JPH11195971A - パワーデバイスの駆動回路 - Google Patents
パワーデバイスの駆動回路Info
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- JPH11195971A JPH11195971A JP24737798A JP24737798A JPH11195971A JP H11195971 A JPH11195971 A JP H11195971A JP 24737798 A JP24737798 A JP 24737798A JP 24737798 A JP24737798 A JP 24737798A JP H11195971 A JPH11195971 A JP H11195971A
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Abstract
のパワーデバイスの駆動回路を提供する。 【解決手段】前記パワーデバイスとしてのIGBT1の
駆動回路20として、MOSFET11,12,21,
22と、電流検出回路23と、制御回路24で構成し、
IGBT1のオン期間中に定格電流以上の過大な電流が
流れて検出抵抗2の両端電圧が所定の値(VR )を超え
たときに、その偏差を増幅する電流検出回路23が動作
をしてMOSFET12のゲートを駆動し、その結果I
GBT1のゲート電圧を、駆動回路電源(VDD)の電圧
値からMOSFET11とMOSFET12とで分圧さ
れた値に減少させることにより、IGBT1のコレクタ
電流を抑制する。
Description
器の主回路を構成する電流センス端子付のパワーデバイ
スの駆動回路に関する。
器と称する)においては、近年、1組または複数組の前
記パワーデバイスとその駆動回路を1個のモジュールに
内蔵し、このモジュールに該パワーデバイスそれぞれの
過電流保護機能などを装備した、所謂、インテリジェン
ト・パワー・モジュール(以下、単にIPMと称する)
が採用されている。
駆動回路からなるこの種の電力変換器の従来例を示す回
路構成図である。図4において、1は電流センス端子付
のパワーデバイスとしてのIGBT、2はIGBT1の
電流センス端子から流れる電流を検出する検出抵抗、3
はIGBT1のオンに伴って、図示の主回路電源
(VM )から給電される負荷、10は入力される駆動信
号に基づいてIGBT1をオン・オフさせる駆動回路で
ある。
(VDD)とIGBT1のエミッタ端子との間に直列に接
続されるPチャネルのMOSFET11及びNチャネル
のMOSFET12と、IGBT1のゲート端子とエミ
ッタ端子との間に接続されるNチャネルのMOSFET
13と、検出抵抗2の両端電圧が所定の値(VR )を超
えたときにその偏差を増幅し、前記駆動信号がIGBT
1をオンさせる状態のときのみ、該増幅した出力がエネ
ーブル(動作状態)となる電流検出回路14と、該駆動
信号に基づいてMOSFET11,12をオン・オフさ
せるプリドライバ16,17からなる制御回路15とを
備えている。
BT1にはコレクタ電流(数A〜数100A)に比例し
た微少電流(数ミリA以下)を出力する電流センス端子
を備えており、通常の動作状態では、駆動回路10に入
力される駆動信号のHigh/Lowに対応してIGB
T1がオン/オフする。また、IGBT1がオン期間中
に、何らかの要因でIGBT1のコレクタ電流がその定
格電流を大きく超えた状態では、検出抵抗2の両端電圧
が所定の値(V R )を超えることにより電流検出回路1
4が動作をしてMOSFET13を駆動し、その結果、
IGBT1のゲート・エミッタ間電圧(VGE)が前記駆
動回路電源VDDの値から減少し、電流検出回路14が内
蔵する増幅器のゲインと、MOSFET11,13それ
ぞれのオン抵抗の分圧比値と、IGBT1の電流センス
部のトランスコンダクタンスと、検出抵抗2の抵抗値と
の積で表される伝達特性に基づいた値に収束し、前記要
因が除去されない限り、この減少したVGEでIGBT1
が駆動されてコレクタ電流を抑制し、定格電流を大きく
超えた過電流からIGBT1が保護される。
力変換器によると、前記駆動回路10を半導体集積回路
で実現する場合、IGBT1がオン期間中に、検出抵抗
2の両端電圧が所定の値(VR )を超えたことを電流検
出回路14が検知してその偏差増幅出力でMOSFET
13を駆動して、IGBT1のゲート・エミッタ間電圧
(VGE)を速やかに減少させ、IGBT1のコレクタ電
流を速やかに抑制するためには、IGBT1のゲート容
量に蓄積された電荷を高速に引き抜くことができる電流
定格を有するMOSFET13が必要であり、その結
果、MOSFET13のチップサイズはMOFET12
と同等程度の大きさとなり、この駆動回路10を内蔵し
た半導体集積回路全体のチップサイズが大きくなり、歩
留りの低下とチップコストの上昇を招いていた。
バワーデバイスの駆動回路を提供することにある。
変換器の主回路を構成する電流センス端子付のパワーデ
