WO2025263237A1 - 駆動回路 - Google Patents
駆動回路Info
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- WO2025263237A1 WO2025263237A1 PCT/JP2025/018910 JP2025018910W WO2025263237A1 WO 2025263237 A1 WO2025263237 A1 WO 2025263237A1 JP 2025018910 W JP2025018910 W JP 2025018910W WO 2025263237 A1 WO2025263237 A1 WO 2025263237A1
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- circuit
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- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/04—Modifications for accelerating switching
- H03K17/041—Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit
- H03K17/0412—Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit
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- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/04—Modifications for accelerating switching
- H03K17/042—Modifications for accelerating switching by feedback from the output circuit to the control circuit
- H03K17/0424—Modifications for accelerating switching by feedback from the output circuit to the control circuit by the use of a transformer
Definitions
- This disclosure relates to a drive circuit that drives a switching element that constitutes one of the upper and lower arms connected in series.
- the drive circuit drives the switching elements based on drive command signals provided by a control device including an external MCU.
- MCU is an abbreviation for Micro Controller Unit.
- the control device sets the period during which both switching elements are off by staggering the timing of the on-drive of the upper and lower arms, and generates and sends a drive command signal based on this to the drive circuit, thereby providing a dead time.
- the purpose of this disclosure is to provide a drive circuit that can prevent the problem of both the upper and lower arms being turned on simultaneously while maintaining good controllability.
- the drive circuit is a drive circuit that drives a switching element that constitutes one of upper and lower arms connected in series.
- the one arm is referred to as the own arm, and the other of the upper and lower arms is referred to as the opposing arm.
- the drive circuit includes an input side circuit that generates a drive signal for driving the switching element based on an externally applied drive command signal and an on-inhibit signal output from the drive circuit on the opposing arm side, an output side circuit that operates on a power source different from that of the input side circuit and drives the switching element based on the drive signal, and a signal transmission circuit that transmits signals between the input side circuit and the output side circuit.
- the output circuit includes an ON drive circuit that drives the switching element ON by charging the gate charge of the switching element based on the drive signal, an OFF drive circuit that drives the switching element OFF by discharging the gate charge of the switching element based on the drive signal, and an output inhibit hold circuit that detects the gate voltage of the switching element and outputs an output hold signal based on the detection result.
- the input circuit includes an input-side inhibit hold circuit that outputs an input-side hold signal until a predetermined first hold period has elapsed since the drive signal switched from a state in which the switching element is turned off to a state in which the switching element is turned on; and an inhibit signal generation circuit that generates the on-inhibit signal that inhibits the on-driving of the switching element based on the drive command signal, the output-side hold signal, and the input-side hold signal, and outputs the on-inhibit signal to the drive circuit on the opposing arm.
- a drive command signal commanding a relatively short turn-on time is transmitted with a delay from the input circuit to the output circuit within the drive circuit, ensuring that an on-prohibition signal is sent to the drive circuit on the opposing arm during the period when the output circuit may be turning on the switching element.
- This control prevents short-circuiting of the upper and lower arms without lengthening the dead time more than necessary. Therefore, with the above configuration, it is possible to prevent the occurrence of problems with the upper and lower arms being turned on simultaneously while maintaining good controllability.
- FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the configuration of a drive circuit according to a first embodiment
- FIG. 2 is a timing chart schematically showing the operating waveforms of each part during short pulse driving according to the first embodiment
- FIG. 3 is a timing chart schematically showing the operating waveforms of each part during normal pulse driving according to the first embodiment
- FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a configuration of a drive circuit according to a comparative example
- FIG. 5 is a timing chart schematically illustrating the operating waveforms of each part during short pulse driving according to a comparative example
- FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the configuration of a drive circuit according to a first embodiment
- FIG. 2 is a timing chart schematically showing the operating waveforms of each part during short pulse driving according to the first embodiment
- FIG. 3 is a timing chart schematically showing the operating waveforms of each part during normal pulse driving according to the first embodiment
- FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a configuration of a drive circuit according to
- FIG. 6 is a timing chart schematically illustrating the operating waveforms of each part during normal pulse driving according to a comparative example
- FIG. 7 is a diagram schematically illustrating the configuration of a drive circuit according to a second embodiment
- FIG. 8 is a timing chart schematically showing the operating waveforms of each part during short pulse driving according to the second embodiment
- FIG. 9 is a timing chart schematically showing the operating waveforms of each part during normal pulse driving according to the second embodiment
- FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a configuration of a drive circuit according to a third embodiment
- FIG. 11 is a timing chart schematically showing the operation waveforms of the various components during short pulse driving according to the third embodiment
- FIG. 12 is a timing chart showing the operation waveforms of the various components during normal pulse driving according to the third embodiment.
- drive circuits 1A and 1B in this embodiment drive switching elements 4A and 4B that constitute upper and lower arms connected in series between a pair of DC power supply lines 2 and 3.
- drive circuit 1A drives switching element 4A that constitutes the upper arm
- drive circuit 1B drives switching element 4B that constitutes the lower arm.
- the upper and lower arms including switching elements 4A and 4B constitute, for example, one phase of a three-phase inverter circuit.
- Drive circuits 1A and 1B drive switching elements that make up one of the upper and lower arms connected in series, and they have the same configuration.
- Switching elements 4A and 4B also have the same configuration. Therefore, in this specification, when there is no need to distinguish between drive circuits 1A and 1B and switching elements 4A and 4B, they will be referred to collectively with the alphabet suffix omitted.
- the various components and signals provided corresponding to drive circuits 1A and 1B and switching elements 4A and 4B will be distinguished by adding the same alphabet suffix to the reference numerals, and when there is no need to distinguish between them, they will be referred to collectively with the alphabet suffix omitted.
- the configuration on the side of switching element 4A, which is the target of driving is the own arm
- the configuration on the side of switching element 4B, which is not the target of driving is the opposing arm.
- the configuration on the side of switching element 4B, which is the target of driving is the own arm
- the configuration on the side of switching element 4A, which is not the target of driving is the opposing arm.
