WO2012157118A1

WO2012157118A1 - 電圧駆動型素子を駆動する駆動装置

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Publication number: WO2012157118A1
Application number: PCT/JP2011/061563
Authority: WO
Inventors: 真樹早稲倉
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2011-05-19
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2012-11-22
Also published as: EP2712086B1; US20140062541A1; US8717068B2; CN102893525B; CN102893525A; JPWO2012157118A1; EP2712086A4; EP2712086A1; JP5168413B2

Abstract

　駆動装置の制御部は、フィードバック端子と電圧駆動型素子のゲート抵抗の間の電気的な接続が確保されている場合には、フィードバック端子の電圧を利用して電圧駆動型素子のゲート抵抗に供給される電圧を制御可能に構成されている。駆動装置の制御部はさらに、フィードバック端子と電圧駆動型素子のゲート抵抗の間の電気的な接続が確保されていない場合には、出力端子の電圧を利用して電圧駆動型素子のゲート抵抗に供給される電圧を制御可能に構成されている。

Description

電圧駆動型素子を駆動する駆動装置

　本発明は、電圧駆動型素子を駆動する駆動装置に関する。

　電圧駆動型素子は、駆動電圧を用いて特定機能を発揮することが可能な素子であり、様々な用途で広く用いられている。電圧駆動型素子の一例には、絶縁ゲートを備える電圧駆動型スイッチング素子が知れられている。電圧駆動型スイッチング素子は、絶縁ゲートに供給されるゲート電圧（駆動電圧の一例）に基づいて電流値を制御するものであり、例えば直流電圧を交流電圧に変換するインバータ装置に用いられている。電圧駆動型スイッチング素子の一例には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を含むパワー半導体スイッチング素子が挙げられる。

　このような電圧駆動型素子を駆動するために、電圧駆動型素子には駆動装置が接続されている。駆動装置は、電圧駆動型素子に供給する駆動電圧を制御するように構成されている。例えば、駆動装置は、電圧駆動型素子のオン・オフを指示する制御信号に基づいて駆動電圧を制御することができる。駆動装置はまた、電圧駆動型素子の駆動状態を示す信号、又は外部環境の状態を示す信号に基づいて駆動電圧を制御することができる。

　このような駆動装置では、高精度な駆動電圧を生成する技術の開発が望まれている。駆動装置で生成される駆動電圧の精度が低いと、その駆動電圧の精度を考慮して電圧駆動型素子の駆動条件を設定しなければならない。このため、駆動電圧の精度が低いと、最適な条件で電圧駆動型素子を駆動することができない。この結果、例えば、電圧駆動型素子のサージ電圧の増大、又は電圧駆動型素子の電力損失の悪化という問題が発生してしまう。

　特開２００６－３２４９６３号公報には、高精度な駆動電圧を生成することが可能な駆動装置の一例が開示されている。この公報に開示される技術は、電圧駆動型素子のゲート抵抗に供給される駆動電圧をフィードバック制御し、高精度な駆動電圧を生成することを特徴としている。具体的には、駆動電圧を高精度な参照電圧と比較し、その比較結果に基づいて駆動電圧が制御されている。この駆動装置は、高精度な駆動電圧を生成することができることから、多くの用途で有用な結果を提供することができる。

　駆動装置の出力端子が電圧駆動型素子のゲート抵抗に直接的に接続されていれば、出力端子の電圧をフィードバック制御することによって、ゲート抵抗に供給される駆動電圧を高精度に制御することができる。しかしながら、駆動装置の出力端子と電圧駆動型素子のゲート抵抗の間に、必要に応じてある種の回路を設けたいことがある。例えば、駆動装置の出力端子と電圧駆動型素子のゲート抵抗の間に電流増幅回路を設け、大容量の電圧駆動型素子を駆動したいことがある。