バイスの駆動回路であって、該駆動回路には第1トラン
ジスタと第2トランジスタと第3トランジスタと第4ト
ランジスタと電流検出回路と制御回路とを備え、前記駆
動回路の電源の一端と前記パワーデバイスのソース端子
又はエミッタ端子との間に、第1トランジスタと第2ト
ランジスタとを直列に接続すると共に、第3トランジス
タと第4トランジスタとを直列に接続し、第1トランジ
スタと第2トランジスタの接続点と、前記パワーデバイ
スのゲート端子とを接続し、前記電流検出回路は前記パ
ワーデバイスの電流センス端子とソース端子又はエミッ
タ端子との間に接続される検出抵抗の両端電圧が所定の
値を超えたときにその偏差を増幅し、この増幅値を該パ
ワーデバイスがオン状態のときのみ出力し、第3トラン
ジスタと第4トランジスタの接続点と、前記電流検出回
路の出力と、第2トランジスタのゲート端子又はベース
端子とを接続し、前記制御回路は入力される駆動信号に
基づいて第1トランジスタと第3トランジスタとを交互
にオン・オフさせ、第1トランジスタをオンさせた時か
ら所定の期間のみ第4トランジスタをオンさせて第2ト
ランジスタをオフさせた後、前記パワーデバイスがオン
期間中は前記電流検出回路の出力により第2トランジス
タを駆動するものとする。
ゲートを直接駆動する第1トランジスタと第2トランジ
スタとによって、定格電流範囲内での該パワーデバイス
の通常のオン・オフ駆動ができるだけでなく、何らかの
要因で定格電流を大きく超えた電流が流れた場合に、該
パワーデバイスのゲート電圧を減少させて、この過大電
流を抑制するために、別途第2トランジスタと同程度の
大きさのトランジスタを備えることなく、前記電流検出
回路が所定の値以上の過電流を検出して、その偏差を増
幅した出力で第2トランジスタのゲート端子又はベース
端子を直接駆動することにより、前記駆動回路の電源電
圧を第1トランジスタと第2トランジスタで分圧した値
が速やかに該パワーデバイスのゲートに印加されるよう
にして、該パワーデバイスのコレクタ電流又はドレイン
電流を制限し保護する。また、この駆動回路を半導体集
積回路に内蔵する際、該パワーデバイスのゲート電圧を
減少させるための特別なトランジスタが不要になり、通
常のゲート駆動出力段でこのゲート電圧を減少させる機
能が実現できるため、チップサイズの増大を免れ、歩留
り低下とチップコストの増大を回避できる。
のパワーデバイスとその駆動回路からなるこの発明の第
1の実施例を示す電力変換器の回路構成図であり、図4
に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符
号を付している。すなわち図1に示す電力変換器におい
てはIGBT1と、検出抵抗2と、負荷3と、入力され
る駆動信号に基づいてIGBT1をオン・オフさせる駆
動回路20とを備えている。
てのPチャネルのMOSFET11と、第2トランジス
タとしてのNチャネルのMOSFET12と、第3トラ
ンジスタとしてのPチャネルのMOSFET21と、第
4トランジスタとしてのNチャネルのMOSFET22
と、検出抵抗2の両端電圧が所定の値(VR )を超えた
ときにその偏差を増幅し、この増幅値を前記駆動信号が
IGBT1をオンさせる状態のときのみ、その増幅した
出力がエネーブル(動作状態)となる電流検出回路23
と、プリドライバ16,プリドライバ25,前記駆動信
号がLowからHighになったときに所定の時間MO
SFET22をオンさせるワンショット回路26からな
る制御回路24とから構成されている。
に示す動作波形図を参照しつつ、以下に説明する。図2
(A)はIGBT1がオン期間中に検出抵抗2の両端電
圧(図2A(ヘ)参照)が電流検出回路23の比較電圧
(VR )を超えない状態、すなわち定格電流範囲内でI
GBT1がオンしている状態の動作波形図である。
2A(イ)参照)がLowからHighに変化すると、
プリドライバ16の出力(図2A(ロ)参照)は図示の
如く変化し、MOSFET11はオン状態となる。この
LowからHighに変化したことにより、ワンショッ
ト回路26も動作して、この動作期間(図2A(ハ)参
照)だけMOSFET22がオン状態となり、その結果
MOSFET12のゲート電圧が急速に0ボルトまで低
下し(図2A(ニ)参照)、MOSFET12がオフす
ることで、IGBT1のゲート電圧(図2A(ホ)参
照)が上昇して、IGBT1がターンオンをする。この
とき、ワンショット回路26の動作時間はMOSFET
12のゲート電圧が0ボルトになるまでの必要最小限の
時間に設定すればよい。さらに、IGBT1がオン期間
中に検出抵抗2の両端電圧(図2A(ヘ)参照)が電流
検出回路23の比較電圧(VR )を超えないので、図1
に示した電流検出回路23の接点が前記駆動信号に基づ
いて閉路していても、その出力がゼロボルトのままなの
で、MOSFET12をオンさせることはない。
ighからLowに変化すると、プリドライバ16の出
力(図2A(ロ)参照)は図示の如く変化し、MOSF
ET11はオフ状態となり、プリドライバ25の出力に
