A JP 4228742A JP 22874292 A JP22874292 A JP 22874292A JP H0678526 A JPH0678526 A JP H0678526A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
gate
output
pulse transformer
voltage
Prior art date
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Pending
Application number
JP4228742A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Hara
憲二 原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Yaskawa Electric Corp filed Critical Yaskawa Electric Corp
Priority to JP4228742A priority Critical patent/JPH0678526A/en
Publication of JPH0678526A publication Critical patent/JPH0678526A/en
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Abstract

PURPOSE:To increase the speed of the switching operation of a switching element further. CONSTITUTION:An ON-OFF signal source 1 outputs an ON-OFF signal V1 driving a power MOSFET 13. A high-frequency signal source 2 outputs a high- frequency signal V2 having frequency sufficiently higher than the ON-OFF signal V1. An exclusive OR gate 3 overlaps the high-frequency signal V2 to the ON-OFF signal V1, and outputs an output signal V3 to the primary side of a pulse transformer 5. A resistor 8 and a capacitor 9 eliminate a high-frequency signal component from output signals Va, Vb on the secondary side of the pulse transformer 5. An inverter 10 outputs the inverting signals of outputs from the resistor 8 and the capacitor 9 to the gate of the power MOSFET 13. An inverter 11 outputs the non-inverting signals of outputs from the resistor 8 and the capacitor 9 to the source of the power MOSFET 13. Diodes 61, 62 and capacitors 71, 72 rectify the output signals Va, Vb of the pulse transformer 5, and supply the inverters 10, 11 with the output signals as power supplies.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、全ディジタルACサー
ボドライブやPWMインバータ等に用いられる、パワー
MOSFETまたはIGBT(Insulated G
ate Bipolar Transistor)等の
スイッチング素子を駆動するゲートドライブ回路に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power MOSFET or an IGBT (Insulated G) used for an all-digital AC servo drive, a PWM inverter or the like.
The present invention relates to a gate drive circuit that drives a switching element such as an ATE Bipolar Transistor).

【0002】[0002]

【従来の技術】図5はゲートドライブ回路の従来例を示
す回路図である。パルストランス43は、パワーMOS
FET41を駆動しようとする1次側のオンオフ信号の
パルス電圧により、その立上り、立下りに応じて正のパ
ルス電圧、負のパルス電圧を2次側に発生する。ダイオ
ード46,49はパルストランス43の2次側に正のパ
ルス電圧が発生したときだけ導通して、駆動対象のスイ
ッチング素子であるパワーMOSFET41のゲート・
ソース間に正の電圧を印加して、これをオンする。エン
ハンスメント型MOSFET42はパルストランス43
の2次側に負の電圧が発生したときに導通状態となり、
パワーMOSFET41のゲートをソースに接続する。
ダイオード48はMOSFET42の導通状態を保持す
る。電流形のスイッチング素子であるNPNトランジス
タ44およびそのベース抵抗45はパルストランス43
の2次側に正のパルス電圧が生じたとき、MOSFET
42の導通状態を非導通状態に変更する。
2. Description of the Related Art FIG. 5 is a circuit diagram showing a conventional example of a gate drive circuit. The pulse transformer 43 is a power MOS
The pulse voltage of the on / off signal on the primary side that drives the FET 41 generates a positive pulse voltage and a negative pulse voltage on the secondary side according to the rising and falling of the ON / OFF signal. The diodes 46 and 49 conduct only when a positive pulse voltage is generated on the secondary side of the pulse transformer 43, and the gate of the power MOSFET 41 that is the switching element to be driven is driven.
A positive voltage is applied between the sources to turn it on. The enhancement type MOSFET 42 is a pulse transformer 43.
When a negative voltage is generated on the secondary side of the
The gate of the power MOSFET 41 is connected to the source.
The diode 48 holds the conduction state of the MOSFET 42. The NPN transistor 44, which is a current type switching element, and its base resistance 45 are pulse transformers 43.
When a positive pulse voltage is generated on the secondary side of the MOSFET,
The conducting state of 42 is changed to the non-conducting state.