　このような場合、駆動装置の出力端子と電圧駆動型素子のゲート抵抗が電流増幅回路を介して間接的に接続される。このため、電圧駆動型素子のゲート抵抗に供給される駆動電圧を高精度にフィードバック制御するためには、出力端子とは別に、電圧駆動型素子のゲート抵抗に直接的に接続されるフィードバック端子を設ける必要がある。このように、出力端子とフィードバック端子が別々に設けられていると、フィードバック端子がオープンになったときに、フィードバック制御が不能となり、駆動電圧が電源電圧にまで上昇するという問題が発生する。なお、出力端子とフィードバック端子を別々に設けたい理由は様々であり、上記電流増幅回路はその一例である。例えば、フェードバック経路にのみ回路素子を設けたいこともあり、このような場合でも出力端子とフィードバック端子を別々に設けることが望まれる。その一例には、フィードバック経路にのみ外部抵抗を設けてフィードバックの調整をする回路、フィードバック経路にのみ外部抵抗及びコンデンサの並列回路を設けて位相補償する回路が挙げられる。

　本願明細書で開示される技術は、出力端子とは別に設けられたフィードバック端子がオープンになった場合でも、フィードバック制御が維持される技術を提供することを目的としている。

　本明細書で開示される駆動装置は、フィードバック端子がオープンになった場合でも、フィードバック制御が維持されるような経路が確保されていることを特徴としている。本明細書で開示される駆動装置では、フィードバック端子と電圧駆動型素子のゲート抵抗の間の電気的な接続が確保されている場合（正常状態）には、フィードバック端子の電圧をフィードバック制御し、電圧駆動型素子のゲート抵抗に供給される駆動電圧を制御することが可能である。一方、フィードバック端子と電圧駆動型素子のゲート抵抗の間の電気的な接続が確保されていない場合（異常状態）には、出力端子の電圧をフィードバック制御し、電圧駆動型素子のゲート抵抗に供給される駆動電圧を制御することが可能である。このように、本明細書で開示される駆動装置では、正常状態と異常状態のいずれにおいてもフィードバック制御が行われており、電圧駆動型素子に供給される駆動電圧が電源電圧にまで上昇するという事態が回避可能に構成されている。

図１は、インバータ装置の構成を示す。図２は、第１実施例の駆動装置の概要を示す。図３は、第１実施例の駆動装置の構成を示す（電流増幅回路が接続されていない場合）。図４は、第１実施例の駆動装置の構成を示す（電流増幅回路が接続されている場合）。図５は、第１実施例の駆動装置の変形例の構成を示す。図６は、第２実施例の駆動装置の構成を示す。図７は、第２実施例の駆動装置の一つの変形例の構成を示す。図８は、第２実施例の駆動装置の一つの変形例の構成を示す。

　本明細書で開示される駆動装置は、電圧駆動型素子を駆動するために用いられる。ここで、電圧駆動型素子は、駆動電圧を用いて特定機能を発揮することが可能な素子である。電圧駆動型素子は、絶縁ゲートを有する電圧駆動型スイッチング素子であってもよく、特にパワー半導体スイッチング素子であってもよい。パワー半導体スイッチング素子には、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、サイリスタが含まれる。駆動装置は、第１接続端子とフィードバック端子と第２接続端子とスイッチング素子と制御部とを備えていてもよい。第１接続端子は、電圧駆動型素子のゲート抵抗に接続可能に構成されている。ここで、第１接続端子は、電圧駆動型素子のゲート抵抗に対して直接的に接続されていてもよく、他の回路を介して間接的に接続されていてもよい。フィードバック端子も、電圧駆動型素子のゲート抵抗に接続可能に構成されている。フィードバック端子は、電圧駆動型素子のゲート抵抗に対して直接的に接続されているのが望ましい。第２接続端子は、駆動電源に接続可能に構成されている。第２接続端子は、駆動電源に対して直接的に接続されていてもよく、他の回路を介して間接的に接続されていてもよい。スイッチング素子は、第１入出力電極が第１接続端子に接続されており、第２入出力電極が第２接続端子に接続されている。スイッチング素子の一例には、絶縁ゲートを有する電圧駆動型スイッチング素子が含まれる。スイッチング素子には、スイッチング速度の速い素子が用いられるのが望ましい。このため、スイッチング素子には、ＭＯＳＦＥＴが用いられるのが望ましい。制御部は、スイッチング素子の制御電極に接続されており、スイッチング素子の制御電極に入力する電圧を制御する。制御部は、誤差増幅器と参照電源と抵抗部を有していてもよい。誤差増幅器は、一方の入力端子が参照電源に接続されており、他方の入力端子がフィードバック端子に接続されており、出力端子がスイッチング素子の制御電極に接続されている。誤差増幅器は、２つの入力端子間の誤差を増幅して出力するように構成されているのが望ましい。誤差増幅器には、一例としてオペアンプが含まれる。また、誤差増幅器には、他の一例としてＡ／Ｄコンバータとデジタル信号処理回路とＤ／Ａコンバータで構成される回路が含まれる。抵抗部は、一端が第１接続端子に接続されており、他端が誤差増幅器の他方の入力端子とフィードバック端子の間の配線に接続されている。抵抗部には、抵抗成分を有する様々な素子を用いることができ、固定抵抗であってもよく、可変抵抗であってもよい。例えば、抵抗部には、固定抵抗素子を用いてもよく、順方向に接続されるダイオードを用いてもよい。上記駆動装置では、フィードバック端子がオープンになっても、抵抗部を介して第１接続端子の電圧がフィードバック制御されるので、フィードバック制御が不能となる事態が回避可能に構成されている。

