JPH0951667A - ゲート駆動回路 - Google Patents

ゲート駆動回路

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JPH0951667A
JPH0951667A JP7218233A JP21823395A JPH0951667A JP H0951667 A JPH0951667 A JP H0951667A JP 7218233 A JP7218233 A JP 7218233A JP 21823395 A JP21823395 A JP 21823395A JP H0951667 A JPH0951667 A JP H0951667A
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switching means
input terminal
switching
igbt
power supply
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JP7218233A
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Hajime Fukui
一 福井
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 IGBTを高速にスイッチングできるドライ
ブ回路。 【構成】 IGBT13をオンオフ制御可能な電圧を発
生する電源回路31、32、33と、PNPトランジス
タ15のコレクタとNPNトランジスタ21のコレクタ
をIGBTのゲートに接続したプッシュプルドライバ
と、ゲートを同電位に接続したNチャンネルFET18
と24によるプリドライバと、IGBTのゲートの動作
状態を制御するための、制御信号30a入力用のトラン
ジスタ28、抵抗29、30による制御信号入力回路、
ならびにフォトトランジスタ26、コンパレータ25お
よび抵抗27による発光光量制御回路を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子閃光装置等に
用いるIGBTなどの電圧駆動型半導体スイッチング素
子を制御する為のゲート駆動回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】昨今、カメラ等に用いる電子閃光装置の
発光制御回路に、IGBT(Insulated Gate Bipolar M
ode Transistor)が多く用いられている。IGBTはF
ETとトランジスタの2つを組み合わせたような素子な
ので、FET特有の制御電力の低電力特性と、トランジ
スタの電流特性を併わせ持ち、高速に大電流を制御する
ことが可能なスイッチング素子であるが、FET単体の
場合の高速スイッチング特性に比較すればスイッチング
速度は低くなる傾向を示す。
【0003】このようなIGBTのゲートを駆動する回
路としては、USP4、838、686、および、US
P5、107、292等の提案が知られている。
【0004】また、雑誌トランジスタ技術(1994年
9月号、244ページ)に記載されているNPNトラン
ジスタと、PNPトランジスタをプッシュプル接続した
ゲート駆動回路なども知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この場
合、USP4、838、686、USP5、107、2
92ではIGBTのゲート回路は、基本的に電源回路よ
りプルアップされた抵抗を、スイッチング素子によりオ
ンオフ制御する動作を行なっているので、高速のスイッ
チングに対応することは難しいという問題がある。
【0006】一方後者の雑誌に掲載されたNPN、PN
Pトランジスタのプッシュプル接続回路では、基本的に
出力トランジスタは非飽和領域で動作するために高速ス
イッチングできるが、上側のトランジスタがNPN型の
ために出力段のハイレベル出力は、電源電圧から1VB
E(約0.7V)下がってしまう。また、大きな出力電
流を得るために上側のトランジスタをダーリントン接続
した場合は、出力段のハイレベル出力は電源電圧から2
VBE(約1.4V)降下してしまい、IGBTのゲー
ト電圧が低下して、電源条件によってはIGBTを十分