- the switching element 4 is a power device, and in this case, for example, an N-channel MOS transistor.
- the drain of switching element 4A is connected to the high-potential side DC power supply line 2.
- the source of switching element 4A is connected to the drain of switching element 4B.
- the source of switching element 4B is connected to the low-potential side DC power supply line 3.
- the gate of switching element 4A is connected to terminals P1, P2, and P3 of drive circuit 1A via gate resistors R1A, R2A, and R3A.
- the gate of switching element 4B is connected to terminals P1, P2, and P3 of drive circuit 1B via gate resistors R1B, R2B, and R3B.
- the control device 5 includes, for example, an MCU and a PMIC, and controls the operation of the drive circuit 1.
- PMIC is an abbreviation for Power Management IC.
- the control device 5 generates and outputs a drive command signal S1A that commands the drive of the upper arm switching element 4A, and a drive command signal S1B that commands the drive of the lower arm switching element 4B.
- the drive circuit 1A drives the switching element 4A based on the drive command signal S1A provided by the control device 5.
- the drive circuit 1B drives the switching element 4B based on the drive command signal S1B provided by the control device 5.
- the drive command signal S1A is a binary signal that commands the switching element 4A to be turned on when it is at a high level and commands the switching element 4A to be turned off when it is at a low level.
- the drive command signal S1B is a binary signal that commands the switching element 4B to be turned on when it is at a high level and commands the switching element 4B to be turned off when it is at a low level.
- the drive circuit 1 is configured as an IC and includes an input circuit 11, an output circuit 12, and a signal transmission circuit 13. Note that IC is an abbreviation for Integrated Circuit.
- the input circuit 11 generates a drive signal S3 for driving the switching element 4 based on a drive command signal S1 applied from the outside and an on-prohibit signal S2 output from the drive circuit 1 on the opposing arm side.
- the drive signal S3 is a binary signal.
- a high level drive signal S3 corresponds to a state in which the switching element 4 is turned on
- a low level drive signal S3 corresponds to a state in which the switching element 4 is turned off.
- the on-inhibit signal S2 is a binary signal.
- the on-inhibit signal S2 is a signal that is valid when it is low level, i.e., a low active signal.
- the output side circuit 12 operates on a different power supply from the input side circuit 11, and drives the switching element 4 based on the drive signal S3.
- the signal transmission circuit 13 transmits signals between the input circuit 11 and the output circuit 12.
- the input circuit 11 and the output circuit 12 are configured as separate chips.
- the input circuit 11 is configured as a low-voltage chip with a relatively low power supply voltage
- the output circuit 12 is configured as a high-voltage chip with a relatively high power supply voltage. Therefore, in this embodiment, the signal transmission circuit 13 is configured to include insulated communication circuits 14 and 15 that perform insulated communication between the input circuit 11 and the output circuit 12, and to transmit signals via insulated communication provided by these insulated communication circuits 14 and 15.
- the output circuit 12 includes an ON drive circuit 16, an OFF drive circuit 17, and an output prohibition holding circuit 18.
- a drive signal S4 output from the insulated communication circuit 14 of the signal transmission circuit 13 is input to the ON drive circuit 16, the OFF drive circuit 17, and the output prohibition holding circuit 18.
- the drive signal S4 has the same logic as the binary drive signal S3 output from the input circuit 11, but is delayed relative to the drive signal S3 by the delay time in the insulated communication circuit 14 of the signal transmission circuit 13.
- the ON drive circuit 16 drives the switching element 4 to ON by charging the gate charge of the switching element 4 based on the drive signal S4.
- the output terminal of the ON drive circuit 16 is connected to terminal P1. Specifically, the ON drive circuit 16 drives the switching element 4 to ON when the drive signal S4 is at a high level.
- the OFF drive circuit 17 drives the switching element 4 to OFF by discharging the gate charge of the switching element 4 based on the drive signal S4.
- the output terminal of the OFF drive circuit 17 is connected to terminal P2. Specifically, the OFF drive circuit 17 drives the switching element 4 to OFF when the drive signal S4 is at a low level.
- the output inhibit holding circuit 18 detects the gate voltage of the switching element 4 and outputs the output hold signal S5 based on the detection result.
- the output hold signal S5 is a binary signal.
- the output hold signal S5 is a signal that is valid when it is at a low level, that is, a low active signal. Therefore, "the output inhibit holding circuit outputs an output hold signal” means that the output hold signal becomes low level.
- the output-side inhibit hold circuit 18 includes a gate voltage detection circuit 19.
- the gate voltage detection circuit 19 detects the gate voltage of the switching element 4 based on the signal at terminal P3 and outputs a binary signal representing the detection result.
- the output signal of the gate voltage detection circuit 19 goes low when the gate voltage of the switching element 4 is equal to or greater than a predetermined threshold voltage, and goes high when it is below the threshold voltage.
- the above-mentioned threshold voltage value may be set appropriately based on the gate threshold voltage of the switching element 4.
- the output signal of the gate voltage detection circuit 19 becomes the output side hold signal S5.
- the output side hold signal S5 output from the output side prohibit hold circuit 18 is provided to the insulated communication circuit 15 of the signal transmission circuit 13.
- the input side circuit 11 includes a drive signal generation circuit 21, an input side prohibition holding circuit 22, and an prohibition signal generation circuit 23.
- the drive signal generation circuit 21 generates a drive signal S3 based on the drive command signal S1 and the on-prohibition signal S2.
- the drive signal generation circuit 21 is an AND circuit, with one input terminal connected to terminal P4 and the other input terminal connected to terminal P5.
- Terminal P4 is supplied with the drive command signal S1 output from the control device 5.
- Terminal P5 is supplied with the on-prohibition signal S2 output from the drive circuit 1 on the opposing arm side.
- the drive signal generation circuit 21 generates and outputs a drive signal S3 representing the logical product of the drive command signal S1 and the on-inhibit signal S2.
- the drive signal S3 output from the drive signal generation circuit 21 is provided to the input-side inhibit hold circuit 22 and also to the insulated communication circuit 14 of the signal transmission circuit 13.