　本願明細書で開示される駆動装置では、制御部がスイッチをさらに有しているのが望ましい。スイッチは、一端が第２接続端子に接続されており、他端がスイッチング素子の制御電極に接続されている。この駆動装置では、スイッチが閉じると、スイッチング素子の第２入出力電極と制御電極が短絡するので、スイッチング素子がオフとなる。このため、スイッチが閉じたときは、電圧駆動型素子への駆動電圧の供給が停止する。一方、スイッチが開くと、スイッチング素子がオンとなり、電圧駆動型素子への駆動電圧の供給が行われる。この駆動装置では、制御部のオン／オフを切換えるためのスイッチが、第２接続端子とスイッチング素子の制御端子の間に配置されており、フィードバック経路に設けられていないことを特徴としている。一般的に、スイッチは、その抵抗成分にばらつきがあることから、そのようなスイッチがフィードバック経路に設けられていると、駆動装置毎のフィードバック特性もばらつく可能性がある。本願明細書で開示される駆動装置では、制御部のオン／オフを切換えるためのスイッチがフィードバック経路に設けられていないことから、電圧駆動型素子に供給される駆動電圧を高精度にフィードバック制御することが可能になる。

　本願明細書で開示される駆動装置では、スイッチが電圧駆動型素子のターンオンに同期して開いてもよい。ここでいう「同期する」とは、典型的には、電圧駆動型素子又は駆動装置に求められる制御精度の範囲内で時間が完全に一致する場合を含む。また、共通の信号に基づいて動作する場合も、ここでいう「同期する」に含まれる。例えば、スイッチの開閉を指示する信号と電圧駆動型素子のターンオンを指示する信号が共通の場合は、ここでいう「同期する」に含まれており、信号が共通する限りにおいて、スイッチが開閉するタイミングと電圧駆動型素子がターンオンするタイミングが不一致であってもここでいう「同期する」に含まれる。電圧駆動型素子のサージ電圧及びスイッチング損失は、電圧駆動型素子のスイッチング速度に強く影響する。このため、電圧駆動型素子のサージ電圧及びスイッチング損失を改善するためには、電圧駆動型素子がターンオンするタイミングにおいて、高精度な駆動電圧を供給することが重要である。スイッチが電圧駆動型素子のターンオンに同期して開くことにより、駆動装置は、電圧駆動型素子のターンオンに同期して高精度な駆動電圧を供給することができる。この結果、電圧駆動型素子のサージ電圧及びスイッチング損失を改善することが可能となる。

　本明細書で開示される駆動装置では、制御部が抵抗部を流れる電流を検出する電流検出部をさらに有していてもよい。この駆動装置では、電流検出部を流れる電流値を利用して、フィードバック端子がオープンになったことを判定することができる。

　本明細書で開示される駆動装置では、制御部が保護素子をさらに有していてもよい。保護素子は、電流検出部に対して並列に接続されており、所定電圧以上で導通するように構成されている。ここで、所定電圧は、電流検出部の動作電圧よりも高い。このような保護素子は、通常は電流検出部の動作を妨げることはない。一方で、電流検出部に過大な電圧（例えば、静電気放電（ＥＳＤ））が印加された場合には、優先的に導通することで、電流検出部を過大な電圧による破壊から保護することができる。