【0003】オンオフ信号のオフ→オンに対応してパル
ストランス43の2次側に正のパルス電圧が発生する
と、抵抗45を通して正バイアスされたトランジスタ4
4がオンし、MOSFET42のゲートを接地し、MO
SFET42のゲート電荷を放電し、MOSFET42
はオフする。次にダイオード46がオンし、ダイオード
46→パワーMOSFET41のゲート・ソース間→ダ
イオード49の順でパワーMOSFET41の等価ゲー
ト入力容量の充電電流が流れる。この等価ゲート入力容
量が充電されるにしたがってパワーMOSFET41の
ゲート・ソース電圧が上昇し、ゲート・ソースしきい値
電圧を越えると、パワーMOSFET41はオンする。
次に、オンオフ信号のオン→オフに対応してパルストラ
ンス43の2次側に負のパルス電圧が発生すると、ダイ
オード47,48が導通し、MOSFET42の等価ゲ
ート入力容量を充電する。MOSFET42のゲート電
圧がゲート・ソースしきい値電圧を越えるとMOSFE
T42はオンし、パワーMOSFET41のゲートを接
地し、パワーMOSFET41の等価ゲート入力容量の
電荷を放電する。パワーMOSFET41のゲート電圧
がしきい値電圧以下になると、パワーMOSFET41
はオフする。このようなパルストランスを用いたゲート
ドライブ回路は、フォトカプラを用いたものに比して2
次側の電源回路が不要になるので、部品の占有面積が小
さく、パタン設計の自由度が高い(特開昭61−242
416号公報、特開昭62−21322号公報参照)。
When a positive pulse voltage is generated on the secondary side of the pulse transformer 43 in response to turning on / off of the on / off signal, the transistor 4 is positively biased through the resistor 45.
4 turns on, the gate of MOSFET 42 is grounded, and MO
The gate charge of the SFET42 is discharged, and the MOSFET42
Turn off. Next, the diode 46 is turned on, and the charging current of the equivalent gate input capacitance of the power MOSFET 41 flows in the order of diode 46 → gate / source of the power MOSFET 41 → diode 49. As the equivalent gate input capacitance is charged, the gate-source voltage of the power MOSFET 41 rises, and when it exceeds the gate-source threshold voltage, the power MOSFET 41 turns on.
Next, when a negative pulse voltage is generated on the secondary side of the pulse transformer 43 in response to turning on / off of the on / off signal, the diodes 47 and 48 become conductive and the equivalent gate input capacitance of the MOSFET 42 is charged. When the gate voltage of the MOSFET 42 exceeds the gate-source threshold voltage, the MOSFET
T42 is turned on, the gate of the power MOSFET 41 is grounded, and the charge of the equivalent gate input capacitance of the power MOSFET 41 is discharged. When the gate voltage of the power MOSFET 41 becomes lower than the threshold voltage, the power MOSFET 41
Turn off. A gate drive circuit using such a pulse transformer has two circuits compared to one using a photo coupler.
Since the power supply circuit on the secondary side is unnecessary, the area occupied by parts is small and the degree of freedom in pattern design is high (Japanese Patent Laid-Open No. 61-242).
416, and JP-A-62-21322).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のゲート
ドライブ回路は、パワーMOSFETをオフするときに
パワーMOSFETのゲートを他のMOSFETで接地
してゲート・ソース電圧を零にするようになっている。
しかし、パワーMOSFETやIGBT等のスイッチン
グ素子のゲートには通常数千pFの容量があるために、
このゲートをMOSFETで接地するだけではゲート・
ソース間電圧を−(マイナス)にすることができず、ス
イッチング素子の立下りをあまり高速にすることはでき
ない。すなわちスイッチング動作の高速化を図ることが
困難である。本発明の目的は、スイッチング素子のスイ
ッチング動作をより高速にすることができるゲートドラ
イブ回路を提供することにある。
In the conventional gate drive circuit described above, when the power MOSFET is turned off, the gate of the power MOSFET is grounded by another MOSFET so that the gate-source voltage becomes zero. .
However, since the gate of a switching element such as a power MOSFET or IGBT usually has a capacitance of several thousand pF,
If you just ground this gate with a MOSFET,
The source-to-source voltage cannot be made negative (-), and the fall of the switching element cannot be made too fast. That is, it is difficult to speed up the switching operation. An object of the present invention is to provide a gate drive circuit that can speed up the switching operation of a switching element.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明のゲートドライブ
回路は、1次側に入力信号としてオンオフ信号を用いる
パルストランスを有し、前記パルストランスの2次側の
出力信号をスイッチング素子へ出力して前記スイッチン
グ素子を駆動するゲートドライブ回路において、前記パ
ルストランスの2次側の出力信号を入力し、前記スイッ
チング素子のソースへ反転信号または非反転信号として
出力する第1のSEPP回路と、前記パルストランスの
2次側の出力信号を入力し、前記スイッチング素子のゲ
ートへ非反転信号または反転信号として出力する第2の
SEPP回路とを有することを特徴とする。本発明のゲ
ートドライブ回路は、前記パルストランスの2次側に接
続され、第1および第2のSEPP回路に電源を供給す
る整流回路を有することができる。このゲートドライブ
回路では、前記オンオフ信号に該オンオフ信号より十分
高い周波数の高周波信号が重畳された信号を前記パルス
トランスの入力信号として用い、前記パルストランスの
2次側には前記高周波信号成分を除去するフィルタが設
けられていることが好ましい。
A gate drive circuit of the present invention has a pulse transformer using an ON / OFF signal as an input signal on the primary side, and outputs an output signal on the secondary side of the pulse transformer to a switching element. A gate drive circuit for driving the switching element by a second SEPP circuit for inputting an output signal on the secondary side of the pulse transformer and outputting it as an inverted signal or a non-inverted signal to the source of the switching element; A second SEPP circuit for inputting the output signal of the secondary side of the transformer and outputting it to the gate of the switching element as a non-inverted signal or an inverted signal. The gate drive circuit of the present invention may include a rectifier circuit connected to the secondary side of the pulse transformer and supplying power to the first and second SEPP circuits. In this gate drive circuit, a signal in which a high frequency signal having a frequency sufficiently higher than the on / off signal is superimposed on the on / off signal is used as an input signal of the pulse transformer, and the high frequency signal component is removed on the secondary side of the pulse transformer. It is preferable that a filter that does this be provided.