にドライブできないという問題がある。
【0007】本発明の目的とするところは、IGBTを
高速にスイッチングできるゲート駆動回路を提供するこ
とにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、PNPトランジスタとNPNトランジス
タ、あるいはPNPトランジスタとNチャンネル電界効
果トランジスタ(FET)、あるいはPチャンネルFE
TとNチャンネルFETをそれぞれプッシュプル接続し
たIGBTのゲートドライバ回路の制御入力端子を、ゲ
ートを共通に接続した2つのFETにより制御すること
によって高速スイッチングを達成するものである。
【0009】
【発明の実施の形態】本出願に係る発明の目的を実現す
る構成は、請求項1に記載のように、制御対象電流をス
イッチングする第1スイッチング手段をオンオフ制御可
能な制御入力電圧を発生する電源手段と、前記電源手段
に電源入力端子を接続したPNP型の第2スイッチング
手段と、前記第2スイッチング手段の電源出力端子と電
源入力端子を接続したNPN型の第3スイッチング手段
と、前記第2スイッチング手段の制御入力端子に電源入
力端子を接続したNチャンネル型の第4スイッチング手
段と、前記第3スイッチング手段の制御入力端子に電源
入力端子を接続したNチャンネル型の第5スイッチング
手段と、前記第4および第5スイッチング手段の制御入
力端子を同電位に接続して制御信号により前記第2スイ
ッチング手段の電源出力端子と第3スイッチング手段の
電源入力端子に接続した前記第1スイッチング手段の制
御信号入力端子の動作状態を制御する制御信号入力手段
を備えたことを特徴とするゲート駆動回路にある。
【0010】この構成によれば、第2、第3スイッチン
グ手段であるPNP−NPNトランジスタによるプッシ
ュプルドライバを、第4、第5スイッチング手段である
FETのプリドライバで駆動することで、第1スイッチ
ング手段であるIGBTの高速スイッチングが可能にな
る。
【0011】本出願に係る発明の目的を実現する具体的
な構成は、請求項2に記載のように、制御対象電流をス
イッチングする第1スイッチング手段をオンオフ制御可
能な制御入力電圧を発生する電源手段と、前記電源手段
に電源入力端子を接続したPNP型の第2スイッチング
手段と、前記第2スイッチング手段の電源出力端子と電
源入力端子を接続したNチャンネル型の第3スイッチ手
段と、前記第2スイッチング手段の制御入力端子に電源
入力端子を接続したNチャンネル型の第4スイッチング
手段と、前記第3スイッチング手段の制御入力端子に電
源入力端子を接続したNチャンネル型の第5スイッチン
グ手段と、前記第4および第5スイッチング手段の制御
入力端子を同電位に接続して制御信号により前記第2ス
イッチング手段の電源出力端子と第3スイッチング手段
の電源入力端子に接続した前記第1スイッチング手段の
制御信号入力端子の動作状態を制御する制御信号入力手
段を備えたことを特徴とするゲート駆動回路にある。
【0012】この構成によれば、第2、第3スイッチン
グ手段であるPNPトランジスタとNチャンネルFET
によるプッシュプルドライバを、第4、第5スイッチン
グ手段であるFETのプリドライバで駆動することで、
トランジスタ同志のプッシュプルドライバの場合よりも
第1スイッチング手段であるIGBTを高速にスイッチ
ングすることが可能になる。
【0013】本出願に係る発明の目的を実現する他の具
体的な構成は、請求項3に記載のように、制御対象電流
をスイッチングする第1スイッチング手段をオンオフ制
御可能な制御入力電圧を発生する電源手段と、前記電源
手段に電源入力端子を接続したPチャンネル型の第2ス
イッチング手段と、前記第2スイッチング手段の電源出
力端子と電源入力端子を接続したNチャンネル型の第3
スイッチング手段と、前記第2スイッチング手段の制御
入力端子に電源入力端子を接続したNチャンネル型の第
4スイッチング手段と、前記第3スイッチング手段の制
御入力端子に電源入力端子を接続したNチャンネル型の
第5スイッチング手段と、前記第4および第5スイッチ
ング手段の制御入力端子を同電位に接続して制御信号に
より前記第2スイッチング手段の電源出力端子と第3ス
イッチング手段の電源入力端子に接続した第1スイッチ
ング手段の制御信号入力端子の動作状態を制御する制御