- the input-side inhibit hold circuit 22 outputs an input-side hold signal S6 until a predetermined first hold period T1 has elapsed after the drive signal S3 switches from a low level, which turns off the switching element 4, to a high level, which turns on the switching element 4.
- the input hold signal S6 is a binary signal.
- the input hold signal S6 is a signal that is valid when it is at a high level, in other words, a high-active signal. Therefore, "the input inhibit hold circuit outputs an input hold signal” means that the input hold signal becomes high level.
- the drive signal S3 is input to the input-side prohibition holding circuit 22.
- the input-side prohibition holding circuit 22 generates an input-side hold signal S6, which is a signal that holds the drive signal S3 for a fixed period of time.
- the input-side prohibition holding circuit 22 generates an input-side hold signal S6 that rises in synchronization with the drive signal S3 and falls a fixed period later than the drive signal S3.
- the period from the rising edge to the falling edge of the input-side hold signal S6 generated by the input-side prohibition holding circuit 22 corresponds to the first hold period T1 described above.
- the inhibit signal generation circuit 23 generates an on-inhibit signal S2 that inhibits the on-drive of the switching element 4 based on the drive command signal S1, the input-side hold signal S6, and the output-side hold signal S7, and outputs this to the drive circuit 1 on the opposing arm side.
- the inhibit signal generation circuit 23 is an AND circuit with two inverting input terminals and one non-inverting input terminal.
- the drive command signal S1 is supplied to one inverting input terminal of the inhibit signal generation circuit 23, and the input-side hold signal S6 is supplied to the other inverting input terminal.
- the output-side hold signal S7 output from the isolated communication circuit 15 of the signal transmission circuit 13 is input to the non-inverting input terminal of the inhibit signal generation circuit 23.
- the output-side hold signal S7 is a signal with the same logic as the binary output-side hold signal S5 output from the output circuit 12, but is delayed relative to the output-side hold signal S5 by the delay time in the isolated communication circuit 15 of the signal transmission circuit 13.
- the inhibit signal generation circuit 23 generates and outputs an on-inhibit signal S2 that represents the logical product of a signal obtained by inverting the logic of the drive command signal S1, a signal obtained by inverting the logic of the input-side hold signal S6, and the output-side hold signal S7.
- the output terminal of the inhibit signal generation circuit 23 is connected to terminal P6.
- Terminal P6 is connected to terminal P5 of the drive circuit 1 on the opposing arm side.
- the output inhibit hold circuit 18 and the input inhibit hold circuit 22 are configured to generate the output hold signal S5 and the input hold signal S6 so that the period during which the output hold signal S7 is output and the period during which the input hold signal S6 is output overlap.
- the operation of the above configuration will be described with reference to the timing charts of FIGS.
- the operating waveforms of the various parts are as shown in Fig. 2.
- the operating waveforms of the various parts are as shown in Fig. 3.
- the drive signal 3A remains low at time ta, but then changes to high at time t3 when the on-inhibit signal S2A changes from low to high.
- the input-side hold signal S6A changes from low to high.
- the input-side hold signal S6A changes to low when the first hold period T1 has elapsed since time t3.
- the drive signal S4A changes to high at time t4, when a delay time d1 has elapsed since time t3.
- the delay time d1 corresponds to a circuit delay in the isolated communication circuit 14, etc.
- the gate voltage VgA of switching element 4A begins to rise when delay time d2 has elapsed from time t4, when drive signal S4A changes to high level.
- Delay time d2 corresponds to the circuit delay in on-drive circuit 16, the element delay in gate resistor R1A and the gate of switching element 4A, etc.
- Switching element 4A turns on at time t5, when its gate voltage reaches the gate threshold voltage.
- output side hold signal S5A changes from high to low.
- Output side hold signal S7A changes to low when delay time d3 has elapsed from time t5.
- Delay time d3 corresponds to the circuit delay in isolated communication circuit 15. Note that the timing at which output side hold signal S7A changes to low occurs before the timing at which input side hold signal S6A changes to low. In other words, in this case, the period during which output side hold signal S7A is output and the period during which input side hold signal S6A is output overlap.
- the on-inhibit signal S2A and drive signal S3A change to low.
- the drive signal S4A changes to low when delay time d4 has elapsed since time tb.
- the delay time d4 corresponds to the circuit delay in the insulated communication circuit 14.
- the gate voltage VgA of the switching element 4A begins to decrease when delay time d5 has elapsed since the drive signal S4A changed to low.
- Delay time d5 corresponds to the circuit delay in the off drive circuit 17, the element delay in gate resistor R2A and the gate of switching element 4A, etc.
- Switching element 4A turns off at time t6 when its gate voltage reaches the gate threshold voltage.
- output side hold signal S5A changes from low level to high level.
- Output side hold signal S7A changes to high level when delay time d6 has elapsed from time t6.
- Delay time d6 corresponds to the circuit delay in isolated communication circuit 15, etc.
- the drive command signal S1B changes from high to low at time ta.
- the on-inhibit signal S2B and drive signal S3B change from high to low.
- the drive signal S4B changes to low at time t1, which is a delay time d4 after time ta.
- the gate voltage VgB of the switching element 4B begins to decrease when a delay time d5 has elapsed since time t1, when the drive signal S4B changed to low.
- Switching element 4B turns off at time t2 when its gate voltage reaches the gate threshold voltage.
- output hold signal S5B changes from low to high.
- Output hold signal S7B changes to high at time t3, when delay time d6 has elapsed since time t2.
- drive command signal S1B changes from low to high at time tb.
- Drive signal S3B remains low at time tb, but then changes to high at time t7 when on-inhibit signal S2B changes from low to high.
- the input-side hold signal S6B changes from low to high.
- the input-side hold signal S6B changes to low when the first hold period T1 has elapsed since time t7.
- the drive signal S4B changes to high at time t8, when delay time d1 has elapsed since time t7.
- the gate voltage VgB of switching element 4B begins to rise when delay time d2 has elapsed since time t8, when the drive signal S4B changed to high.