　電圧駆動型素子が大電力を扱うような場合、例えば車両用のインバータ装置に搭載される電圧駆動型素子のような場合、電圧駆動型素子の電流容量が大きい。電流容量の大きい電圧駆動型素子を短い時間で駆動するためには、駆動装置のスイッチング素子の電流容量も増加させる必要がある。スイッチング素子の電流容量が増加すると、誤差増幅器のスルーレートも増加させなければならない。ところが、誤差増幅器のスルーレートを増加させると、誤差増幅器の定常損失が増加してしまう。上記問題を解決する１つの態様の駆動装置は、第１接続端子から出力される出力電流を増幅してゲート抵抗に供給する電流増幅回路をさらに備えていてもよい。電流増幅回路を設けることにより、スイッチング素子の電流容量を増加させなくても、電流容量の大きい電圧駆動型素子を短い時間で駆動することができる。この結果、制御部の誤差増幅器のスルーレートを増加させる必要がないので、誤差増幅器の定常損失の増加も回避できる。

　以下、図面を参照して各実施例を説明する。なお、各実施例で共通する構成要素に関しては共通の符号を付し、その説明を省略する。

（第１実施例）
　図１に、車両に搭載されるインバータ装置１０の概要を示す。インバータ装置１０は、直流電源１１と、平滑コンデンサ１２と、インバータ部１３を備えている。インバータ部１３は、６つの電圧駆動型素子２ａ～２ｆと、各電圧駆動型素子２ａ～２ｆを駆動する６つの駆動装置１ａ～１ｆを備えている。電圧駆動型素子２ａ～２ｆには、ＩＧＢＴが用いられている。６つの電圧駆動型素子２ａ～２ｆは、三相ブリッジ接続を構成している。電圧駆動型素子２ａ～２ｆのそれぞれには、還流用のダイオードが逆並列に接続されている。インバータ部１３は、直流電源１１から平滑コンデンサ１２を介して供給される直流電圧をスイッチングすることにより、その直流電圧を交流電圧に変換して交流モータ１４に供給する。６つの駆動装置１ａ～１ｆはいずれも等価な回路構成を有しているので、以下では、６つの駆動装置１ａ～１ｆを特に区別せずに説明する。

　図２に、電圧駆動型素子２を駆動する駆動装置１の概要を示す。駆動装置１は、一対のゲート抵抗Ｒ１，Ｒ２と駆動ＩＣ３を備えている。

　図２に示されるように、第１ゲート抵抗Ｒ１は、固定抵抗素子であり、電圧駆動型素子２のゲート電流の充電速度を決定している。第２ゲート抵抗Ｒ２は、固定抵抗素子であり、電圧駆動型素子２のゲート電流の放電速度を決定している。

　駆動ＩＣ３は、トランス型の駆動電源Ｖｃｃと接地電源ＧＮＤの間に接続されており、一対のゲート抵抗Ｒ１，Ｒ２に駆動電圧を供給するように構成されている。駆動ＩＣ３は、一対のトランジスタＭ１，Ｍ２と、第１トランジスタＭ１を制御する第１制御部４と、第２トランジスタＭ２を制御する第２制御部５と、第１制御部４と第２制御部５を制御する制御ブロック６と、複数の端子Ｔ１～Ｔ５を備えている。Ｔ１は電源端子（第２接続端子の一例）であり、駆動電源Ｖｃｃに接続可能に構成されている。Ｔ２は第１出力端子（第１接続端子の一例）であり、第１ゲート抵抗Ｒ１に接続可能に構成されている。Ｔ３はフィードバック端子であり、第１ゲート抵抗Ｒ１に接続可能に構成されている。Ｔ４は第２出力端子であり、第２ゲート抵抗Ｒ２に接続可能に構成されている。Ｔ５は接地端子であり、接地電源ＧＮＤに接続可能に構成されている。

