KR101986475B1 - 구동 장치 - Google Patents

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데츠야 하야시
아키노리 오쿠보
유이치 이와사키
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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

구동 장치에 있어서, 주 전류 경로에 주 스위칭 소자를 접속하고, 고전위측 스위칭 소자의 입력 단자와 저전위측 스위칭 소자의 출력 단자를 주 스위칭 소자의 제어 단자에 전기적으로 접속하고, 저전위측 스위칭 소자의 입력 단자와 주 스위칭 소자의 제어 단자 사이에 제1 저항을 접속하며, 제1 저항과 병렬로 제1 콘덴서를 접속하고, 제1 저항과 주 스위칭 소자의 제어 단자의 접속점과, 주 스위칭 소자의 고전위측 단자 사이에 제2 콘덴서를 접속한다.

Description

구동 장치
본 발명은 구동 장치에 관한 것이다.
종래부터 파워 반도체 소자를 구비한 반도체 회로로서 이하와 같은 회로가 알려져 있다. 환류 모드에서 드레인 단자로 유입되는 전체 전류 중, 주성분을 FET 전류로 하기 위해, 파워 반도체 소자의 역방향 동작 시의 전압을 게이트·드레인간 다이오드의 순방향 전압보다 낮게 하는 특성으로, 반도체 소자를 설계한다. 또한, 게이트·드레인간의 다이오드가 순바이어스되기 어렵게 하기 위해, 쇼트키 다이오드가 파워 반도체 소자의 게이트·드레인간에 설치된다(특허문헌 1).
일본 특허 공개 제2007-215389호 공보
그러나, 상기 반도체 회로는, 스위칭 손실의 저감과 서지 전압의 억제를 가능하게 하는 회로 구성은 아니었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 스위칭 손실을 저감하면서 서지 전압을 억제할 수 있는 구동 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 주 전류 경로에 주 스위칭 소자를 접속하고, 고전위측 스위칭 소자의 출력 단자와 저전위측 스위칭 소자의 입력 단자를 주 스위칭 소자의 제어 단자에 전기적으로 접속하고, 저전위측 스위칭 소자의 입력 단자와 주 스위칭 소자의 제어 단자 사이에 제1 저항을 접속하고, 제1 저항과 병렬로 제1 콘덴서를 접속하고, 제1 저항과 주 스위칭 소자의 제어 단자의 접속점과, 주 스위칭 소자의 고전위측 단자 사이에 제2 콘덴서를 접속함으로써 상기 과제를 해결한다.
본 발명은 스위칭 손실을 저감하면서 서지 전압을 억제할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 구동 장치의 회로도이다.
도 2a는, 도 1에 비해, 제1 스텝에 있어서의 전류의 도통 경로를 추가한 도면이다.
도 2b는, 도 1에 비해, 제2 스텝에 있어서의 전류의 도통 경로를 추가한 도면이다.
도 2c는, 도 1에 비해, 제3 스텝에 있어서의 전류의 도통 경로를 추가한 도면이다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 구동 장치의 회로도이다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 구동 장치의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 구동 장치의 회로도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 구동 장치의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 구동 장치의 회로도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 구동 장치의 회로도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 구동 장치의 회로도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
《제1 실시 형태》
도 1은, 본 실시 형태에 관한 구동 장치의 회로도이다. 본 실시 형태에 관한 구동 장치는, 인버터 또는 컨버터의 전력 변환 장치(스위칭 회로) 등에 사용된다. 구동 장치는, 전력 변환 회로에 포함되는 스위칭 소자의 온, 오프를 전환한다. 구동 장치는, 전력 변환 장치에 제한되지 않고, 스위칭 소자를 갖는 다른 장치에 사용되어도 된다.
전력 변환 장치는, 배터리로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다. 전력 변환 장치는, 복수의 스위칭 소자를 브리지 형상으로 접속된 인버터 회로를 갖고 있다. 인버터 회로는, 복수의 스위칭 소자의 직렬 회로를 복수 갖고 있고, 각 직렬 회로를 병렬로 접속한다. 예를 들어 3상의 인버터 회로인 경우에는, 직렬 회로는 3개 병렬로 접속된다. 그리고, 복수의 스위칭 소자의 접속점이, 3상 모터에 상마다 접속되어 있다.
도 1은, 1상분의 상부 암 회로의 스위칭 소자를 구동하는 구동 장치가 도시되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 관한 구동 장치는, 하부 암 회로의 스위칭 소자에 적용해도 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 구동 장치는, 스위칭 소자(1), 구동용 전원(2, 3), 푸시풀 회로(10), 저항(21), 콘덴서(31, 32) 및 신호 발생기(50)를 구비하고 있다.