- Switching element 4B turns on at time t9 when its gate voltage reaches the gate threshold voltage. At this time, output hold signal S5B changes from high to low. Output hold signal S7B changes to low when delay time d3 has elapsed from time t9. Note that the timing at which output hold signal S7B changes to low occurs before the timing at which input hold signal S6B changes to low. In other words, in this case, the period during which output hold signal S7B is output and the period during which input hold signal S6B is output overlap.
- the on-inhibit signal S2B is output to the opposing arm drive circuit 1B, and this state is maintained for a certain period of time. Furthermore, with the above configuration, the first hold period T1 during which the output of the input-side hold signal S6 is maintained is set to a period equivalent to the sum of the delay times d1, d2, and d3.
- the drive command signal S1 which commands an ON state for a relatively short period of time, is transmitted with a delay from the input circuit 11 to the output circuit 12 within the drive circuit 1, thereby ensuring that the ON-prohibition signal S2 is sent to the drive circuit 1 on the opposing arm during the period when the output circuit 12 may be driving the switching element 4 ON.
- drive circuit 31 of the comparative example differs from drive circuit 1 of this embodiment in that it has input side circuit 32 instead of input side circuit 11.
- Input side circuit 32 differs from input side circuit 11 in that it does not have input side prohibition holding circuit 22 and has prohibition signal generation circuit 33 instead of prohibition signal generation circuit 23.
- the prohibition signal generation circuit 33 is an AND circuit whose inverting input terminal receives the drive command signal S1, and whose non-inverting input terminal receives the output hold signal S7 output from the isolated communication circuit 15 of the signal transmission circuit 13.
- the prohibition signal generation circuit 33 generates and outputs an on-prohibition signal S2 that represents the logical product of the drive command signal S1 and the output hold signal S7.
- the drive command signal S1A commanding ON is transmitted to subsequent stages despite various internal delays, and as a result, the switching element 4A of the own arm is turned ON with a delay.
- the drive circuit 1B of the opposing arm ON drive is permitted at this time, so switching element 4B is turned ON.
- both switching elements 4A and 4B of the upper and lower arms are in an ON drive operating state, causing a short circuit between the upper and lower arms. This problem can be solved by making the dead time longer than necessary, but doing so makes it difficult to drive with a shorter ON time, resulting in another issue of poor controllability.
- drive circuits 41A and 41B of the present embodiment differ from drive circuits 1A and 1B of the first embodiment in that they include an output circuit 42 instead of output circuit 12.
- Output circuit 42 differs from output circuit 12 in that they include an output prohibition holding circuit 43 instead of output prohibition holding circuit 18.
- Output prohibition holding circuit 43 includes an AND circuit 44 in addition to a gate voltage detection circuit 19 similar to that of output prohibition holding circuit 18.
- the drive signal S4 is input to the inverting input terminal of the AND circuit 44, and the signal S5 output from the gate voltage detection circuit 19 is input to its non-inverting input terminal.
- the AND circuit 44 generates and outputs a signal representing the logical product of the drive signal S4 and the signal S5, with the logic of the drive signal S4 inverted. In this case, the signal output from the AND circuit 44 becomes the output hold signal S41.
- the output prohibit hold circuit 43 begins outputting the output hold signal S41 from the point in time when the drive signal S4 switches from a low level, which indicates that the switching element 4 is turned off, to a high level, which indicates that the switching element 4 is turned on.
- the operating waveforms of each part during short pulse driving are, for example, as shown in Fig. 8.
- the operating waveforms of each part during normal pulse driving are, for example, as shown in Fig. 9.
- the configuration on the switching element 4A side is the own arm
- the configuration on the switching element 4B side is the opposing arm.
- Drive signal S4A changes to high level when delay time d1 has elapsed since time t3. At this time, output hold signal S41A changes from high level to low level. Output hold signal S7A changes to low level when delay time d3 has elapsed since time t4. Note that the timing at which output hold signal S7A changes to low level occurs before the timing at which input hold signal S6A changes to low level. In other words, in this case, the period during which output hold signal S7A is output and the period during which input hold signal S6A is output overlap.
- the gate voltage VgA of switching element 4A begins to rise when delay time d2 has elapsed since drive signal S4A went high.
- Switching element 4A turns on at time t5 when its gate voltage reaches the gate threshold voltage. At this time, signal S5A goes from high to low.
- time tb when drive command signal S1A goes from high to low, on-inhibit signal S2A and drive signal S3A go low.
- Drive signal S4A goes low when delay time d4 has elapsed since time tb.
- the gate voltage VgA of switching element 4A begins to decrease when delay time d5 has elapsed since drive signal S4A went low.
- Switching element 4A turns off at time t6 when its gate voltage reaches the gate threshold voltage.
- signal S5A and output side hold signal S41A go from low to high.
- Output side hold signal S7A goes high at time t7, when delay time d6 has elapsed since time t6.
- the drive command signal S1B changes from high to low at time ta.
- the on-inhibit signal S2B and drive signal S3B change from high to low.
- the drive signal S4B changes to low at time t1, which is a delay time d4 after time ta.
- the gate voltage VgB of the switching element 4B begins to decrease when a delay time d5 has elapsed since time t1, when the drive signal S4B changed to low.
- Switching element 4B turns off at time t2 when its gate voltage reaches the gate threshold voltage.
- signal S5B and output side hold signal S41B change from low to high.
- Output side hold signal S7B changes to high at time t3, when delay time d6 has elapsed since time t2.
- drive command signal S1B changes from low to high at time tb.
- Drive signal S3B remains low at time tb, but then changes to high at time t7 when on-inhibit signal S2B changes from low to high.
- the input side hold signal S6B changes from low level to high level.
- the input side hold signal S6B changes to low level when the first hold period T41 has elapsed since time t6.
- the drive signal S4B changes to high level at time t8, when the delay time d1 has elapsed since time t7.
- the output side hold signal S41B changes from high level to low level.
- the output hold signal S7B goes low when delay time d3 has elapsed since time t8.