　第１トランジスタＭ１は、ｐ型のＭＯＳＦＥＴであり、第１出力端子Ｔ２と電源端子Ｔ１の間に接続されている。より詳細には、第１トランジスタＭ１では、ドレイン電極（第１入出力電極の一例）が第１出力端子Ｔ２に接続されており、ソース電極（第２入出力電極の一例）が電源端子Ｔ１に接続されている。電圧駆動型素子２がターンオンするとき、第１トランジスタＭ１がターンオンすることによって、第１トランジスタＭ１を介して駆動電源Ｖｃｃから正の駆動電圧が電圧駆動型素子２の第１ゲート抵抗Ｒ１に供給される。

　第２トランジスタＭ２は、ｎ型のＭＯＳＦＥＴであり、第２出力端子Ｔ４と接地端子Ｔ５の間に接続されている。より詳細には、第２トランジスタＭ２では、ドレイン電極が第２出力端子Ｔ４に接続されており、ソース電極が接地端子Ｔ５に接続されている。電圧駆動型素子２がターンオフするとき、第２トランジスタＭ２がターンオンすることによって、第２トランジスタＭ２を介して電圧駆動型素子２の第２ゲート抵抗Ｒ２に接地電圧が供給される。

　制御ブロック６は、図示しない電子制御ユニット（ＥＣＵ）から供給される制御信号に基づいて、第１制御部４に第１駆動信号Ｓ１を出力するとともに、第２制御部５に第２駆動信号Ｓ２を出力する。第１制御部４は、第１駆動信号Ｓ１に基づいて第１トランジスタＭ１のオン・オフを制御する。第２制御部５は、第２駆動信号Ｓ２に基づいて第２トランジスタＭ２のオン・オフを制御する。

　図３及び図４に示されるように、駆動装置１では、必要に応じて駆動ＩＣ３に対して電流増幅回路７を接続することが可能に構成されている。図３は駆動ＩＣ３に対して電流増幅回路７が接続されていない場合を例示しており、図４は駆動ＩＣ３に対して電流増幅回路７が接続されている場合を例示している。例えば、電流容量の小さな電圧駆動型素子２を駆動したい場合は、駆動ＩＣ３に対して電流増幅回路７を接続せずに、電流容量の大きな電圧駆動型素子２を駆動したい場合は、駆動ＩＣ３に対して電流増幅回路７を接続する。このように、電流増幅回路７を任意に取り付け可能に構成することで、様々な電流容量の電圧駆動型素子２に対して共通化された駆動ＩＣ３を用いることができる。

　図３及び図４に示されるように、駆動ＩＣ３の第１制御部４は、オペアンプＯＰ１と参照電源Ｅ_ＲＥＦとスイッチＳＷ１と抵抗Ｒ３と分圧回路Ｒ４ａ，Ｒ４ｂを有している。なお、第２制御部５の詳細な説明は省略するが、第１制御部４と同様な構成を用いてもよい。

　オペアンプＯＰ１は、非反転入力端子が参照電源Ｅ_ＲＥＦに接続されており、反転入力端子が分圧回路Ｒ４ａ，Ｒ４ｂを介してフィードバック端子Ｔ３に接続されており、出力端子が第１トランジスタＭ１の制御電極に接続されている。スイッチＳＷ１は、一端が電源端子Ｔ１に接続されており、他端が第１トランジスタＭ１の制御電極に接続されている。抵抗Ｒ３は、固定抵抗素子であり、一端が第１出力端子Ｔ２に接続されており、他端がオペアンプＯＰ１の反転入力端子とフィードバック端子Ｔ３の間の配線に接続されている。なお、図５に示されるように、抵抗Ｒ３に代えて、一対のダイオードＤ１，Ｄ２を用いてもよい。分圧回路Ｒ４ａ，Ｒ４ｂは、分圧調整用第１抵抗Ｒ４ａと分圧調整用第２抵抗Ｒ４ｂを有している。分圧調整用第１抵抗Ｒ４ａと分圧調整用第２抵抗Ｒ４はいずれも、固定抵抗素子であり、その接続点がオペアンプＯＰ１の反転入力端子に接続されている。分圧調整用第１抵抗Ｒ４ａと分圧調整用第２抵抗Ｒ４ｂの分圧比を調整することにより、第１出力端子Ｔ２及びフィードバック端子Ｔ３の目標電圧が設定される。