스위칭 소자(1)는, 고전압, 고전류의 파워 반도체 소자이다. 스위칭 소자(1)는, 제어 단자, 고전위측 단자 및 저전위측 단자를 갖는 트랜지스터(MOSDET)이다. 스위칭 소자에는, Si 또는 SiC 등의 와이드 밴드 갭 반도체에 의해 형성된 스위칭 소자가 사용된다. 이하의 설명에서는, 스위칭 소자(1)를 MOSFET로 한 상태에서 설명한다. MOSFET의 드레인 단자(D)가 스위칭 소자(1)의 고전위측 단자가 되고, MOSFET의 소스 단자가 스위칭 소자(1)의 저전위측 단자가 되며, MOSFET의 게이트 단자가 스위칭 소자(1)의 제어 단자가 된다.
스위칭 소자(1)는, 주 전류 경로 중, 인버터 회로의 중성점과 급전 모선 사이의 배선에 접속되어 있다. 스위칭 소자(1)의 드레인 단자가 급전 모선에 접속되고, 스위칭 소자(1)의 소스 단자는 중성점 O에 접속되어 있다. 중성점 O는, 상부 암의 스위칭 소자(1)와 하부 암의 스위칭 소자의 접속점이다. 주 전류 경로는, 배터리로부터 급전 모선을 통하여 3상 배선까지의 경로이다. 3상 배선은, 인버터 회로의 각 상의 접속점과, 3상 모터의 입출력 단자를 접속한다.
푸시풀 회로(10)는, 스위칭 소자(1)를 구동하는 구동 회로이며, 트랜지스터(11)와 트랜지스터(12)를 갖고 있다. 트랜지스터(11)는, 고전위측의 스위칭 소자이며, NPN형 트랜지스터이다. 트랜지스터(12)는, 저전위측의 스위칭 소자이며, PNP형 트랜지스터이다. 트랜지스터(11, 12)에는, 예를 들어 IGBT가 사용된다. 트랜지스터(11, 12)는, 유니폴라 트랜지스터여도 되고, 바이폴라 트랜지스터여도 된다. 트랜지스터(11, 12)는, 신호 발생기로부터 송신되는 스위칭 신호에 의해, 온, 오프를 전환한다.
트랜지스터(11)와 트랜지스터(12)는, 서로의 전류의 도통 방향(순방향)을 반대 방향으로 하면서, 전기적으로 직렬로 접속되어 있다. 트랜지스터(11)의 콜렉터 단자는, 전원(2)의 정극에 접속되어 있다. 트랜지스터(11)의 이미터 단자는, 스위칭 소자(1)의 게이트 전극에 접속되어 있다. 트랜지스터(12)의 콜렉터 단자는 전원(3)의 부극에 접속되어 있다. 트랜지스터(12)의 이미터 단자는, 스위칭 소자(1)의 게이트 전극에 전기적으로 접속되어 있다. 트랜지스터(11, 12)의 베이스 단자는 신호 발생기(50)에 각각 접속되어 있다.
스위칭 소자(1)를 턴온하는 경우에는, 신호 발생기(50)가 온 신호를 트랜지스터(11)에 출력한다. 트랜지스터(11)가 온 상태가 되고, 게이트 전류가 트랜지스터(11)의 이미터 단자로부터 스위칭 소자(1)로 흐른다. 즉, 스위칭 소자(1)의 턴온 동작에 있어서, 트랜지스터(11)의 이미터 단자가 전류의 출력 단자가 된다.
또한, 스위칭 소자(1)를 턴오프하는 경우에는, 신호 발생기(50)가 오프 신호를 트랜지스터(12)에 출력한다. 트랜지스터(12)가 온 상태가 되며, 스위칭 소자(1)의 게이트 소스간에 챠지되어 있던 전하가 방전되고, 게이트 전류가 게이트 단자로부터 트랜지스터(12)의 이미터 단자로 흐른다. 즉, 스위칭 소자(1)의 턴오프 동작에 있어서, 트랜지스터(12)의 이미터 단자가 전류의 입력 단자가 된다.
전원(2)은, 트랜지스터(11)의 구동용 전원이다. 전원(3)은 트랜지스터(12)의 구동용 전원이다. 전원(2)의 부극 및 전원(3)의 정극은, 신호 발생기(50)와 중성점 O를 접속하는 배선으로 접속되어 있다.
저항(21)은, 트랜지스터(12)의 이미터 단자와 스위칭 소자(1)의 게이트 단자 사이에 접속되어 있다. 저항(21)은, 스위칭 소자(1)의 게이트 저항을 조정하기 위해서 접속되어 있다.
콘덴서(31)는 저항(21)에 대해 병렬로 접속되어 있다. 즉, 저항(21)과 콘덴서(31)의 병렬 회로가 트랜지스터(12)의 이미터 단자와 스위칭 소자(1)의 게이트 단자 사이에 접속되어 있다. 콘덴서(31)는, 스위칭 소자(1)의 게이트 저항을 조정하기 위해서 접속되어 있다.