- the timing at which the output hold signal S7B goes low occurs before the timing at which the input hold signal S6B goes low. In other words, in this case, the period during which the output hold signal S7B is output and the period during which the input hold signal S6B is output overlap.
- the gate voltage VgB of switching element 4B begins to rise when delay time d2 has elapsed since drive signal S4B went high.
- Switching element 4B turns on at time t9 when its gate voltage reaches the gate threshold voltage. At this time, signal S5B goes from high to low.
- the on-inhibit signal S2B is output to the opposing arm drive circuit 1B, and this state is maintained for a certain period of time. Furthermore, with the above configuration, the first hold period T41 during which the output of the input-side hold signal S6 is maintained is set to a period equivalent to the sum of the delay times d1 and d3.
- the present embodiment described above not only provides the same effects as the first embodiment, but also the following effect. That is, according to this embodiment, the first hold period T41, during which the output of the input hold signal S6 is held, is kept shorter than the first hold period T1 in the first embodiment. Therefore, according to this embodiment, it is possible to perform on-drive with a shorter pulse width while preventing the occurrence of short circuits between the upper and lower arms, thereby improving controllability.
- drive circuits 51A and 51B of the present embodiment differ from drive circuits 41A and 41B of the second embodiment in that they include an output circuit 52 instead of output circuit 42.
- Output circuit 52 differs from output circuit 42 in that they include an output prohibition holding circuit 53 instead of output prohibition holding circuit 43.
- Output prohibition holding circuit 53 differs from output prohibition holding circuit 43 in that they additionally include a hold circuit 54 and include an AND circuit 55 instead of AND circuit 44.
- the drive signal S4 is input to the holding circuit 54.
- the holding circuit 54 outputs the signal S51 until a predetermined period T51 has elapsed since the drive signal S4 switched from a low level, which turns off the switching element 4, to a high level, which turns on the switching element 4.
- Period T51 can be set to a period corresponding to the delay time equivalent to the circuit delay in the ON drive circuit 16, the element delay in the gate resistor R1 and the gate of the switching element 4, the circuit delay in the gate voltage detection circuit 19, etc.
- Signal S51 is a binary signal. In this case, signal S51 is a signal that is valid when at a high level, that is, a high-active signal. Therefore, "holding circuit 54 outputs signal S51" means that signal S51 becomes high level.
- AND circuit 55 has two inverting input terminals and one non-inverting input terminal. One inverting input terminal of AND circuit 55 is supplied with drive signal S4, and the other inverting input terminal is supplied with signal S51 output from holding circuit 54. Signal S5 output from gate voltage detection circuit 19 is input to the non-inverting input terminal of AND circuit 55. AND circuit 55 generates and outputs a signal representing the logical AND of a signal obtained by inverting the logic of drive signal S4, a signal obtained by inverting the logic of signal S51, and signal S5. In this case, the signal output from AND circuit 55 becomes output side hold signal S52.
- the output-side inhibit hold circuit 53 holds the output of the output-side hold signal S52 until a predetermined second hold period T2 has elapsed after the drive signal S4 switches from a low level, which indicates that the switching element 4 is turned off, to a high level, which indicates that the switching element 4 is turned on.
- the operating waveforms of each part during short pulse driving are, for example, as shown in Fig. 11.
- the operating waveforms of each part during normal pulse driving are, for example, as shown in Fig. 12.
- the configuration on the switching element 4A side is the own arm
- the configuration on the switching element 4B side is the opposing arm.
- Drive signal S4A changes to high level at time t4, which is a delay time d1 after time t3.
- signal S51A changes from low level to high level
- output side hold signal S52A changes from high level to low level.
- Signal S51A changes to low level when period T51 has passed since time t4.
- Output side hold signal S7A changes to low level when delay time d3 has passed since time t4.
- the timing at which output side hold signal S7A changes to low level occurs before the timing at which input side hold signal S6A changes to low level. In other words, in this case, the period during which output side hold signal S7A is output and the period during which input side hold signal S6A is output overlap.
- the gate voltage VgA of switching element 4A begins to rise when delay time d2 has elapsed since drive signal S4A went high.
- Switching element 4A turns on at time t5 when its gate voltage reaches the gate threshold voltage. At this time, signal S5A goes from high to low.
- time tb when drive command signal S1A goes from high to low, on-inhibit signal S2A and drive signal S3A go low.
- Drive signal S4A goes low when delay time d4 has elapsed since time tb.
- the gate voltage VgA of switching element 4A begins to decrease when delay time d5 has elapsed since drive signal S4A went low.
- Switching element 4A turns off at time t6 when its gate voltage reaches the gate threshold voltage.
- signal S5A and output side hold signal S52A go from low to high.
- Output side hold signal S7A goes high when delay time d6 has elapsed since time t6.
- the drive command signal S1B changes from high to low at time ta.
- the on-inhibit signal S2B and drive signal S3B change from high to low.
- the drive signal S4B changes to low at time t1, which is a delay time d4 after time ta.
- the gate voltage VgB of the switching element 4B begins to decrease when a delay time d5 has elapsed since time t1, when the drive signal S4B changed to low.
- Switching element 4B turns off at time t2 when its gate voltage reaches the gate threshold voltage.
- signal S5B and output side hold signal S52B change from low to high.
- Output side hold signal S7B changes to high at time t3, when delay time d6 has elapsed since time t2.
- drive command signal S1B changes from low to high at time tb.
- Drive signal S3B remains low at time tb, but then changes to high at time t7 when on-inhibit signal S2B changes from low to high.
- the input side hold signal S6B changes from low to high.
- the input side hold signal S6B changes to low when the first hold period T41 has elapsed since time t7.
- the drive signal S4B changes to high at time t8, when delay time d1 has elapsed since time t7.
- the signal S51B changes from low to high, and the output side hold signal S52B changes from high to low. Note that the signal S51B changes to low when the period T51 has elapsed since time t8.
- the output hold signal S7B goes low when delay time d3 has elapsed since time t8.