　図３に示されるように、外付けの電流増幅回路７が接続されていない場合、第１出力端子Ｔ２とフィードバック端子Ｔ３はいずれも、第１ゲート抵抗Ｒ１に直接的に接続されている。一方、図４に示されるように、外付けの電流増幅回路７が接続されている場合、第１出力端子Ｔ２が電流増幅回路７を介して第１ゲート抵抗Ｒ１に間接的に接続されており、フィードバック端子Ｔ３が第１ゲート抵抗Ｒ１に直接的に接続されている。

　図４に示されるように、電流増幅回路７は、バイポーラトランジスタＱ１と抵抗Ｒ５ａ，Ｒ５ｂを有している。バイポーラトランジスタＱ１は、ｎｐｎ型であり、エミッタ端子が第１ゲート抵抗Ｒ１に接続されており、コレクタ端子が駆動電源Ｖｃｃに接続されており、ベース端子が第１出力端子Ｔ２に接続されている。抵抗Ｒ５ａ，Ｒ５ｂは、固定抵抗素子であり、バイポーラトランジスタＱ１のベース・エミッタ間に接続されている。電流増幅回路７は、エミッタフォロア回路を構成している。なお、電流増幅回路７では、バイポーラトランジスタＱ１に代えて絶縁ゲートを有するトランジスタを用いてもよい。

　次に、図３及び図４を参照して、駆動装置１の動作を説明する。まず、フィードバック端子Ｔ３がオープンになっていない正常状態に関して説明する。

　第１制御部４では、制御ブロック６から出力される第１駆動信号Ｓ１に基づいてスイッチＳＷ１が開くと、第１トランジスタＭ１がオンとなる。このとき、第２制御部５では、制御ブロック６から出力される第２駆動信号Ｓ２に基づいて第２トランジスタＭ２はオフとなっている。第１トランジスタＭ１がオンすると、駆動電源Ｖｃｃから第１トランジスタＭ１を介して第１ゲート抵抗Ｒ１に正の電圧が供給される。オペアンプＯＰ１の反転入力端子には、分圧回路Ｒ４ａ，Ｒ４ｂで分圧されたフィードバック端子Ｔ３の電圧（すなわち、分圧回路Ｒ４ａ，Ｒ４ｂで分圧された第１ゲート抵抗Ｒ１に供給される駆動電圧）が入力しており、非反転入力端子には参照電源Ｅ_ＲＥＦの参照電圧が入力している。このため、第１制御部４は、分圧回路Ｒ４ａ，Ｒ４ｂで分圧されたフィードバック端子Ｔ３の電圧を参照電圧と比較し、その比較結果に基づいて第１トランジスタＭ１に入力するゲート電圧を制御する。この結果、フィードバック端子Ｔ３の電圧は、参照電源Ｅ_ＲＥＦの参照電圧に対して分圧比に応じた一定値に制御される。このように、フィードバック端子がオープンになっていない正常状態では、第１ゲート抵抗Ｒ１に供給される駆動電圧が高精度に制御されているので、第１ゲート抵抗Ｒ１で決定されるゲート電流の充電速度も高精度に制御される。

　トランス型の駆動電源Ｖｃｃの電源精度は低いことから、駆動電源Ｖｃｃの出力電圧が数Ｖの範囲で変動することが知られている。このため、本実施例の技術が用いられていない場合、駆動電源Ｖｃｃの出力電圧が低く変動すると、ゲート電流の充電速度が設定値よりも遅速化し、電圧駆動型素子２をターンオンさせるのに要する時間が長くなり、スイッチング損失が増加してしまう。一方、駆動電源Ｖｃｃの出力電圧が高く変動すると、ゲート電流の充電速度が設定値よりも高速化し、電圧駆動型素子２をターンオンさせるときの電流変化率が大きくなり、サージ電圧が発生してしまう。

　本実施例の駆動装置１では、フィードバック端子Ｔ３の電圧を高精度な参照電源Ｅ_ＲＥＦを利用してフィードバック制御することにより、駆動電源Ｖｃｃの出力電圧の変動の影響を受けることなく、第１ゲート抵抗Ｒ１に供給される駆動電圧を極めて高精度に制御することができる。