콘덴서(32)는, 접속점 P와 스위칭 소자(1)의 게이트 단자 사이에 접속되어 있다. 접속점 P는, 저항(21)과 스위칭 소자(1)의 게이트 단자의 접속점이다. 즉, 콘덴서(32)는 스위칭 소자(1)의 기생 용량 Cgd에 대해 병렬로 접속되어 있다. 기생 용량 Cgd는, 스위칭 소자(1)의 게이트 드레인간의 기생 용량이다. 콘덴서(32)는, 스위칭 소자의 턴오프 시의 스위칭 속도를 조정하기 위해서 접속되어 있다.
스위칭 소자(1)는, MOSFET의 구조 상, 게이트 소스간에 기생 용량 Cgs를 갖고, 게이트 드레인간에 기생 용량 Cgd를 갖고 있다. 또한, 콘덴서(31)의 정전 용량(C1)과 콘덴서(32)의 정전 용량(C2)의 용량비(C1/C2: 정전 용량 C2에 대한 정전 용량 C1의 용량비)는, 기생 용량의 용량비(Cgs/Cgd)보다 크다. 즉, 콘덴서(31, 32)의 정전 용량 및 스위칭 소자(1)의 기생 용량 Cgs, Cgd는 하기 식 (1)을 만족하도록 설정되어 있다.
Figure 112018124449108-pct00001
신호 발생기(50)는, 트랜지스터(11)의 베이스 단자 및 트랜지스터(12)의 베이스 단자에 대해, 스위칭 신호를 출력한다. 신호 발생기(50)는, 트랜지스터(11)의 베이스 단자, 트랜지스터(12)의 베이스 단자 및 중성점 O에 접속되어 있다.
다음으로, 도 2a 내지 도 2c를 사용하여, 스위칭 소자(1)가 턴오프할 때의 회로 동작을 설명한다. 도 2a 내지 도 2c는, 도 1에 비해, 전류의 도통 경로를 추가한 도면이다. 전류의 도통 경로는 점선으로 나타내고 있다. 또한, 도 2a 내지 도 2c는, 스위칭 소자(1)가 턴오프할 때의 전류 흐름을 시계열로 도시하고 있다. 이하에 설명하는 바와 같이, 턴오프 시의 구동 장치의 회로 동작은 3개의 스텝으로 나뉜다. 도 2a는 제1 스텝에 있어서의 전류 경로를 도시하고 있으며, 도 2b는 제2 스텝에 있어서의 전류 경로를 도시하고 있고, 도 2c는 제3 스텝에 있어서의 전류 경로를 도시하고 있다.
스위칭 소자(1)가 온 상태에서, 신호 발생기(50)는, 트랜지스터(11)에 대해 오프 신호를 출력하고, 트랜지스터(12)에 대해 온 신호를 출력한다. 트랜지스터(11)는 오프 상태가 되고, 트랜지스터(12)는 온 상태가 된다. 트랜지스터(12)가 온 상태가 됨으로써, 스위칭 소자(1)의 게이트 단자로부터 트랜지스터(12)의 콜렉터 단자까지의 경로가 도통 상태로 된다. 그리고, 스위칭 소자(1)의 기생 용량 Cgs에 챠지되어 있던 전하가 방전된다.
스위칭 소자(1)의 게이트 단자와 트랜지스터(12)의 이미터 단자 사이에는, 저항(21)과 콘덴서(31)의 병렬 회로가 접속되어 있다. 콘덴서(31)의 임피던스는 저항(21)의 임피던스보다도 작다. 그 때문에, 기생 용량 Cgs에 챠지되어 있던 전하는 스위칭 소자(1)의 게이트 단자로부터 콘덴서(31)를 통과하고 트랜지스터(12)의 이미터 단자까지의 경로에서 추출된다. 그 때문에, 턴오프 개시 시의 게이트 전류는, 도 2a에 나타내는 경로로 흐른다. 즉, 턴오프 개시 직후(제1 스텝)의 게이트 전류는, 낮은 임피던스의 콘덴서(31)를 흐른다. 그 때문에, 스위칭 소자(1)의 전하를 고속으로 방전할 수 있다. 그 결과로서, 스위칭 속도를 높이면서, 스위칭 손실을 저감시킬 수 있다.
기생 용량 Cgs에 챠지되어 있던 전하 중, 콘덴서(31)의 정전 용량 상당의 전하가 방전되면, 콘덴서(31)의 임피던스가 저항(21)의 임피던스보다 높아진다. 즉, 제1 스텝 후의 제2 스텝에서는, 게이트 전류의 경로는, 스위칭 소자(1)의 게이트 단자로부터 저항(21)을 통해 트랜지스터(12)의 이미터 단자까지의 경로로 전환된다(도 2b를 참조). 기생 용량 Cgs에 챠지되어 있던 전하는, 저항(21)을 통과하는 경로에 의해, 낮은 속도로 추출된다. 이 때문에, 과잉으로 스위칭 속도가 높아지는 것을 억제하면서, 서지 전압을 억제할 수 있다.