よりMOSFET21がオン状態となり、その結果MO
SFET12のゲート電圧(図2A(ニ)参照)が上昇
して、MOSFET12がオン状態となり、IGBT1
のゲート電圧(図2A(ホ)参照)が0ボルトまで下降
して、IGBT1がターンオフをする。
出抵抗2の両端電圧(図2B(ヘ)参照)が電流検出回
路23の比較電圧(VR )を超えた状態、すなわち、何
らかの要因でIGBT1のコレクタ電流がその定格電流
を超えた状態の動作波形図である。図2(B)におい
て、駆動信号(図2B(イ)参照)がLowからHig
hに変化して、上述と同様の動作でIGBT1のゲート
電圧(図2B(ホ)参照)が上昇して、IGBT1がタ
ーンオンすると、検出抵抗2の両端電圧(図2B(ヘ)
参照)も増大し、この電圧が電流検出回路23の比較電
圧(VR )を超えると、このときMOSFET21,2
2は共にオフ状態で、且つ電流検出回路23の前記接点
も閉路状態にあるので、検出抵抗2の両端電圧と比較電
圧(VR )との偏差を増幅した出力が電流検出回路23
から出力され、この出力値によりMOSFET12を駆
動することになり(図2B(ニ)参照)、その結果、前
記駆動回路電源VDDの値から減少し、電流検出回路23
が内蔵する増幅器のゲインと、MOSFET11,12
それぞれのオン抵抗による分圧比と、IGBT1の電流
センス部のトランスコンダクタンスと、検出抵抗2の抵
抗値との積に基づいた値で収束し、前記要因が除去され
ない限り、IGBT1はこの減少したゲート電圧(図2
B(ホ)参照)で駆動されてIGBT1のコレクタ電流
が抑制され、定格を大きく超えた過電流から保護され
る。
れた状態で、駆動信号(図2B(イ)参照)がHigh
からLowに変化すると、プリドライバ16の出力(図
2B(ロ)参照)は図示の如く変化し、MOSFET1
1はオフ状態となり、プリドライバ25の出力によりM
OSFET21がオン状態となり、一方電流検出回路2
3は駆動信号(図2B(イ)参照)のLowが入力され
て不動作状態なので、その結果、MOSFET12のゲ
ート電圧(図2B(ニ)参照)が駆動回路電源の電圧
(VDD)まで上昇して、MOSFET12がオン状態と
なり、IGBT1のゲート電圧(図2B(ホ)参照)が
0ボルトまで下降して、IGBT1がターンオフをす
る。
デバイスとその駆動回路からなるこの発明の第2の実施
例を示す電力変換器の回路構成図であり、図1に示した
第1の実施例回路と同一機能を有するものには同一符号
を付している。すなわち図3に示す電力変換器において
はIGBT1と、検出抵抗2と、負荷3と、入力される
駆動信号に基づいてIGBT1をオン・オフさせる駆動
回路30とを備え、この駆動回路30はMOSFET1
1と、MOSFET12と、MOSFET21と、MO
SFET22と、電流検出回路23と、制御回路24
と、比較器31と、ディレー回路32と、アラーム回路
33と、アンド回路34とから構成されている。
のオン期間中に、何らかの要因でIGBT1のコレクタ
電流がその定格電流を超えても、例えば1〜2マイクロ
秒程度でその要因が消滅することがあり、この場合に
は、先述の如く電流検出回路23などによりIGBT1
のコレクタ電流を抑制すれば、IGBT1の破損が防止
できる。しかしながら、負荷3が短絡状態に陥ったとき
には前記コレクタ電流がIGBT1の短絡耐量以上流れ
ることが予想されるので、この電力変換器の動作を停止
させる、すなわちIGBT1のコレクタ電流を抑制状態
から零にして、IGBT1の破損を防止する必要があ
る。図3に示した駆動回路30における比較器31,デ
ィレー回路32,アラーム回路33,アンド回路34は
上述の目的を達成するために備えられている。
電圧が前記VR に達したときに動作をし、この動作の継
続時間をディレー回路32が監視をし、該継続時間が所
定の値(例えば、数マイクロ秒以上)を超えるとディレ
ー回路32が動作をし、この出力をアラーム回路33に
入力し、アラーム回路33では、一旦ディレー回路32
が動作をすると、1〜数ミリ秒程度これを保持した過電
流信号として、外部へ出力すると共に、この過電流信号
と前記駆動信号の論理積をアンド回路33で演算するこ
とにより、このアンド回路では該駆動信号がHighで
過電流信号が発生しているときには出力をLowにする
ことにより、IGBT1がターンオフ動作をして、IG
BT1のコレクタ電流を零にする。
ト電圧を減少させてコレクタ電流を制限して保護する機
能を内蔵したパワーデバイスの駆動回路を半導体集積回
路に内蔵する場合、従来はゲート駆動出力用トランジス
タの他にそのゲート電圧を直接クランプするための大面
積のトランジスタを必要としていたが、この駆動回路で
は余分な大面積のトランジスタが不要になり、チップサ
イズの増大を回避できる。
のゲートを直接駆動する第1トランジスタと第2トラン
ジスタとによって、定格電流範囲内での該パワーデバイ
スの通常のオン・オフ駆動ができるだけでなく、何らか
の要因で定格電流を大きく超えた電流が流れた場合に、