【0006】[0006]

【作用】互いに逆位相の信号を出力する2個のSEPP
(Single EndedPush−Pull)回路
の出力端間に負荷が接続されたものは、BTL(Bal
anced TransformerLess)回路と
呼ばれ、プラス、マイナスの両電圧をこの負荷に加える
ことができる。本発明は、このBTL回路によって負荷
であるスイッチング素子のゲートおよびソースにプラ
ス、マイナスの電圧を加えてスイッチング素子をオンオ
フさせるもので、特にゲート・ソース電圧のプラスから
マイナスへの立下りのときにスイッチング素子のゲート
の容量に蓄えられた電荷を高速に放電することができ
る。整流回路でBTL回路に電源を供給するものでは、
BTL回路用の電源を特に用意する必要がない。オンオ
フ信号に前記高周波信号を重畳するものでは、オンオフ
信号のロウレベル状態またはハイレベル状態が長く続い
ても、パルストランスの2次側の出力信号が安定的に出
力される。
Operation: Two SEPPs that output signals in opposite phases
In the case where a load is connected between the output terminals of the (Single Ended Push-Pull) circuit, the BTL (Bal
It is called an ancested Transformer Less) circuit and both positive and negative voltages can be applied to this load. The present invention applies positive and negative voltages to the gate and source of the switching element, which is a load, to turn the switching element on and off by the BTL circuit, and particularly when the gate-source voltage falls from positive to negative. The charge stored in the capacitance of the gate of the switching element can be discharged at high speed. With a rectifier circuit that supplies power to the BTL circuit,
It is not necessary to prepare a power source for the BTL circuit. When the high frequency signal is superimposed on the on / off signal, the output signal on the secondary side of the pulse transformer is stably output even if the low level state or the high level state of the on / off signal continues for a long time.