스위칭 소자(1)의 드레인 단자와 소스 단자에는, 주 전류 경로가 되는 배선이 각각 접속되어 있고, 당해 배선은 기생 인덕턴스를 포함하고 있다. 그 때문에, 스위칭 소자(1)의 턴오프 시에는, 드레인 소스간에서 서지 전압이 발생된다. 또한, 스위칭 소자(1)의 게이트 단자와 트랜지스터(12)의 이미터 단자간에 임피던스를 낮춤으로써 스위칭 속도가 높아지면, 서지 전압은 더욱 높아진다.
드레인 소스간에서 서지 전압이 변화하면, 콘덴서(32)는 양의 전하를 스위칭 소자(1)의 게이트 단자에 공급한다. 즉, 제2 스텝 후의 제3 스텝에서는, 도 2c에 나타내는 바와 같이, 스위칭 소자(1)의 게이트 드레인간에 전류 경로가 형성되고, 콘덴서(32)의 전하가 스위칭 소자의 게이트 단자에 공급된다. 이 때, 드레인 소스간의 서지 전압의 변화량이 양인 경우에, 양의 전하가, 콘덴서(32)로부터 스위칭 소자(1)의 게이트에 공급된다. 이 때문에, 서지 전압의 변화량에 따라, 스위칭 속도를 억제할 수 있다. 그의 결과로서, 서지 전압을 억제할 수 있다.
제3 스텝에 의해, 콘덴서(32)의 전하가 스위칭 소자의 게이트 단자에 공급되면, 스위칭 소자(1)의 게이트 전압이 높아지기 때문에, 스위칭 소자(1)가 잘못하여 턴온할 가능성이 있다(셀프 턴 현상이 생길 가능성이 있음).
본 실시 형태에서는, 스위칭 소자(1)의 셀프 턴 현상을 방지하기 위해서, 콘덴서(31)의 정전 용량과 콘덴서(32)의 정전 용량이, 스위칭 소자(1)의 기생 용량(Cgs, Cgd)에 대해, 상기 식 (1)을 만족하도록 설정되어 있다. 스위칭 소자(1)의 게이트 드레인간의 정전 용량은, 콘덴서(32)와 기생 용량 Cgd를 병렬 접속했을 때의 합성 용량이 되고, 게이트 소스간의 정전 용량은, 콘덴서(31)와 기생 용량 Cgs를 병렬 접속했을 때의 합성 용량이 된다. 그리고, 각 콘덴서의 용량이 식 (1)의 조건을 만족시킴으로써, 드레인 소스간의 전압이 변화된 경우에, 게이트 소스간의 전압을 낮출 수 있다. 이 때문에, 스위칭 소자(1)의 셀프 턴 현상을 방지할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 실시 형태에 관한 구동 장치는, 주 전류 경로에 스위칭 소자(1)를 접속하고, 트랜지스터(11)의 이미터 단자와 트랜지스터(12)의 이미터 단자를 스위칭 소자(1)의 게이트 단자에 전기적으로 접속한다. 구동 장치는, 트랜지스터(12)의 이미터 단자와 스위칭 소자(1)의 게이트 단자 사이에 저항(21)을 접속하고, 저항(21)과 병렬로 콘덴서(31)를 접속하고, 저항(21)과 게이트 단자의 접속점 P와 스위칭 소자(1)의 드레인 단자 사이에 콘덴서(32)를 접속한다. 이 때문에, 스위칭 손실을 저감하면서 서지 전압을 억제할 수 있다.
즉, 콘덴서(31)가 저항(21)과 병렬로 접속됨으로써, 턴오프 시의 게이트 저항이 억제되어, 스위칭 속도를 높일 수 있다. 한편, 스위칭 속도를 높임으로써 서지 전압도 커지기 때문에, 저항(21)을 스위칭 소자의 게이트 단자와 트랜지스터(12)의 이미터 단자 사이에 접속한다. 이 때문에, 제2 스텝에서, 스위칭 속도를 억제할 수 있다. 또한, 제1 스텝에 있어서의 스위칭 속도의 증가는 드레인 소스간의 서지 전압의 발생 원인이 된다. 본 실시 형태에서는, 접속점 P와 드레인 단자 사이에 콘덴서(32)를 접속한다. 그 때문에, 드레인 소스간에 있어서의 서지 전압이 변화하면, 콘덴서(32)가 게이트에 대해 전하를 공급하기 때문에, 스위칭 속도를 억제할 수 있다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 스위칭 소자(1)의 턴오프 동작에 있어서, 제1 스텝에서 스위칭 속도를 높이고, 스위칭 속도를 높임으로써 발생되는 서지 전압을, 제2 스텝의 회로 동작 및 제3 스텝의 회로 동작에서 억제하고 있다. 이 때문에, 스위칭 손실의 저감과 서지 전압의 억제를 양립시킬 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 콘덴서(31)의 정전 용량(C1), 콘덴서(32)의 정전 용량(C2), 스위칭 소자(1)의 기생 용량(Cgs), 및 스위칭 소자(1)의 기생 용량(Cgd)이 식 (1)을 만족하도록 설정되어 있다. 이 때문에, 스위칭 소자(1)가 잘못하여 턴온하는 것을 억제할 수 있다.