　次に、フィードバック端子Ｔ３がオープンになった異常状態に関して説明する。異常状態になると、フィードバック端子Ｔ３からオペアンプＯＰ１へのフィードバックの経路が遮断される。このとき、駆動装置１では、抵抗Ｒ３を介して電流が流れ込むことで、第１出力端子Ｔ２からオペアンプＯＰ１へのフィードバック経路が確保される。すなわち、異常状態では、第１出力端子Ｔ２の電圧がフィードバック制御される。この場合、抵抗Ｒ３によって第１出力端子Ｔ２の電圧は僅かにクランプされるが、フィードバック制御は維持されているので、駆動電圧の変動が抑えられるとともに、第１ゲート抵抗Ｒ１に供給される駆動電圧が駆動電源Ｖｃｃのレベルにまで増加するという事態も回避される。

　第１出力端子Ｔ２のクランプ値は、抵抗Ｒ３に流れ込む電流と抵抗Ｒ３の抵抗値の積となる。このクランプ値は、電流増幅回路７の動作を妨げないように、バイポーラトランジスタＱ１のベース・エミッタ間電圧よりも高くなるように調整される。具体的には、抵抗Ｒ３の抵抗値を高く設定すれば（図５の例では、順方向に接続するダイオードＤ１，Ｄ２の個数を調整すれば）、電流増幅回路７の動作が妨げられることがない。

　駆動装置１はまた、スイッチＳＷ１が電源端子Ｔ１と第１トランジスタＭ１の制御電極の間に接続されていることを他の１つの特徴としている。例えば、スイッチＳＷ１がフィードバックの経路上に設けられていると、スイッチＳＷ１の特性ばらつき（例えば、オン抵抗のばらつき）によってフィードバックの精度が悪化する。一方、駆動装置１では、スイッチＳＷ１がフィードバックの経路上に設けられていないので、高精度に制御された駆動電圧を第１ゲート抵抗Ｒ１に供給することができる。したがって、駆動装置１は、第１ゲート抵抗Ｒ１で決定されるゲート電流の充電速度を高精度に制御することができ、電圧駆動型素子２を高精度に駆動することができるので、サージ電圧の発生やスイッチング損失の増加を抑制することができる。

（第２実施例）
　図６に、第２実施例の駆動装置１の構成を示す。この駆動装置１の駆動ＩＣ３は、一対のダイオードＤ１，Ｄ２を流れる電流を検出する電流検出部８を有することを特徴としている。なお、一対のダイオードＤ１，Ｄ２は、どちらか一方のみが設けられていてもよい。電流検出部８はカレントミラー回路として構成されており、一対のｐｎｐトランジスタと抵抗Ｒ６を有している。電流検出部８は、フィードバック端子Ｔ３がオープンになったときに、ｐｎｐトランジスタＱ２とダイオードＤ１，Ｄ１を流れる電流をｐｎｐトランジスタＱ３にミラーし、そのミラー電流に応じた電圧信号を制御ブロック６に供給する。制御ブロック６は、ミラー電流に応じた電圧信号が閾値を超えたときに、フィードバック端子Ｔ３がオープンになったと判定する。

　フィードバック端子Ｔ３がオープンになったときに、第１出力端子Ｔ２におけるクランプ電圧は、例えば０．１～２Ｖ程度である。このように、クランプ電圧は極めて小さいことから、クランプ電圧を利用してフィードバック端子Ｔ３がオープンになったことを判定するのは難しい。一方、電流検出部８を利用すれば、フィードバック端子Ｔ３がオープンになったことを正確に判定することができる。フィードバック端子Ｔ３がオープンになったこと判定できれば、異常状態に応じた駆動設定を適宜に調整することができる。例えば、異常状態では、正常状態に比べて駆動電圧がクランプ電圧（ダイオードＤ１，Ｄ２の順方向電圧とトランジスタＱ２のベース・エミッタ間電圧の合計）に依存して高くなる。このため、異常状態にも関わらず正常状態と同様の駆動条件を継続すると、製品寿命を低下させる懸念がある。このように、異常状態と正常状態で駆動設定を変更する必要性があり、本実施例の駆動装置１では、異常状態を判定することができるので、駆動設定を適宜に調整することで、例えば、製品寿命の低下を抑制することができる。