信号入力手段を備えたことを特徴とするゲート駆動回路
にある。
【0014】この構成によれば、第2、第3スイッチン
グ手段であるPチャンネルFETとNチャンネルFET
によるプッシュプルドライバを、第4、第5スイッチン
グ手段であるFETのプリドライバで駆動することで、
プッシュプルドライバの構成にトランジスタが入ってい
る場合よりも第1スイッチング手段であるIGBTを更
に高速にスイッチングすることが可能になる。
【0015】
【実施例】
(第1の実施例)以下、本発明の一実施例を図に基づい
て説明する。図1は本発明の第1実施例に係るゲート駆
動回路の回路図である。図2は図1に示すゲート駆動回
路の主要信号波形図である。
【0016】図1において、1は電源であるところの電
池、2は電池電圧を放電可能な電圧に昇圧するDC−D
Cコンバータ、3は発光エネルギーを蓄積するコンデン
サである。4は抵抗、5はトリガーコンデンサ、6はト
リガトランス、7はサイリスタ、8と9は抵抗であり、
以上の4〜9でトリガ回路を構成している。
【0017】10は放電管、11はトリガ電極、12は
放電管の放電時の放電電流を制限するためのコイル、1
3は第1スイッチング手段のIGBTであり、IGBT
13がオン状態の時にトリガ電圧が与えられると放電を
開始する。14はIGBT13がオフした時にコイル1
2に蓄積されたエネルギーを還流させるためのダイオー
ドであり、以上の10〜14で発光回路を構成する。
【0018】15は第2スイッチング手段のPNPトラ
ンジスタ、21は第2スイッチング手段のNPNトラン
ジスタ、18は第4スイッチング手段のNチャンネルF
ET、24は第5スイッチング手段のNチャンネルFE
T、16、17は抵抗、19、20はIGBT13のゲ
ート電流を制限する抵抗、22、23は抵抗であり、以
上の15〜24でICBT13のドライバ回路を構成し
ている。
【0019】25はコンパレータ、26はフォトダイオ
ード、27は抵抗、28はトランジスタ、29、30は
抵抗であり、25〜30で発光光量制御回路を構成す
る。なお、トランジスタ28〜抵抗30の回路は発光開
始、停止回路で、発光制御信号30aがハイレベルであ
れば、FET18、24はオフ状態になり、トランジス
タ15はオフ、トランジスタ21はオンで、IGBT1
3のゲートはローレベルとなりIGBT13を強制的に
オフするといった動作になる。この発光開始、停止回路
および発光光量制御回路による制御動作が制御信号入力
手段である。
【0020】31は抵抗、32は定電圧ダイオード、3
3はコンデンサであり、以上の31〜33によってIC
BT13のドライバ回路の電源電圧発生回路を構成し、
これは電源手段に相当する。
【0021】つぎに動作について説明する。このような
構成で、DC−DCコンバータ2により発生した高電圧
は、コンデンサ3を充電するとともに、抵抗4を介して
トリガーコンデンサ5を充電する。一方、抵抗31、定
電圧ダイオード32、コンデンサ33で構成する電源発
生回路も、IGBT13のゲート駆動に必要な電圧を発
生する。なお、この電源は省電力のためにIGBT13
を駆動する時にのみ電源を供給するように、スイッチン
グ手段を挿入して制御してもよい。
【0022】この状態において、コンデンサ3の充電電
圧が、放電管10が発光可能な電圧に達し、連続発光制
御する場合の動作を図2を参照して説明する。
【0023】図2(a)はトランジスタ28を制御する
ように印加する発光許可信号で発光制御信号30aをロ
ーレベルに設定するもの、図2(b)はサイリスタ7の
ゲートに印加する発光トリガ信号8a、図2(c)はI
GBT13のゲート電圧、図2(d)はコンパレータ2
5の−端子に印加する放電管10の発光光量に相当する
電圧である。これは、放電管10の発光光量をモニタす
るフォトトランジスタ26が受光光量に応じて光電流を
発生し、その電流が流れる抵抗27には光電流に応じた
モニタ電圧が発生するもので、このモニタ電圧を発光制
御に用いるものである。発光動作に先立ちコンパレータ
25の基準電圧入力端子25aには、図2(d)の点線
に示した所定電圧Vaを設定する。これは放電管10の
連続発光光量の波高値に応じた電圧を設定する 先ず、図2(a)に示す発光許可信号をカメラの制御系
(図示していない)より印加して発光制御信号30aを