《제2 실시 형태》
도 3은, 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 구동 장치의 회로도이다. 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태에 비해, 다이오드(41)를 구비하는 점이 상이하다. 이 이외의 구성은 상술한 제1 실시 형태와 동일하고, 그 기재를 원용한다.
본 실시 형태에 관한 구동 장치는, 스위칭 소자(1) 등 이외에도, 다이오드(41)를 구비하고 있다. 다이오드(41)는, 접속점 P1과 스위칭 소자(1)의 드레인 단자 사이에서, 콘덴서(32)에 대해 직렬로 접속되어 있다. 다이오드(41)의 애노드 단자가 콘덴서(32)에 접속되고, 다이오드(41)의 캐소드 단자가 접속점 P에 접속되어 있다. 즉, 다이오드(41)의 순방향이 스위칭 소자(1)의 드레인으로부터 게이트를 향하는 방향이 되도록, 다이오드(41)는 콘덴서(32)와 직렬로 접속되어 있다.
스위칭 소자(1)의 턴오프 동작에 있어서, 제3 스텝에서는, 드레인 소스간의 서지 전압의 변화에 따라, 콘덴서(32)의 전하가 스위칭 소자(1)의 게이트에 공급된다. 콘덴서(32)와 다이오드(41)의 직렬 접속에 의해, 드레인 소스간의 전압 변화량이 양인 경우에, 양의 전하가 스위칭 소자(1)의 게이트에 공급되고, 드레인 소스간의 전압 변화량이 음인 경우에, 양의 전하가 스위칭 소자(1)의 게이트에 공급되지 않는다. 이 때문에, 서지 전압을 억제할 수 있다.
《제3 실시 형태》
도 4는, 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 구동 장치의 회로도이다. 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태에 비해, 저항(22)을 구비하는 점이 상이하다. 이 이외의 구성은 상술한 제1 실시 형태와 동일하고, 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태의 기재를 적절하게 원용한다.
본 실시 형태에 관한 구동 장치는, 스위칭 소자(1) 등 이외에도,저항(22)을 구비하고 있다. 저항(22)은, 트랜지스터(11)의 이미터 단자와 스위칭 소자(1)의 게이트 단자 사이에 접속되어 있다. 저항(21)과 저항(22)의 접속점 Q는, 접속점 P에 접속되어 있다. 접속점 Q는, 푸시풀 회로(10)로부터 게이트 신호를 보내는 제어 라인을, 턴온용 라인과, 턴오프용 라인으로 분기하는 분기점이 된다. 턴온용 라인은 트랜지스터(11)의 이미터 단자와 스위칭 소자(1)의 게이트 단자를 접속한다. 턴오프용 라인은, 트랜지스터(12)의 이미터 단자와 스위칭 소자(1)의 게이트 단자를 접속한다. 그리고, 저항(22)은 턴온용 라인에 접속되어 있고, 저항(21)과 콘덴서(31)의 병렬 회로가 턴오프용 라인에 접속되어 있다.
이 때문에, 본 실시 형태에서는, 저항(22)이 스위칭 소자(1)의 턴온 시에 게이트 저항으로서 작용하기 때문에, 저항(22)의 저항값을 설정함으로써, 턴온 시의 스위칭 속도를 조정할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 구동 장치는, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 다이오드(41)를 구비해도 된다.
《제4 실시 형태》
도 5는, 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 구동 장치의 회로도이다. 본 실시 형태에서는, 제3 실시 형태에 비해, 콘덴서(33)를 구비하는 점이 상이하다. 이외의 구성은 상술한 제3 실시 형태와 동일하고, 제1 내지 제3 실시 형태의 기재를 적절하게 원용한다.
본 실시 형태에 관한 구동 장치는, 스위칭 소자(1) 등 이외에도, 콘덴서(33)를 구비하고 있다. 콘덴서(33)는 저항(22)과 병렬로 접속되어 있다.
스위칭 소자(1)가 턴오프할 때의 회로 동작을 설명한다. 스위칭 소자(1)가 오프 상태에서, 신호 발생기(50)가, 트랜지스터(11)에 대해 온 신호를 출력하고, 트랜지스터(12)에 대해 오프 신호를 출력한다. 트랜지스터(11)가 온 상태가 됨으로써, 전원(2)은, 트랜지스터(11)을 통하여, 스위칭 소자(1)에 게이트 전류를 흘린다.