- the timing at which the output hold signal S7B goes low occurs before the timing at which the input hold signal S6B goes low. In other words, in this case, the period during which the output hold signal S7B is output and the period during which the input hold signal S6B is output overlap.
- the gate voltage VgB of switching element 4B begins to rise when delay time d2 has elapsed since time t8, when drive signal S4B transitioned to high level.
- Switching element 4B turns on at time t9, when its gate voltage reaches the gate threshold voltage. At this time, signal S5B transitions from high level to low level.
- the on-inhibit signal S2B is output to the opposing arm drive circuit 1B, and this state is maintained for a certain period of time.
- the first hold period T41 during which the output of the input-side hold signal S6 is maintained is set to a period equivalent to the sum of the delay times d1 and d3.
- the second hold period T2 during which the output of the output-side hold signal S52 is maintained is set to a period equivalent to the delay time d2, etc.
- the input circuit 11 and the output circuits 12, 42, 52 are configured on separate chips, but this is not limiting.
- the input circuit 11 and the output circuits 12, 42, 52 can also be configured on the same single chip.
- the signal transmission circuit 13 is configured to include isolated communication circuits 14 and 15, but this is not limited to this.
- it may be configured to include a level shifter when the input side circuit 11 and the output side circuits 12, 42, and 52 are configured on the same chip.
- a drive circuit for driving switching elements (4, 4A, 4B) constituting one of upper and lower arms connected in series When the one arm is defined as a self arm and the other arm of the upper and lower arms is defined as an opposing arm, an input side circuit (11) that generates a drive signal for driving the switching element based on a drive command signal given from an external device and an on-inhibit signal output from a drive circuit on the opposing arm side; an output side circuit (12, 42, 52) that operates on a power supply different from that of the input side circuit and drives the switching element based on the drive signal; a signal transmission circuit (13) for transmitting signals between the input side circuit and the output side circuit; Equipped with The output side circuit includes: an ON drive circuit (16) that drives the switching element ON by charging a gate charge of the switching element based on the drive signal; an off-drive circuit (17) that drives the switching element to turn off by discharging the gate charge of the switching element
- the output side inhibit holding circuit (53) The drive circuit according to [1] or [2], wherein the output of the output side hold signal is held until a predetermined second hold period has elapsed after the drive signal has switched from a state representing an off-drive of the switching element to a state representing an on-drive. [4] [4] The drive circuit according to any one of [1] to [3], wherein the output-side inhibit hold circuit and the input-side inhibit hold circuit are configured to generate the output-side hold signal and the input-side hold signal so that a period in which the output-side hold signal is output and a period in which the input-side hold signal is output overlap.
- the signal transmission circuit is an insulated communication circuit (14, 15) that performs insulated communication between the input side circuit and the output side circuit, and is configured to transmit signals via the insulated communication.