【0007】[0007]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は本発明のゲートドライブ回路の第1
の実施例を示す回路図、図2(a)〜(d)は本実施例
の主要な部位における波形図である。オンオフ信号源1
は、パワーMOSFET13を駆動するための約20k
Hzのオンオフ信号V1 を出力するもので、公知のもの
が使用できる。オンオフ信号源1の出力端はエクスクル
ーシブオアゲート3の一方の入力端に接続されている。
高周波信号源2はオンオフ信号より十分高い周波数の高
周波信号V2 を出力するものである。ここで、「十分高
い周波数」とは、後述するフィルタによりそのフィルタ
以後の部位が誤動作しない程度までその周波数の信号成
分が除去されるような周波数をいい、通常、100〜5
00kHz程度が好ましく、本実施例では約200kH
zとする。高周波信号源2の出力端はエクスクルーシブ
オアゲート3の他方の入力端に接続されている。エクス
クルーシブオアゲート3は2つの信号を重畳した出力信
号V3 を出力する重畳回路として動作する。エクスクル
ーシブオアゲート3の出力端はラインドライバ4の入力
端に接続されている。ラインドライバ4の反転および非
反転の各信号の出力端はそれぞれパルストランス5の1
次側に接続されている。パルストランス5の2次側の一
方の端は、パルストランス5の出力を半波整流して正の
半波整流出力を出力するダイオード61 のアノードと、
パルストランス5の出力を半波整流して負の半波整流出
力を出力するダイオード62 のカソードとに接続されて
いる。パルストランスの2次側の他方の端は、コンデン
サ71 ,72 および抵抗8の各一端に接続されている。
パルストランス5は、ラインドライバ4の反転出力の立
上りのときに2次側の一方の出力電圧Va に対して他方
の出力電圧Vb が立上るように構成されている。コンデ
ンサ71 の他端は、ダイオード61 のカソードと、イン
バータ10,11を内蔵する図示しないCMOSICの
電源端子とに接続されている。コンデンサ72 の他端
は、ダイオード62 のアノードと、インバータ10,1
1を内蔵する図示しないCMOSICのアース端子と、
コンデンサ9の一端とに接続されている。抵抗8の他端
は、コンデンサ9の他端と、インバータ10の入力端と
に接続されている。抵抗8およびコンデンサ9はパルス
トランス5の2次側の出力信号から高周波信号成分を除
去するフィルタとして動作する。インバータ10の出力
端は、インバータ11の入力端と、スイッチング素子で
あるパワーMOSFET13(IGBTでもよい)のソ
ースに接続されている。インバータ11の出力端は、パ
ワーMOSFET13のゲートに接続されているととも
に、抵抗12を介してパワーMOSFET13のソース
に接続されている。抵抗12は、ゲートドライブ回路が
全く動作していないとき、すなわちオンオフ信号V1
無信号のときにパワーMOSFET13がオンになるの
を防止するためのものである。インバータ10,11
は、入力部がシュミットトリガ回路、出力部がSEPP
回路となっており、これら2個のSEPP回路によりB
TL(フルブリッジ)回路が構成されている。インバー
タ10,11としては消費電力が少ないCMOSICが
好ましいが、出力段がSEPP回路になっている、すな
わちBTL回路を構成できるものならどのようなもので
もよい。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first gate drive circuit of the present invention.
2 (a) to 2 (d) are waveform diagrams in the main part of this embodiment. On-off signal source 1
Is about 20k for driving the power MOSFET 13.
A well-known signal can be used for outputting the on / off signal V 1 of Hz. The output terminal of the on / off signal source 1 is connected to one input terminal of the exclusive OR gate 3.
The high frequency signal source 2 outputs a high frequency signal V 2 having a frequency sufficiently higher than the ON / OFF signal. Here, the “sufficiently high frequency” means a frequency at which a signal component of the frequency is removed by a filter described later to such an extent that a portion after the filter does not malfunction, and is usually 100 to 5
About 00 kHz is preferable, and about 200 kHz in this embodiment.
z. The output terminal of the high frequency signal source 2 is connected to the other input terminal of the exclusive OR gate 3. The exclusive OR gate 3 operates as a superposition circuit that outputs an output signal V 3 that superimposes two signals. The output terminal of the exclusive OR gate 3 is connected to the input terminal of the line driver 4. The output ends of the inverted and non-inverted signals of the line driver 4 are respectively 1 of the pulse transformer 5.
It is connected to the secondary side. One end of the secondary side of the pulse transformer 5 is an anode of a diode 6 1 that half-wave rectifies the output of the pulse transformer 5 and outputs a positive half-wave rectified output,
The output of the pulse transformer 5 by half-wave rectification are connected to the cathode of the diode 6 2 which outputs the negative half-wave rectified output. The other end on the secondary side of the pulse transformer is connected to each end of the capacitors 7 1 and 7 2 and the resistor 8.
The pulse transformer 5 is configured such that when the inverted output of the line driver 4 rises, one output voltage V a on the secondary side rises and the other output voltage V b rises. The other end of the capacitor 7 1 is connected to the cathode of the diode 6 1 and the power supply terminal of a CMOS IC (not shown) incorporating the inverters 10 and 11. The other end of the capacitor 7 2 is connected to the anode of the diode 6 2 and the inverters 10 and 1
A ground terminal of a CMOS IC (not shown) which incorporates 1;
It is connected to one end of the capacitor 9. The other end of the resistor 8 is connected to the other end of the capacitor 9 and the input end of the inverter 10. The resistor 8 and the capacitor 9 operate as a filter that removes high frequency signal components from the output signal on the secondary side of the pulse transformer 5. The output end of the inverter 10 is connected to the input end of the inverter 11 and the source of the power MOSFET 13 (which may be an IGBT) which is a switching element. The output terminal of the inverter 11 is connected to the gate of the power MOSFET 13 and also connected to the source of the power MOSFET 13 via the resistor 12. The resistor 12 is for preventing the power MOSFET 13 from turning on when the gate drive circuit is not operating at all, that is, when the on / off signal V 1 is no signal. Inverters 10, 11
Has a Schmitt trigger circuit at the input and SEPP at the output.
Circuit, and these two SEPP circuits make B
A TL (full bridge) circuit is configured. As the inverters 10 and 11, CMOSICs that consume less power are preferable, but any one can be used as long as the output stage is a SEPP circuit, that is, a BTL circuit can be configured.