스위칭 소자(1)의 게이트 단자와 트랜지스터(11)의 이미터 단자 사이에는, 저항(22)과 콘덴서(33)의 병렬 회로가 접속되어 있다. 콘덴서(33)의 임피던스는 저항(22)의 임피던스보다도 작다. 그 때문에, 트랜지스터(11)가 온 상태가 되면, 게이트 전류는, 트랜지스터(11)의 이미터 단자로부터 콘덴서(33)를 통해 스위칭 소자(1)의 게이트 단자에 흐른다. 이 때문에, 턴온 시의 스위칭 속도를 높일 수 있다. 또한, 스위칭 소자(1)의 턴온 시의 동작 지연을 단축하여, 데드 타임을 삭감할 수 있다. 그 결과적으로, 제어의 안전성을 확보하면서, 스위칭 손실을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 구동 장치는, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 다이오드(41)를 구비해도 된다.
《제5 실시 형태》
도 6은, 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 구동 장치의 회로도이다. 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태에 비해, 저항(23)을 구비하는 점이 상이하다. 이 이외의 구성은 상술한 제1 실시 형태와 동일하고, 제1 내지 제4 실시 형태의 기재를 원용한다.
본 실시 형태에 관한 구동 장치는, 스위칭 소자(1) 등 이외에도, 저항(23)을 구비하고 있다. 저항(23)은, 콘덴서(33)와 직렬로 접속되어 있다. 저항(23)의 일단은, 저항(22)과 콘덴서(33)의 병렬 회로에 접속되고, 저항(23)의 타단은 접속점 P에 접속되어 있다.
본 실시 형태에서는, 트랜지스터(11)의 이미터 단자와 스위칭 소자(1)의 게이트 단자 사이에, 저항(22)과 콘덴서(33)의 병렬 회로를 접속함으로써, 임피던스를 낮추고 있다. 또한, 이미터 단자와 게이트 단자 사이에, 저항(23)을 접속함으로써, 게이트 저항을 높이고 있다. 즉, 콘덴서(33)의 접속이, 스위칭 소자(1)의 스위칭 속도를 높게 하면서, 저항(23)의 접속이, 스위칭 속도를 낮게 하고 있다.
이 때문에, 스위칭 소자(1)의 턴온 동작에 있어서, 초기의 스위칭 속도를 콘덴서(33)의 정전 용량으로 정하면서, 저항(23)의 저항값의 설정에 의해, 초기의 스위칭 속도를 조정할 수 있다. 그 결과로서, 스위칭 소자(1)의 턴온 동작에 의해 발생하는 전자계 노이즈를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 구동 장치는, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 다이오드(41)를 구비해도 된다.
《제6 실시 형태》
도 7은, 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 구동 장치의 회로도이다. 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태에 비해, 콘덴서(34)를 구비하는 점이 상이하다. 이 이외의 구성은 상술한 제1 실시 형태와 동일하고, 제1 내지 제5 실시 형태의 기재를 적절하게 원용한다.
본 실시 형태에 관한 구동 장치는, 스위칭 소자(1) 등 이외에도, 콘덴서(34)를 구비하고 있다. 콘덴서(34)는 트랜지스터(11)의 이미터 단자와 트랜지스터(12)의 이미터 단자 사이에 접속되어 있다. 콘덴서(34)의 일단은 트랜지스터(11)의 이미터 단자에 접속되어 있고, 콘덴서(34)의 타단은 트랜지스터(12)의 이미터 단자와 저항(21)에 접속되어 있다. 또한, 콘덴서(34)는, 푸시풀 회로(10)의 구성 일부가 되고 있다.
이 때문에, 스위칭 소자(1)의 턴온 시의 동작 지연 및 스위칭 소자(1)의 턴오프 시의 동작 지연을 각각 단축하여, 데드 타임을 삭감할 수 있다. 그 결과로서, 제어의 안전성을 확보하면서, 스위칭 손실을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 구동 장치는, 제2 실시 형태와 마찬가지로 다이오드(41)를 구비해도 된다. 또한 본 실시 형태에 관한 구동 장치는, 제3 실시 형태와 마찬가지로 저항(22)을 구비해도 된다. 또한 본 실시 형태에 관한 구동 장치는, 제4 실시 형태와 마찬가지로 저항(22) 및 콘덴서(33)를 구비해도 된다. 또한 본 실시 형태에 관한 구동 장치는, 제5 실시 형태와 마찬가지로 저항(22, 23) 및 콘덴서(33)를 구비해도 된다.
《제7 실시 형태》
도 8은, 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 구동 장치의 회로도이다. 본 실시 형태에서는, 제5 실시 형태에 비해, 저항(24)을 구비하는 점이 상이하다. 이 이외의 구성은 상술한 제1 실시 형태와 동일하고, 제1 내지 제6 실시 형태의 기재를 원용한다.