　図７に、第２実施例の駆動装置１の変形例の一例を示す。この駆動装置１は、電流検出部８に対して並列にツェナーダイオードＺＤ１が設けられていることを特徴としている。ツェナーダイオードＺＤ１は、アノードがフィードバック端子Ｔ３に接続されており、カソードが第１出力端子Ｔ２に接続されている。また、この駆動装置１は、ダイオードＤ１に対して抵抗Ｒ３が直列に接続されていることを特徴としている。なお、抵抗Ｒ３は、電流制限抵抗としても機能しており、電流検出部８に過大な電流が流れることを抑制する。

　ツェナーダイオードＺＤ１は、所定電圧以上で導通する。ここで、所定電圧は、電流検出部８の動作電圧よりも高い。このようなツェナーダイオードＺＤ１は、通常は電流検出部８の動作を妨げることない。一方で、電流検出部８に過大な電圧（例えば、静電気放電（ＥＳＤ））が印加された場合には、優先的に導通することで、電流検出部８に過大な電流が流れることを抑制する。

　図８に示すように、ツェナーダイオードＺＤ１に代えて複数のダイオードＤ３～Ｄ５を保護素子として用いてもよい。ダイオードＤ３とダイオードＤ４は直列に接続されており、ダイオードＤ３のアノードが第１出力端子Ｔ２に接続されており、ダイオードＤ４のカソードがフィードバック端子Ｔ３に接続されている。ダイオードＤ５は、アノードがフィードバック端子Ｔ３に接続されており、カソードが第１出力端子Ｔ２に接続されている。ダイオードＤ３～Ｄ５も、前記ツェナーダイオードＺＤ１と同様の効果が得られる。

　以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
　本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims

　電圧駆動型素子を駆動する駆動装置であって、
　前記電圧駆動型素子のゲート抵抗に接続可能に構成される第１接続端子と、
　前記電圧駆動型素子の前記ゲート抵抗に接続可能に構成されるフィードバック端子と、
　駆動電源に接続可能に構成される第２接続端子と、
　第１入出力電極が前記第１接続端子に接続されており、第２入出力電極が前記第２接続端子に接続されているスイッチング素子と、
　前記スイッチング素子の制御電極と前記フィードバック端子に接続されている制御部と、を備えており、
　前記制御部は、
（１）前記フィードバック端子と前記電圧駆動型素子の前記ゲート抵抗の間の電気的な接続が確保されている場合には、前記フィードバック端子の電圧を利用して前記電圧駆動型素子の前記ゲート抵抗に供給される電圧を制御可能に構成されており、
（２）前記フィードバック端子と前記電圧駆動型素子の前記ゲート抵抗の間の電気的な接続が確保されていない場合には、前記第１接続端子の電圧を利用して前記電圧駆動型素子の前記ゲート抵抗に供給される電圧を制御可能に構成されている、駆動装置。
　前記制御部は、誤差増幅器と参照電源と抵抗部を有しており、
　前記誤差増幅器は、一方の入力端子が前記参照電源に接続されており、他方の入力端子が前記フィードバック端子に接続されており、出力端子が前記スイッチング素子の制御電極に接続されており、
　前記抵抗部は、一端が前記第１接続端子に接続されており、他端が前記誤差増幅器の前記他方の入力端子と前記フィードバック端子の間の配線に接続されている請求項１に記載の駆動装置。
　前記制御部は、スイッチをさらに有しており、
　前記スイッチは、一端が前記第２接続端子に接続されており、他端が前記スイッチング素子の制御電極に接続されている請求項２に記載の駆動装置。
　前記スイッチは、前記電圧駆動型素子のターンオンに同期して開く請求項３に記載の駆動装置。
　前記制御部は、前記抵抗部を流れる電流を検出する電流検出部をさらに有する請求項２～４のいずれか一項に記載の駆動装置。
　前記制御部は、前記電流検出部に対して並列に接続されているとともに所定電圧以上で導通する保護素子をさらに有しており、
　前記所定電圧が、前記電流検出部の動作電圧よりも高い請求項５に記載の駆動装置。
　前記第１接続端子から出力される出力電流を増幅して前記ゲート抵抗に供給する電流増幅回路をさらに備える請求項１～６のいずれか一項に記載の駆動装置。