【0008】次に、本実施例の動作について説明する。
オンオフ信号源1から20kHzのオンオフ信号V1
出力され、高周波信号源2から200kHzの高周波信
号V 2 が出力されると、エクスクルーシブオアゲート3
によりこれら2つの信号V1,V2 のエクスクルーシブ
オアがとられ、図2(a)に示す出力信号V3 がエクス
クルーシブオアゲート3から出力される。ここで、図2
(b)に示すように、オンオフ信号V1 がハイレベルの
ときは出力信号V3 のデューティ比は90%となり、オ
ンオフ信号V1 がロウレベルのときは出力信号V3 のデ
ューティ比は10%となる。出力信号V3 はラインドラ
イバ4を経てパルストランス5に入力される。パルスト
ランス5の出力信号のうち、コンデンサ71 ,72 の接
続点側の電圧Va は抵抗8およびコンデンサ9で積分さ
れてインバータ10にの入力端に入力される。パルスト
ランス5のもう一方の出力信号は、ダイオード61 で半
波整流され、コンデンサ71 に充電されて電圧VP とし
てインバータ10,11の電源端子に入力されるととも
に、ダイオード62 で半波整流され、コンデンサ7 2
充電されて電圧VN としてインバータ10,11のアー
ス端子に入力される。エクスクルーシブオアゲート3の
出力信号V3 のデューティ比が90%のときは、電圧V
a が電圧Vb より高い時間が長いので、図2(c)に示
すように、コンデンサ71 ,72 の電圧VP ,VN は下
降する。すなわち、電圧VP は電圧V a に近付き、電圧
N は電圧Va から遠ざかる。このとき、電位差VP
N は一定(本実施例では+15Vとする)となる。イ
ンバータ10,11のハイレベルのしきい値電圧+VTH
も電圧VP ,VN 間で電圧VP ,VN と同様に変化す
る。しきい値電圧+VTHが電圧Va より低くなった時点
でインバータ10の出力はロウレベルとなってパワーM
OSFET13のソースに加わり、インバータ11の出
力はハイレベルとなってパワーMOSFET13のゲー
トに加わる。したがって、図2(d)に示すように、パ
ワーMOSFET13のゲート・ソース間電圧VGSは+
15Vになり、パワーMOSFET13はオンになる。
エクスクルーシブオアゲート3の出力信号V3 のデュー
ティ比が10%のときは、電圧Va が電圧Vb より低い
時間が長いので、図2(c)に示すように、コンデンサ
1 ,72 の電圧VP ,VN は上昇する。すなわち、電
圧VP は電圧Va から遠ざかり、電圧VN は電圧Va
近付く。電位差VP −VN は、同様に一定(+15V)
となる。インバータ10,11のロウレベルのしきい値
電圧−VTHも電圧VP ,VN 間で電圧VP ,VN と同様
に変化する。しきい値電圧−VTHが電圧Va より高くな
った時点でインバータ10の出力はハイレベルとなって
パワーMOSFET13のソースに加わり、インバータ
11の出力はロウレベルとなってパワーMOSFET1
3のゲートに加わる。したがって、図2(d)に示すよ
うに、パワーMOSFET13のゲート・ソース間電圧
GSは−15Vになり、パワーMOSFET13はオフ
になる。再度エクスクルーシブオアゲート3の出力信号
3のデューティ比が90%になると、インバータ1
0,11の出力は反転し、パワーMOSFET13はオ
ンになる。以上の動作が繰返される。パワーMOSFE
T13のゲートには数千pFの容量があるが、±15V
のゲート・ソース間電圧VGSがゲート・ソース間に印加
されるので、立上り、立下りともゲートの容量に充電さ
れた電荷が非常に高速に放電される。このため、パワー
MOSFET13は高速なスイッチング動作が可能にな
る。また、サーボロックせずにゲートを停止状態にする
いわゆるベースブロック状態のときは、オンオフ信号V
1 はロウレベル状態が長く続く。このようなときは、オ
ンオフ信号V1 の成分はパルストランス5の2次側から
出力されないが、高周波信号V2 の成分はパルストラン
ス5の2次側から出力されるので、インバータ10,1
1の電源は安定的に供給される。本実施例は、エクスク
ルーシブオアゲート3を用いているため、オンオフ信号
1 のハイレベル(オン)状態が長く続く場合にも対応
できる。サーボドライブやモータ駆動用のインバータで
は、オンオフ信号V1 のハイレベル(オン)状態が長く
続くことはないので、重畳回路としてエクスクルーシブ
オアゲート3に代えてオアゲートを用いてもよい。
Next, the operation of this embodiment will be described.
ON / OFF signal V from ON / OFF signal source 1 to 20 kHz1 But
The high frequency signal output from the high frequency signal source 2 is 200 kHz.
Issue V 2 Is output, the exclusive OR gate 3
These two signals V1, V2 Exclusive
OR is taken and the output signal V shown in FIG.3 Ex
Output from the Crucial OR gate 3. Here, FIG.
As shown in (b), the on / off signal V1 Has a high level
When output signal V3 Has a duty ratio of 90%.
Turn-off signal V1 Is low level, output signal V3 De
The duty ratio is 10%. Output signal V3 Is the line dora
It is input to the pulse transformer 5 via the inverter 4. Palust
Of the output signal of lance 5, capacitor 71 , 72 Contact
Voltage V on the continuation sidea Is integrated with resistor 8 and capacitor 9
And is input to the input terminal of the inverter 10. Palust
The other output signal of the lance 5 is the diode 61 And half
Wave rectified, capacitor 71 Charged to the voltage VP age
Input to the power supply terminals of the inverters 10 and 11
The diode 62 Half-wave rectified with capacitor 7 2 To
Charged and voltage VN As inverters 10 and 11
Input to the input terminal. Exclusive OR Gate 3
Output signal V3 When the duty ratio is 90%, the voltage V
a Is the voltage Vb Since the higher time is longer, it is shown in Fig. 2 (c).
As you can see, capacitor 71 , 72 Voltage VP , VN Is below
Give up. That is, the voltage VP Is the voltage V a Approaching the voltage
VN Is the voltage Va Stay away from. At this time, the potential difference VP −
VN Is constant (+ 15V in this embodiment). I
High level threshold voltage of inverters 10 and 11 + VTH
Voltage VP , VN Voltage V betweenP , VN Changes like
It Threshold voltage + VTHIs the voltage Va When it gets lower
Then the output of the inverter 10 becomes low level and the power M
It joins the source of OSFET13 and the output of inverter 11
The power becomes high level and the power MOSFET 13
Join Therefore, as shown in FIG.
Gate-source voltage V of the power MOSFET 13GSIs +
It becomes 15V, and the power MOSFET 13 is turned on.
Output signal V of exclusive OR gate 33 The Dew
When the tee ratio is 10%, the voltage Va Is the voltage Vb Lower
Since the time is long, as shown in Fig. 2 (c),
71 , 72 Voltage VP , VN Rises. That is,
Pressure VP Is the voltage Va Away from the voltage VN Is the voltage Va To
Get closer. Potential difference VP -VN Is also constant (+ 15V)
Becomes Low-level threshold of inverters 10 and 11
Voltage-VTHVoltage VP , VN Voltage V betweenP , VN same as
Changes to. Threshold voltage -VTHIs the voltage Va Higher
The output of the inverter 10 becomes high level when
Inverter added to the source of power MOSFET 13
The output of 11 becomes low level and power MOSFET 1
Join Gate 3 Therefore, as shown in FIG.
, The gate-source voltage of the power MOSFET 13
VGSBecomes -15V and the power MOSFET 13 is off
become. Output signal of Exclusive OR Gate 3 again
V3When the duty ratio of the inverter becomes 90%, the inverter 1
The outputs of 0 and 11 are inverted, and the power MOSFET 13 is turned off.
Become The above operation is repeated. Power MOSFE
The gate of T13 has a capacity of several thousand pF, but ± 15V
Gate-source voltage VGSApplied between gate and source
Therefore, the gate capacity is charged at both the rising and falling edges.
The generated charge is discharged very quickly. Because of this, power
MOSFET 13 enables high-speed switching operation
It Also, the gate is stopped without servo lock.
In the so-called base block state, the on / off signal V
1 Keeps low level for a long time. In such a case,
Turn-off signal V1 From the secondary side of the pulse transformer 5
Not output, but high frequency signal V2 Is the pulse tran component
Since it is output from the secondary side of the inverter 5,
The power of 1 is supplied stably. This example is
Since the lure or gate 3 is used, the on / off signal
V1 Supports when the high level (on) state continues for a long time
it can. Inverter for servo drive and motor drive
Is an on-off signal V1 The high level (on) state of the
Since it does not continue, it is exclusive as a superposition circuit.
An OR gate may be used instead of the OR gate 3.