본 실시 형태에 관한 구동 장치는, 스위칭 소자(1) 등 이외에도, 저항(24)을 구비하고 있다. 저항(24)은, 콘덴서(31)와 직렬로 접속되어 있다. 저항(24)의 일단은, 저항(21)과 콘덴서(31)의 병렬 회로에 접속되고, 저항(24)의 타단은 트랜지스터(12)의 이미터 단자에 접속되어 있다.
본 실시 형태에서는, 트랜지스터(12)의 이미터 단자와 스위칭 소자(1)의 게이트 단자 사이에, 저항(21)과 콘덴서(31)의 병렬 회로를 접속함으로써, 임피던스를 낮추고 있다. 또한, 이미터 단자와 게이트 단자 사이에, 저항(24)이 접속됨으로써, 게이트 저항을 높이고 있다. 즉, 콘덴서(31)의 접속이, 스위칭 소자(1)의 스위칭 속도를 높게 하면서, 저항(24)의 접속이 스위칭 속도를 낮게 하고 있다.
이 때문에, 스위칭 소자(1)의 턴오프 동작에 있어서, 초기의 스위칭 속도를 콘덴서(31)의 정전 용량으로 정하면서, 저항(24)의 저항값의 설정에 의해, 스위칭 속도를 조정할 수 있다. 그 결과로서, 스위칭 소자(1)의 턴오프 동작에 의해 발생되는 전자계 노이즈를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 구동 장치는, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 다이오드(41)를 구비해도 된다. 또한 본 실시 형태에 관한 구동 장치는, 제6 실시 형태와 마찬가지로, 콘덴서(34)를 구비해도 된다.
《제8 실시 형태》
도 9는, 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 구동 장치의 회로도이다. 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태에 비해, 콘덴서(35)를 구비하는 점이 상이하다. 이것 이외의 구성은 상술한 제1 실시 형태와 동일하고, 제1 내지 제7 실시 형태의 기재를 적절하게 원용한다.
본 실시 형태에 관한 구동 장치는, 스위칭 소자(1) 등 이외에도, 콘덴서(35)를 구비하고 있다. 콘덴서(35)는 스위칭 소자(1)의 기생 용량 Cgs에 대해 병렬로 접속되어 있다. 콘덴서(35)의 일단은, 접속점 P에 접속되어 있다. 콘덴서(35)의 타단은, 중성점 O와 전원(3)의 정극을 연결시키는 배선에 접속되어 있다.
스위칭 소자(1)의 게이트 소스간의 정전 용량은, 기생 용량 Cgs와 콘덴서(35)를 병렬 접속했을 때의 합성 용량이 된다. 드레인 소스간의 전압이 변화된 경우에, 게이트 전압은 스위칭 소자(1)의 게이트 드레인간의 정전 용량과, 게이트 소스간의 정전 용량의 용량비로 결정된다. 본 실시 형태에서는, 기생 용량 Cgs에 대해 콘덴서(35)를 병렬 접속함으로써, 게이트 전압을 내리는 용량비로 설정되어 있다. 이 때문에, 드레인 소스간의 전압이 변화된 경우에, 게이트 소스간의 전압을 내릴 수 있어, 스위칭 소자(1)의 셀프 턴 현상을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 구동 장치는, 제2 실시 형태와 마찬가지로 다이오드(41)를 구비해도 된다. 또한 본 실시 형태에 관한 구동 장치는, 제3 실시 형태와 마찬가지로 저항(22)을 구비해도 된다. 또한 본 실시 형태에 관한 구동 장치는, 제4 실시 형태와 마찬가지로 저항(22) 및 콘덴서(33)를 구비해도 된다. 또한 본 실시 형태에 관한 구동 장치는, 제5 실시 형태와 마찬가지로 저항(22, 23) 및 콘덴서(33)를 구비해도 된다. 또한 본 실시 형태에 관한 구동 장치는, 제6 실시 형태와 마찬가지로 콘덴서(34)를 구비해도 된다. 또한 본 실시 형태에 관한 구동 장치는, 제7 실시 형태와 마찬가지로 저항(24)을 구비해도 된다.
또한, 각 실시 형태에 있어서 추가된 회로 소자는, 다른 실시 형태에 관한 구동 장치에 적절히 설치해도 된다.