ローレベルに設定して、プリドライバFET18、24
がオンすることで、IGBT13のドライバ回路(トラ
ンジスタ15オン、21はオフ)の動作を許可する。
【0024】次に、図2(b)に示す発光トリガ信号8
aを所定時間ハイレベルに設定すると、サイリスタ7が
オンして抵抗4を介し充電されたコンデンサ5の電荷
は、サイリスタ7と、トリガトランス6を通って放電し
トリガトランスの2次側には高圧が発生して、放電管1
0は発光を開始する。
【0025】図2(d)に示すように、放電管10が発
光を開始してフォトトランジスタ26により受光する発
光モニタ電圧が所定電圧Vaより高くなると、コンパレ
ータ25が反転して出力がローレベルになり、プリドラ
イバ回路FET18、24がオフし、ドライバ回路のト
ランジスタ15がオフして21はオンするので、IGB
T13のゲート電圧波形を示す図2(c)のように、時
間t1でローレベルになりIGBT13はオフする。
【0026】IGBT13がオフすると放電管10の発
光電流はダイオード14を通って還流しつつ、発光量が
低下し時間t2では発光モニタ電圧は所定電圧Va以下
になるので、コンパレータ25の出力はローレベルから
ハイレベルに反転し、プリドライバFET18、24は
オン状態になり、ドライバのトランジスタ15はオン2
1はオフとなるので、IGBT13のゲートはハイレベ
ルになりオンして再び発光量が増加する。
【0027】以上のプロセスを繰り返し、所定時間後の
t3で発光制御信号30aがハイレベルに変わると、I
GBT13のドライバ回路は強制的に動作が禁止にな
り、IGBT13のゲートは強制的にローレベルになり
オフして発光を終了する。
【0028】このように、本実施例では、PNP、NP
N接続の上下のトランジス15、21によりプッシュプ
ルドライバを構成して、IGBT13のゲートに電荷を
注入し排出するため、IGBT13を高速にスイッチン
グできると共に、上側は従来例とは異なりPNPトラン
ジスタなので、IGBT13のゲート駆動電圧はトラン
ジスタのVsat電圧(約0.2〜0.3V)しか低下
せず、IGBT13を制御するのに十分なゲート電圧が
得られる。
【0029】また、プリドライバをFET18、24で
構成したので、IGBT13のドライバ・トランジスタ
のベースへの電荷の高速な注入、排出が可能で、IGB
T13の一層の高速スイッチングが可能になり、放電管
10の高速オンオフ制御および、それを応用した平滑な
連続発光を実現できる。
【0030】なお、本実施例では放電管の連続発光を行
う閃光発光装置を例にして説明したが、コンパレータ2
5、トランジスタ28の回路を削除し、プリドライバF
ET18、24を直接オンオフすれば、連続発光ではな
い単発の閃光発光が可能なことは言うまでもない。
【0031】(第2の実施例)次に、第1実施例のIG
BT13のドライバ回路下側のNPNトランシスタ21
を、NチャンネルのFETに換えた第2実施例について
各図を参照して説明する。図3は本発明の第2実施例に
係るゲート駆動回路の回路図である。図4は図3に示す
ゲート駆動回路の主要部分の駆動波形図である。図5は
図1に示すゲート駆動回路の主要部分の駆動波形図であ
る。
【0032】第1実施例では、IGBT13のドライバ
をプッシュプルトランジスタ回路で構成したが、上下の
PNP、NPNトランジスタ15、21を飽和領域で使
用するためにベースの電荷を抜くのに多少時間がかかる
傾向があった。第2実施例はこれを改良して、図3に示
すように、IGBT13のスイッチングの高速化に特に
重要な下側のトランジスタを、NチャンネルFET34
に換えて高速スイッチングを行うようにした例である。
それ以外の構成は第1実施例と全く同一なので同一符号
を付し重複する説明は省略する。
【0033】図4は第2実施例の主要な部分の駆動波形
であり、aはコンパレータ25の出力、bはIGBT1
3のゲート電流、cはIGBT13のゲート電圧であ
る。同様に、図5は比較のために示した第1実施例の主
要な部分の駆動波形であり、図4と図5を比較すると、
図4に示す第2実施例でのt1〜t2間のIGBTゲー
ト電流波形bは急峻になり、IGBT13の下側のドラ
イバをFET34に変更することによって、FETの低
オン抵抗の効果およびゲート容量の小ささにより、短時