【0009】図3は本発明のゲートドライブ回路の第2
の実施例を示す回路図、図4(a)〜(d)は本実施例
の主要な部位における波形図である。オンオフ信号源2
1は、パワーMOSFET33を駆動するための約20
kHzのオンオフ信号を出力する。オンオフ信号源21
の出力端はオアゲート23の一方の入力端に接続されて
いる。高周波信号源22はオンオフ信号より十分高い周
波数の高周波信号を出力する。高周波信号源22の出力
端はオアゲート23の他方の入力端に接続されている。
オアゲート23は2つの信号を重畳した出力信号V23
出力する重畳回路として動作する。オアゲート23の出
力端はラインドライバ24の入力端に接続されている。
ラインドライバ24の反転および非反転の各信号の出力
端はそれぞれパルストランス25の1次側に接続されて
いる。パルストランス25の2次側の一方の端は、パル
ストランス25の出力を全波整流して全波整流出力を出
力する4個のダイオードからなるダイオードブリッジ2
6に接続されているとともに、抵抗27の一端に接続さ
れている。ダイオードブリッジ26の2本の直流(脈
流)の出力線26a,26bは、線間に平滑用のコンデ
ンサ29が設けられている。これら出力線26a,26
bは、15Vの直流が出力されるもので、インバータ3
0,31を内蔵する図示しないCMOSICの電源端子
およびアース端子にそれぞれに接続されている。抵抗2
7の他端には、コンデンサ28の一端およびインバータ
30の入力端が接続されており、コンデンサ28の他端
はダイオードブリッジ26の一方の出力線26に接続さ
れている。抵抗27およびコンデンサ28はパルストラ
ンス25の2次側の出力信号から高周波信号成分を除去
するフィルタとして動作する。インバータ30の出力端
は、インバータ31の入力端と、スイッチング素子であ
るパワーMOSFET33のソースに接続されている。
インバータ31の出力端は、パワーMOSFET33の
ゲートに接続されているとともに、抵抗32を介してパ
ワーMOSFET33のソースに接続されている。イン
バータ30,31は、入力部がシュミットトリガ回路、
出力部がSEPP回路となっており、これら2個のSE
PP回路によりBTL回路が構成されている。
FIG. 3 shows a second gate drive circuit of the present invention.
4 (a) to 4 (d) are waveform diagrams in the main part of this embodiment. On-off signal source 2
1 is about 20 for driving the power MOSFET 33.
It outputs an on / off signal of kHz. On-off signal source 21
The output terminal of is connected to one input terminal of the OR gate 23. The high frequency signal source 22 outputs a high frequency signal having a frequency sufficiently higher than the on / off signal. The output terminal of the high frequency signal source 22 is connected to the other input terminal of the OR gate 23.
The OR gate 23 operates as a superposition circuit that outputs an output signal V 23 that superimposes two signals. The output end of the OR gate 23 is connected to the input end of the line driver 24.
The output ends of the line driver 24 for inverted and non-inverted signals are connected to the primary side of the pulse transformer 25, respectively. One end on the secondary side of the pulse transformer 25 is a diode bridge 2 including four diodes for full-wave rectifying the output of the pulse transformer 25 and outputting a full-wave rectified output.
6 and also to one end of the resistor 27. Two direct current (pulsating current) output lines 26a and 26b of the diode bridge 26 are provided with a smoothing capacitor 29 between the lines. These output lines 26a, 26
b is a DC output of 15 V,
0 and 31 are respectively connected to a power supply terminal and a ground terminal of a CMOS IC (not shown). Resistance 2
The other end of 7 is connected to one end of a capacitor 28 and the input end of an inverter 30, and the other end of the capacitor 28 is connected to one output line 26 of a diode bridge 26. The resistor 27 and the capacitor 28 operate as a filter that removes a high frequency signal component from the output signal on the secondary side of the pulse transformer 25. The output end of the inverter 30 is connected to the input end of the inverter 31 and the source of the power MOSFET 33 that is a switching element.
The output terminal of the inverter 31 is connected to the gate of the power MOSFET 33 and also connected to the source of the power MOSFET 33 via the resistor 32. The input parts of the inverters 30 and 31 are Schmitt trigger circuits,
The output section is a SEPP circuit, and these two SE
A BTL circuit is configured by the PP circuit.