1: 스위칭 소자
11, 12: 트랜지스터
21 내지 24: 저항
31 내지 35: 콘덴서
41: 다이오드
50: 신호 발생기
Cgd: 기생 용량
Cgs: 기생 용량
O: 중성점
P, Q: 접속점

Claims (9)

  1. 고전위측 단자, 저전위측 단자, 및 제어 단자를 갖고, 주 전류 경로에 접속되는 주 스위칭 소자와,
    고전위측 스위칭 소자와 저전위측 스위칭 소자를 갖고, 상기 고전위측 스위칭 소자의 출력 단자와 상기 저전위측 스위칭 소자의 입력 단자를 상기 제어 단자에 전기적으로 접속하는 푸시풀 회로와,
    상기 저전위측 스위칭 소자의 입력 단자와 상기 제어 단자 사이에 접속되는 제1 저항과,
    상기 제1 저항과 병렬로 접속되는 제1 콘덴서와,
    상기 제1 저항과 상기 제어 단자의 접속점과, 상기 고전위측 단자 사이에 접속되는 제2 콘덴서를 구비하고,
    Figure 112018124673972-pct00014

    식 (1)을 만족하는 구동 장치.
    단, C1은 상기 제1 콘덴서의 정전 용량을 나타내고, C2는 상기 제2 콘덴서의 정전 용량을 나타내고, Ca는 상기 제어 단자와 상기 저전위측 단자 사이에서, 상기 주 스위칭 소자의 기생 용량을 나타내고, Cb는 상기 제어 단자와 고전위측 단자 사이에서, 상기 주 스위칭 소자의 기생 용량을 나타낸다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 주 스위칭 소자의 턴오프 시의 회로 동작에 있어서,
    상기 제어 단자로부터 상기 저전위측 스위칭 소자에 흐르는 제어 전류는, 상기 제어 단자로부터 상기 제1 콘덴서를 통해 상기 저전위측 스위칭 소자의 입력 단자에 흐르고,
    상기 제1 콘덴서의 임피던스가 상기 제1 저항의 임피던스보다 높아지면, 상기 제어 전류의 전류 경로가 상기 제1 콘덴서로부터 상기 제1 저항으로 전환되고,
    상기 제어 전류의 전류 경로가 상기 제1 콘덴서로부터 상기 제1 저항으로 전환되어 상기 제어 전류가 상기 제1 저항으로 흐른 후에, 상기 제2 콘덴서에 챠지된 전하가 상기 제어 단자에 공급되는 구동 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 콘덴서와 직렬로 접속되는 다이오드를 구비하는, 구동 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 고전위측 스위칭 소자의 출력 단자와 상기 제어 단자 사이에 접속되는 제2 저항을 구비하는, 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 저항과 병렬로 접속되는 제3 콘덴서를 구비하는, 구동 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제3 콘덴서와 직렬로 접속되는 제3 저항을 구비하는, 구동 장치.
  7. 고전위측 단자, 저전위측 단자, 및 제어 단자를 갖고, 주 전류 경로에 접속되는 주 스위칭 소자와,
    고전위측 스위칭 소자와 저전위측 스위칭 소자를 갖고, 상기 고전위측 스위칭 소자의 출력 단자와 상기 저전위측 스위칭 소자의 입력 단자를 상기 제어 단자에 전기적으로 접속하는 푸시풀 회로와,
    상기 저전위측 스위칭 소자의 입력 단자와 상기 제어 단자 사이에 접속되는 제1 저항과,
    상기 제1 저항과 병렬로 접속되는 제1 콘덴서와,
    상기 제1 저항과 상기 제어 단자의 접속점과, 상기 고전위측 단자 사이에 접속되는 제2 콘덴서와,
    상기 고전위측 스위칭 소자의 출력 단자와 상기 저전위측 스위칭 소자의 입력 단자 사이에 접속되는 제4 콘덴서를 구비하고,
    상기 제4 콘덴서의 일단은 상기 고전위측 스위칭 소자의 출력 단자에 접속되고, 상기 제4 콘덴서의 타단은 상기 저전위측 스위칭 소자의 입력 단자와 상기 제1 저항에 접속되어 있는 구동 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 콘덴서와 직렬로 접속되는 제4 저항을 구비하는 구동 장치.
  9. 고전위측 단자, 저전위측 단자, 및 제어 단자를 갖고, 주 전류 경로에 접속되는 주 스위칭 소자와,
    고전위측 스위칭 소자와 저전위측 스위칭 소자를 갖고, 상기 고전위측 스위칭 소자의 출력 단자와 상기 저전위측 스위칭 소자의 입력 단자를 상기 제어 단자에 전기적으로 접속하는 푸시풀 회로와,
    상기 저전위측 스위칭 소자의 입력 단자와 상기 제어 단자 사이에 접속되는 제1 저항과,
    상기 제1 저항과 병렬로 접속되는 제1 콘덴서와,
    상기 제1 저항과 상기 제어 단자의 접속점과, 상기 고전위측 단자 사이에 접속되는 제2 콘덴서와,
    상기 제어 단자와 상기 저전위측 단자 사이의 상기 주 스위칭 소자의 기생 용량에 대해, 병렬로 접속되는 제5 콘덴서를 구비하는 구동 장치.
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