間でIGBT13のゲートに蓄積された電荷が抜けるこ
とが分かり、より高速にIGBT13をオフできる効果
がある。
【0034】このように、第2実施例では、IGBT1
3のプッシュプルドライバをPNPトランジスタ15
と、NチャンネルFET34により構成し、FET1
8、24によるプリドライバで駆動するようにしたの
で、第1の実施例より高速なIGBT13のスイッチン
グが可能となり、放電管10の高速なオンオフ制御およ
びそれを応用した平滑な連続発光を実現することができ
る。
【0035】(第3の実施例)次に、IGBTドライバ
上下のトランジスタを両方ともFETに変更する第3実
施例について説明する。図6は本発明の第3実施例に係
るゲート駆動回路の回路図である。図7は図6に示すゲ
ート駆動回路の主要な部分の駆動波形図である。
【0036】図6に示す第3実施例は、IGBTドライ
バの上側をPチャンネルFET35に、下側をNチャン
ネルFET34と上下共にFETで構成した例である。
なお、その他の構成は前実施例と同一なので同一符号を
付し重複説明は省略する。
【0037】第2実施例では、IGBTドライバの下側
だけNチャンネルFETに変更したが、第3実施例は上
下共にPチャンネル、NチャンネルFETに変更したの
で、ドライバのコストは高くなるものの、最も高速なI
GBTのスイッチングを行うことができる例である。
【0038】図7は第3実施例の主要な部分の駆動波形
であり、aはコンパレータ25の出力、bはIGBT1
3のゲート電流、cはIGBT13のゲート電圧であ
る。図7のt1〜t2間は、上側のFET35によりI
GBT13のゲートに電荷が注入される部分を表し、波
形がトランジスタの場合より急峻になって、上側のFE
T35によるIGBT13のオン側での高速化も実現さ
れ、更に、下側FET34によるIGBT13のオフ側
での高速化と合わせ、最適なIGBT13のスイッチン
グ回路を構成できる。
【0039】このように、第3実施例では、IGBT1
3のプッシュプルドライバをPチャンネルFET35
と、NチャンネルFET34のFET同士で構成し、F
ET18、24のプリドライバで駆動するようにしたの
で、第1、第2実施例より更に高速なスイッチングが可
能となり、放電管の最も高速なオンオフ制御および、そ
れを応用した最も平滑な連続発光を実現できる。
【0040】なお、本発明はこれまで、電子閃光装置の
フラット発光制御におけるIGBTのスイッチング制御
を例に説明したが、それに限らずIGBTのゲート駆動
回路として他のスイッチング機構にも応用できることは
勿論である。
【0041】
【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、IGB
TのプッシュプルドライバをPNPトランジスタとNP
Nトランジスタの組合わせで構成し、NチャンネルFE
Tによるプリドライバで駆動するようにしたので、IG
BTの高速スイッチングが可能になり、放電管の高速な
オンオフ制御およびそれを利用した平滑な連続発光を実
現することができる。
【0042】請求項2に記載の発明によれば、IGBT
のプッシュプルドライバをPNPトランジスタとNチャ
ンネルFETの組合わせで構成し、NチャンネルFET
によるプリドライバで駆動するようにしたので、請求項
1の発明よりもIGBTの高速なスイッチングが可能に
なり、放電管のより高速なオンオフ制御およびそれを利
用したより平滑な連続発光を実現することができる。
【0043】請求項3に記載の発明によれば、IGBT
のプッシュプルドライバをPチャンネルFETとNチャ
ンネルFETの組合わせで構成し、NチャンネルFET
によるプリドライバで駆動するようにしたので、請求項
2の発明よりも更にIGBTの高速なスイッチングが可
能になり、放電管の更なる高速なオンオフ制御およびそ
れを利用した最も平滑で安定した連続発光を実現するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係るゲート駆動回路の回
路図である。
【図2】図1に示すゲート駆動回路の主要信号波形図で
ある。
【図3】本発明の第2実施例に係るゲート駆動回路の回
路図である。
【図4】図3に示すゲート駆動回路の主要部分の駆動波
形図である。
【図5】図1に示すゲート駆動回路の主要部分の駆動波