【0010】次に、本実施例の動作について説明する。
オンオフ信号源21からオンオフ信号が出力され、高周
波信号源22から高周波信号が出力されると、オアゲー
ト23によりこれら2つの信号のオアがとられ、図4
(a)に示す出力信号V23がオアゲート23から出力さ
れる。出力信号V23は、ラインドライバ24を経てパル
ストランス25に入力される。パルストランス25の両
端の出力信号は、ダイオードブリッジ26で全波整流さ
れるとともにコンデンサ29で平滑化され、インバータ
30,31に電源として供給される。また、パルストラ
ンス25の出力信号のうち、抵抗27が接続されている
側の出力信号は、抵抗27よびコンデンサ28からなる
フィルタで積分されて高周波信号成分が除去され、イン
バータ30により、図4(b)に示すように、波形整形
されたオンオフ信号V30として出力される。オンオフ信
号V30は、パワーMOSFET33のソースに入力され
るとともにインバータ31により反転され、図4(c)
に示すように、オンオフ信号V31として出力される。オ
ンオフ信号V31はパワーMOSFET33のゲートに入
力される。このように、パワーMOSFET33のゲー
トおよびソースには、常に互いに逆位相の信号が入力さ
れるので、ゲート・ソース電圧VGSは、図4(d)に示
すように、オンオフ信号V31がハイレベルのとき+15
V、オンオフ信号V31がロウレベルのとき−15Vとな
る。
Next, the operation of this embodiment will be described.
When the on-off signal source 21 outputs an on-off signal and the high-frequency signal source 22 outputs a high-frequency signal, the OR gate 23 takes the OR of these two signals.
The output signal V 23 shown in (a) is output from the OR gate 23. The output signal V 23 is input to the pulse transformer 25 via the line driver 24. The output signals at both ends of the pulse transformer 25 are full-wave rectified by the diode bridge 26, smoothed by the capacitor 29, and supplied to the inverters 30 and 31 as a power source. Further, of the output signals of the pulse transformer 25, the output signal on the side to which the resistor 27 is connected is integrated by a filter including the resistor 27 and the capacitor 28 to remove the high frequency signal component, and the inverter 30 causes the output signal shown in FIG. As shown in b), the waveform-shaped on / off signal V 30 is output. The on / off signal V 30 is input to the source of the power MOSFET 33 and is inverted by the inverter 31, as shown in FIG.
As shown in, is output as the on-off signal V 31. The on / off signal V 31 is input to the gate of the power MOSFET 33. As described above, since signals having phases opposite to each other are always input to the gate and the source of the power MOSFET 33, the gate-source voltage V GS is the high level of the on / off signal V 31 as shown in FIG. 4D. When +15
When the V and the on / off signal V 31 are low level, the voltage is -15V.