該パワーデバイスのゲート電圧を減少させて、該パワー
デバイスのコレクタ電流又はドレイン電流を制限し損傷
を防止する。
蔵する際、該パワーデバイスのゲート電圧を減少させる
ための特別なトランジスタが不要になり、通常のゲート
駆動出力段でこのゲート電圧を減少させる機能が実現で
きるため、チップサイズの増大を免れ、歩留り低下とチ
ップコストの増大を回避でき、特に、電流センス端子付
のパワーデバイスとその駆動回路とを一体化したIPM
に対して好適である。
路構成図
路構成図
路、11〜13…MOSFET、14…電流検出回路、
15…制御回路、16,17…プリドライバ、20…駆
動回路、21,22…MOSFET、23…電流検出回
路、24…制御回路、25…プリドライバ、26…ワン
ショット回路、30…駆動回路、31…比較器、32…
ディレー回路、33…アラーム回路、34…アンド回
路。
Claims (1)
- 【請求項1】半導体電力変換器の主回路を構成する電流
センス端子付のパワーデバイスの駆動回路であって、 該駆動回路には第1トランジスタと第2トランジスタと
第3トランジスタと第4トランジスタと電流検出回路と
制御回路とを備え、 前記駆動回路の電源の一端と前記パワーデバイスのソー
ス端子又はエミッタ端子との間に、第1トランジスタと
第2トランジスタとを直列に接続すると共に、第3トラ
ンジスタと第4トランジスタとを直列に接続し、 第1トランジスタと第2トランジスタの接続点と、前記
パワーデバイスのゲート端子とを接続し、 前記電流検出回路は前記パワーデバイスの電流センス端
子とソース端子又はエミッタ端子との間に接続される検
出抵抗の両端電圧が所定の値を超えたときにその偏差を
増幅し、この増幅値を該パワーデバイスがオン状態のと
きのみ出力し、 第3トランジスタと第4トランジスタの接続点と、前記
電流検出回路の出力と、第2トランジスタのゲート端子
又はベース端子とを接続し、 前記制御回路は入力される駆動信号に基づいて第1トラ
ンジスタと第3トランジスタとを交互にオン・オフさ
せ、第1トランジスタをオンさせた時から所定の期間の
み第4トランジスタをオンさせて第2トランジスタをオ
フさせた後、前記パワーデバイスがオン期間中は前記電
流検出回路の出力により第2トランジスタを駆動するこ
とを特徴とするパワーデバイスの駆動回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24737798A JP3601310B2 (ja) | 1997-11-06 | 1998-09-01 | パワーデバイスの駆動回路 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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JP30400997 | 1997-11-06 | ||
JP24737798A JP3601310B2 (ja) | 1997-11-06 | 1998-09-01 | パワーデバイスの駆動回路 |
Publications (2)
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JPH11195971A true JPH11195971A (ja) | 1999-07-21 |
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Family
ID=26538240
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24737798A Expired - Lifetime JP3601310B2 (ja) | 1997-11-06 | 1998-09-01 | パワーデバイスの駆動回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3601310B2 (ja) |
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-
1998
- 1998-09-01 JP JP24737798A patent/JP3601310B2/ja not_active Expired - Lifetime
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CN111066234A (zh) * | 2017-09-21 | 2020-04-24 | 新电元工业株式会社 | 开关元件控制电路以及功率模块 |
CN111066234B (zh) * | 2017-09-21 | 2023-05-26 | 新电元工业株式会社 | 开关元件控制电路以及功率模块 |
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---|---|
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