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Abstract
出力側回路(12、42、52)は、駆動信号に基づいてスイッチング素子(4、4A、4B)をオン駆動するオン駆動回路(16)と、駆動信号に基づいて前記スイッチング素子をオフ駆動するオフ駆動回路(17)と、前記スイッチング素子のゲート電圧を検出し、その検出結果に基づいて出力側保持信号を出力する出力側禁止保持回路(18、43、53)と、を備える。入力側回路(11)は、駆動信号が前記スイッチング素子をオフ駆動する状態から前記スイッチング素子をオン駆動する状態に切り替わってから所定の第1保持期間が経過するまで入力側保持信号を出力する入力側禁止保持回路(22)と、駆動指令信号、出力側保持信号および入力側保持信号に基づいて前記スイッチング素子のオン駆動を禁止するオン禁止信号を生成して対向アーム側の駆動回路に出力する禁止信号生成回路(23)と、を備える。
Description
本出願は、2024年6月21日に出願された日本出願番号2024-100514号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
本開示は、直列接続された上下アームのうち一方のアームを構成するスイッチング素子を駆動する駆動回路に関する。
例えばハーフブリッジ回路において直列接続された上下アームのそれぞれを構成する2つのスイッチング素子を駆動する駆動回路では、上下アームの短絡の発生を防止するため、2つのスイッチング素子の双方がオフする期間であるデッドタイムを設けるようになっている。なお、本明細書では、上下アームのうち、駆動回路の駆動対象である一方のアームを自アームと称するとともに、駆動回路の駆動対象ではない他方のアームを対向アームと称することがある。
この場合、駆動回路は、外部のMCUを含む制御装置から与えられる駆動指令信号に基づいてスイッチング素子の駆動を行うようになっている。なお、MCUは、Micro Controller Unitの略称である。上記構成において、制御装置は、上下アームのオン駆動のタイミングがずれるようにして各スイッチング素子の双方がオフする期間を設定し、それに基づいた駆動指令信号を生成して駆動回路へ送信するようになっており、これによりデッドタイムが設けられている。
上記構成において、各種のばらつきを考慮して必要以上に各スイッチング素子の双方がオフする期間が設定されるとデッドタイムが長くなり損失が大きくなってしまう。このような点を改善するため、自アームのスイッチング素子がオン駆動される期間、対向アームのスイッチング素子のオン駆動を禁止する、つまりオフ駆動するという制御手法を採用することが考えられる。このような制御手法として、特許文献1に開示される技術が挙げられる。以下、特許文献1に開示される技術のことを従来技術と称することがある。
従来技術では、自アームのスイッチング素子のゲート電圧、電流状態などをモニタすることにより自アームのスイッチング素子がオフしていると判断すると、対向アームのスイッチング素子を駆動する駆動回路に対してオン駆動を許可する、言い換えると、オン駆動の禁止を解除するための信号を送信する。このような従来技術によれば、デッドタイムが短くなるように制御することができる。
従来技術では、オンを指令する駆動指令信号のパルス幅が例えば数百nsオーダーといった短い時間となる短パルス駆動時、上記した制御が追い付かず、上下アームのスイッチング素子が同時にオンする不具合が発生する可能性がある。以下、このような不具合について、短パルス駆動時であって、自アームに対する駆動指令信号がオフを指令する状態からオンを指令する状態を経て再びオフを指令する状態へと変化するときを例にして説明する。
従来技術では、短パルス駆動時、自アームの駆動回路に入力される駆動指令信号がオンを指令するレベルになっている状態であっても、駆動回路の出力が未だオフ駆動する動作状態であれば、対向アームの駆動回路にオン駆動を許可している状態となる。ただし、この状態のとき、自アームの駆動回路では、オンを指令する駆動指令信号が内部で各種の遅延が生じつつも後段へと伝達されてゆき、その結果、自アームのスイッチング素子が遅れてオン駆動される。
このとき、対向アームの駆動回路では、オン駆動が許可されていることから、スイッチング素子がオン駆動される。これにより、上下アームの各スイッチング素子がどちらもオン駆動の動作状態となり、上下アーム短絡が発生する。このような不具合は、デッドタイムを必要以上に長くすれば解消するが、そのようにした場合には、より短いオン時間での駆動が難しくなり、制御性が悪くなるという別の課題が生じることになる。
本開示の目的は、制御性を良好に維持しつつ、上下アーム同時オンの不具合の発生を防止することができる駆動回路を提供することにある。
本開示の一態様において、駆動回路は、直列接続された上下アームのうち一方のアームを構成するスイッチング素子を駆動する駆動回路である。この場合、前記一方のアームを自アームとするとともに、前記上下アームのうち他方のアームを対向アームとする。前記駆動回路は、外部から与えられる駆動指令信号および前記対向アーム側の駆動回路から出力されるオン禁止信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成する入力側回路と、前記入力側回路とは異なる電源で動作するものであり、前記駆動信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動する出力側回路と、前記入力側回路と前記出力側回路との間での信号の伝達を行う信号伝達回路と、を備える。
前記出力側回路は、前記駆動信号に基づいて前記スイッチング素子のゲート電荷の充電を行うことにより前記スイッチング素子をオン駆動するオン駆動回路と、前記駆動信号に基づいて前記スイッチング素子のゲート電荷の放電を行うことにより前記スイッチング素子をオフ駆動するオフ駆動回路と、前記スイッチング素子のゲート電圧を検出し、その検出結果に基づいて出力側保持信号を出力する出力側禁止保持回路と、を備える。
前記入力側回路は、前記駆動信号が前記スイッチング素子をオフ駆動する状態から前記スイッチング素子をオン駆動する状態に切り替わってから所定の第1保持期間が経過するまで入力側保持信号を出力する入力側禁止保持回路と、前記駆動指令信号、前記出力側保持信号および前記入力側保持信号に基づいて前記スイッチング素子のオン駆動を禁止する前記オン禁止信号を生成して前記対向アーム側の駆動回路に出力する禁止信号生成回路と、を備える。
上記構成によれば、比較的短い時間のオンを指令する駆動指令信号が駆動回路の内部において入力側回路から出力側回路へと遅延しながら伝達されることで出力側回路によりスイッチング素子がオン駆動される可能性がある期間に対向アーム側の駆動回路に対してオン禁止信号が確実に送信される、といった制御が実施されることになる。このような制御が実施されることにより、デッドタイムを必要以上に長くすることなく、上下アームの短絡が防止される。したがって、上記構成によれば、制御性を良好に維持しつつ、上下アーム同時オンの不具合の発生を防止することができる。
本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図1は、第1実施形態に係る駆動回路の構成を模式的に示す図であり、
図2は、第1実施形態に係る短パルス駆動時における各部の動作波形を模式的に示すタイミングチャートであり、
図3は、第1実施形態に係る通常パルス駆動時における各部の動作波形を模式的に示すタイミングチャートであり、
図4は、比較例に係る駆動回路の構成を模式的に示す図であり、
図5は、比較例に係る短パルス駆動時における各部の動作波形を模式的に示すタイミングチャートであり、
図6は、比較例に係る通常パルス駆動時における各部の動作波形を模式的に示すタイミングチャートであり、
図7は、第2実施形態に係る駆動回路の構成を模式的に示す図であり、