【0011】[0011]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、BTL回
路でスイッチング素子のゲートおよびソースにプラス、
マイナスの電圧を加えてスイッチング素子をオンオフさ
せることにより、スイッチング素子の立上り、立下りを
非常に高速にすることができ、高速のスイッチング動作
が可能となる。このため、スイッチング素子により駆動
されるモータ等の機器の動作がオンオフ信号の指令に対
して良好に追従する。また、パルストランスの2次側の
出力信号を整流してBTL回路に電源として供給するこ
とにより、パルストランスの2次側の回路用の電源が不
要となるので、部品数を低減できる。さらに、オンオフ
信号より十分高い周波数の高周波信号をオンオフ信号に
重畳させることにより、オンオフ信号のロウレベル状態
またはハイレベル状態が長く続いても、BTL回路の電
源電圧は影響を受けず、安定的に供給される。
As explained above, according to the present invention, the gate and source of the switching element are added to the BTL circuit,
By turning on and off the switching element by applying a negative voltage, the rising and falling of the switching element can be made extremely fast, and high-speed switching operation can be performed. Therefore, the operation of the device such as the motor driven by the switching element follows the command of the on / off signal well. Further, by rectifying the output signal on the secondary side of the pulse transformer and supplying it to the BTL circuit as a power source, the power source for the circuit on the secondary side of the pulse transformer becomes unnecessary, so that the number of parts can be reduced. Further, by superimposing a high frequency signal having a frequency sufficiently higher than the on / off signal on the on / off signal, the power supply voltage of the BTL circuit is not affected even if the low level state or the high level state of the on / off signal continues for a long time, and a stable supply is provided. To be done.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のゲートドライブ回路の第1の実施例を
示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a gate drive circuit of the present invention.

【図2】(a)〜(d)は本実施例の主要な部位におけ
る波形図である。
2 (a) to (d) are waveform diagrams of main parts of the present embodiment.

【図3】本発明のゲートドライブ回路の第2の実施例を
示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a second embodiment of the gate drive circuit of the present invention.

【図4】(a)〜(d)は本実施例の主要な部位におけ
る波形図である。
4 (a) to (d) are waveform diagrams of main parts of the present embodiment.

【図5】図5はゲートドライブ回路の従来例を示す回路
図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a conventional example of a gate drive circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21 オンオフ信号源 2,22 高周波信号源 3 エクスクルーシブオアゲート 4,24 ラインドライバ 5,25 パルストランス 61 ,62 ダイオード 71 ,72 ,9,28,29 コンデンサ 9,12,27,32 抵抗 10,11,30,31 インバータ 13,33 パワーMOSFET 23 オアゲート 26 ダイオードブリッジ1, 21 ON / OFF signal source 2, 22 High frequency signal source 3 Exclusive OR gate 4, 24 Line driver 5, 25 Pulse transformer 6 1 , 6 2 Diode 7 1 , 7 2 , 9, 28, 29 Capacitor 9, 12, 27, 32 resistance 10, 11, 30, 31 inverter 13, 33 power MOSFET 23 OR gate 26 diode bridge

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // H02M 7/537 E 9181−5H ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location // H02M 7/537 E 9181-5H

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 1次側に入力信号としてオンオフ信号を
用いるパルストランスを有し、前記パルストランスの2
次側の出力信号をスイッチング素子へ出力して前記スイ
ッチング素子を駆動するゲートドライブ回路において、 前記パルストランスの2次側の出力信号を入力し、前記
スイッチング素子のソースへ反転信号または非反転信号
として出力する第1のSEPP回路と、 前記パルストランスの2次側の出力信号を入力し、前記
スイッチング素子のゲートへ非反転信号または反転信号
として出力する第2のSEPP回路とを有することを特
徴とするゲートドライブ回路。
1. A pulse transformer using an on / off signal as an input signal on the primary side, and a pulse transformer
In a gate drive circuit for driving a switching element by outputting an output signal on the secondary side to a switching element, an output signal on the secondary side of the pulse transformer is input to the source of the switching element as an inverted signal or a non-inverted signal. It has a first SEPP circuit for outputting and a second SEPP circuit for inputting an output signal on the secondary side of the pulse transformer and outputting it as a non-inverted signal or an inverted signal to the gate of the switching element. Gate drive circuit to do.
【請求項2】 前記パルストランスの2次側に接続さ
れ、第1および第2のSEPP回路に電源を供給する整
流回路を有する請求項1記載のゲートドライブ回路。
2. The gate drive circuit according to claim 1, further comprising a rectifier circuit connected to the secondary side of the pulse transformer and supplying power to the first and second SEPP circuits.
【請求項3】 前記オンオフ信号に該オンオフ信号より
十分高い周波数の高周波信号が重畳された信号を前記パ
ルストランスの入力信号として用い、前記パルストラン
スの2次側には前記高周波信号成分を除去するフィルタ
が設けられている請求項2記載のゲートドライブ回路。
3. A signal in which a high frequency signal having a frequency sufficiently higher than the on / off signal is superimposed on the on / off signal is used as an input signal of the pulse transformer, and the high frequency signal component is removed on a secondary side of the pulse transformer. The gate drive circuit according to claim 2, further comprising a filter.
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