形図である。
【図6】本発明の第3実施例に係るゲート駆動回路の回
路図である。
【図7】図6に示すゲート駆動回路の主要部分の駆動波
形図である。
【符号の説明】
1 電池 2 DC−DCコンバータ 3 発光用コンデンサ 4,8,9,16,17,22,23,27,29,3
0,31 抵抗 5,33 コンデンサ 6 トリガートランス 7 サイリスタ 10 放電管 12 コイル 13 IGBT 14 ダイオード 15 PNPトランジスタ 18,24,34 NチャンネルFET 19,20 IGBTゲート電流制限用抵抗 21 NPNトランジスタ 25 コンパレータ 26 フォトトランジスタ 28 トランジスタ 32 定電圧ダイオード 35 PチャンネルFET

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 制御対象電流をスイッチングする第1ス
    イッチング手段をオンオフ制御可能な制御入力電圧を発
    生する電源手段と、前記電源手段に電源入力端子を接続
    したPNP型の第2スイッチング手段と、前記第2スイ
    ッチング手段の電源出力端子と電源入力端子を接続した
    NPN型の第3スイッチング手段と、前記第2スイッチ
    ング手段の制御入力端子に電源入力端子を接続したNチ
    ャンネル型の第4スイッチング手段と、前記第3スイッ
    チング手段の制御入力端子に電源入力端子を接続したN
    チャンネル型の第5スイッチング手段と、前記第4およ
    び第5スイッチング手段の制御入力端子を同電位に接続
    して制御信号により前記第2スイッチング手段の電源出
    力端子と第3スイッチング手段の電源入力端子に接続し
    た前記第1スイッチング手段の制御信号入力端子の動作
    状態を制御する制御信号入力手段を備えたことを特徴と
    するゲート駆動回路。
  2. 【請求項2】 制御対象電流をスイッチングする第1ス
    イッチング手段をオンオフ制御可能な制御入力電圧を発
    生する電源手段と、前記電源手段に電源入力端子を接続
    したPNP型の第2スイッチング手段と、前記第2スイ
    ッチング手段の電源出力端子と電源入力端子を接続した
    Nチャンネル型の第3スイッチング手段と、前記第2ス
    イッチング手段の制御入力端子に電源入力端子を接続し
    たNチャンネル型の第4スイッチング手段と、前記第3
    スイッチング手段の制御入力端子に電源入力端子を接続
    したNチャンネル型の第5スイッチング手段と、前記第
    4および第5スイッチング手段の制御入力端子を同電位
    に接続して制御信号により前記第2スイッチング手段の
    電源出力端子と第3スイッチング手段の電源入力端子に
    接続した前記第1スイッチング手段の制御信号入力端子
    の動作状態を制御する制御信号入力手段を備えたことを
    特徴とするゲート駆動回路。
  3. 【請求項3】 制御対象電流をスイッチングする第1ス
    イッチング手段をオンオフ制御可能な制御入力電圧を発
    生する電源手段と、前記電源手段に電源入力端子を接続
    したPチャンネル型の第2スイッチング手段と、前記第
    2スイッチング手段の電源出力端子と電源入力端子を接
    続したNチャンネル型の第3スイッチング手段と、前記
    第2スイッチング手段の制御入力端子に電源入力端子を
    接続したNチャンネル型の第4スイッチング手段と、前
    記第3スイッチング手段の制御入力端子に電源入力端子
    を接続したNチャンネル型の第5スイッチング手段と、
    前記第4および第5スイッチング手段の制御入力端子を
    同電位に接続して制御信号により前記第2スイッチング
    手段の電源出力端子と第3スイッチング手段の電源入力
    端子に接続した前記第1スイッチング手段の制御信号入
    力端子の動作状態を制御する制御信号入力手段を備えた
    ことを特徴とするゲート駆動回路。
JP7218233A 1995-08-04 1995-08-04 ゲート駆動回路 Pending JPH0951667A (ja)

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