図8は、第2実施形態に係る短パルス駆動時における各部の動作波形を模式的に示すタイミングチャートであり、
図9は、第2実施形態に係る通常パルス駆動時における各部の動作波形を模式的に示すタイミングチャートであり、
図10は、第3実施形態に係る駆動回路の構成を模式的に示す図であり、
図11は、第3実施形態に係る短パルス駆動時における各部の動作波形を模式的に示すタイミングチャートであり、
図12は、第3実施形態に係る通常パルス駆動時における各部の動作波形を模式的に示すタイミングチャートである。
以下、複数の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
(第1実施形態)
以下、第1実施形態について図1~図6を参照して説明する。
(第1実施形態)
以下、第1実施形態について図1~図6を参照して説明する。
図1に示すように、本実施形態の駆動回路1A、1Bは、一対の直流電源線2、3の間に直列接続された上下アームを構成するスイッチング素子4A、4Bを駆動する。この場合、駆動回路1Aは、上アームを構成するスイッチング素子4Aを駆動し、駆動回路1Bは、下アームを構成するスイッチング素子4Bを駆動する。スイッチング素子4A、4Bを含む上下アームは、例えば3相のインバータ回路のうちの1相を構成している。
駆動回路1A、1Bは、直列接続された上下アームのうち一方のアームを構成するスイッチング素子を駆動するものであり、それらは同様の構成である。また、スイッチング素子4A、4Bは、同様の構成である。そのため、本明細書では、駆動回路1A、1Bおよびスイッチング素子4A、4Bのそれぞれについて区別する必要がない場合には、末尾のアルファベットを省略して総称することとする。また、本明細書では、駆動回路1A、1Bおよびスイッチング素子4A、4Bのそれぞれに対応して設けられる各種の構成および各種の信号について、符号の末尾に同様のアルファベットを付して区別するとともに、それらについても区別する必要がない場合には末尾のアルファベットを省略して総称することとする。
この場合、駆動回路1Aから見たときには、駆動対象であるスイッチング素子4A側の構成が自アームとなり、駆動対象ではないスイッチング素子4B側の構成が対向アームとなる。また、この場合、駆動回路1Bから見たときには、駆動対象であるスイッチング素子4B側の構成が自アームとなり、駆動対象ではないスイッチング素子4A側の構成が対向アームとなる。
スイッチング素子4は、パワーデバイスであり、この場合、例えばNチャネル型のMOSトランジスタである。スイッチング素子4Aのドレインは、高電位側の直流電源線2に接続されている。スイッチング素子4Aのソースは、スイッチング素子4Bのドレインに接続されている。スイッチング素子4Bのソースは、低電位側の直流電源線3に接続されている。スイッチング素子4Aのゲートは、ゲート抵抗R1A、R2A、R3Aを介して、駆動回路1Aの端子P1、P2、P3に接続されている。スイッチング素子4Bのゲートは、ゲート抵抗R1B、R2B、R3Bを介して、駆動回路1Bの端子P1、P2、P3に接続されている。
制御装置5は、例えばMCU、PMICなどを含む構成であり、駆動回路1の動作を制御する。なお、PMICは、Power Management ICの略称である。制御装置5は、上アームのスイッチング素子4Aの駆動を指令する駆動指令信号S1Aおよび下アームのスイッチング素子4Bの駆動を指令する駆動指令信号S1Bを生成して出力する。駆動回路1Aは、制御装置5から与えられる駆動指令信号S1Aに基づいてスイッチング素子4Aを駆動する。駆動回路1Bは、制御装置5から与えられる駆動指令信号S1Bに基づいてスイッチング素子4Bを駆動する。
駆動指令信号S1Aは、2値の信号であり、ハイレベルのときにスイッチング素子4Aのオン駆動を指令するとともにロウレベルのときにスイッチング素子4Aのオフ駆動を指令する。駆動指令信号S1Bは、2値の信号であり、ハイレベルのときにスイッチング素子4Bのオン駆動を指令するとともにロウレベルのときにスイッチング素子4Bのオフ駆動を指令する。
駆動回路1は、ICとして構成されており、入力側回路11、出力側回路12および信号伝達回路13を備えている。なお、ICは、Integrated Circuitの略称である。入力側回路11は、外部から与えられる駆動指令信号S1および対向アーム側の駆動回路1から出力されるオン禁止信号S2に基づいてスイッチング素子4を駆動するための駆動信号S3を生成する。
駆動信号S3は、2値の信号である。この場合、駆動信号S3がハイレベルである状態がスイッチング素子4のオン駆動を表す状態に相当し、駆動信号S3がロウレベルである状態がスイッチング素子4のオフ駆動を表す状態に相当する。オン禁止信号S2は、2値の信号である。この場合、オン禁止信号S2は、ロウレベルのときに有効となる信号、つまりロウアクティブの信号である。出力側回路12は、入力側回路11とは異なる電源で動作するものであり、駆動信号S3に基づいてスイッチング素子4を駆動する。
信号伝達回路13は、入力側回路11と出力側回路12との間での信号の伝達を行う。この場合、入力側回路11と出力側回路12とは互いに別々のチップにより構成されている。具体的には、入力側回路11は、電源電圧が相対的に低い低圧チップにより構成されており、出力側回路12は、電源電圧が相対的に高い高圧チップにより構成されている。そのため、本実施形態では、信号伝達回路13は、入力側回路11と出力側回路12との間において絶縁通信を行う絶縁通信回路14、15を備え、それら絶縁通信回路14、15による絶縁通信を介して信号の伝達を行う構成となっている。
出力側回路12は、オン駆動回路16、オフ駆動回路17および出力側禁止保持回路18を備える。オン駆動回路16、オフ駆動回路17および出力側禁止保持回路18には、信号伝達回路13の絶縁通信回路14から出力される駆動信号S4が入力されている。駆動信号S4は、入力側回路11から出力される2値の駆動信号S3と同様の論理を有する信号であるが、駆動信号S3に対して信号伝達回路13の絶縁通信回路14における遅延時間分だけ遅延した信号となっている。
オン駆動回路16は、駆動信号S4に基づいてスイッチング素子4のゲート電荷の充電を行うことによりスイッチング素子4をオン駆動する。オン駆動回路16の出力端子は、端子P1に接続されている。具体的には、オン駆動回路16は、駆動信号S4がハイレベルのときにスイッチング素子4をオン駆動する。オフ駆動回路17は、駆動信号S4に基づいてスイッチング素子4のゲート電荷の放電を行うことによりスイッチング素子4をオフ駆動する。オフ駆動回路17の出力端子は、端子P2に接続されている。具体的には、オフ駆動回路17は、駆動信号S4がロウレベルの時にスイッチング素子4をオフ駆動する。
出力側禁止保持回路18は、スイッチング素子4のゲート電圧を検出し、その検出結果に基づいて出力側保持信号S5を出力する。出力側保持信号S5は、2値の信号である。この場合、出力側保持信号S5は、ロウレベルのときに有効となる信号、つまりロウアクティブの信号である。そのため、「出力側禁止保持回路が出力側保持信号を出力する」とは、出力側保持信号がロウレベルになる、ということを意味している。
出力側禁止保持回路18は、ゲート電圧検出回路19を備える。ゲート電圧検出回路19は、端子P3の信号に基づいてスイッチング素子4のゲート電圧を検出し、その検出結果を表す2値の信号を出力する。ゲート電圧検出回路19の出力信号は、スイッチング素子4のゲート電圧が所定の閾値電圧以上のときにロウレベルになるとともに、閾値電圧未満のときにハイレベルになる信号である。
上記した閾値電圧の値は、スイッチング素子4のゲート閾値電圧に基づいて適宜設定すればよい。この場合、ゲート電圧検出回路19の出力信号が、出力側保持信号S5となる。出力側禁止保持回路18から出力される出力側保持信号S5は、信号伝達回路13の絶縁通信回路15に与えられる。
入力側回路11は、駆動信号生成回路21、入力側禁止保持回路22および禁止信号生成回路23を備える。駆動信号生成回路21は、駆動指令信号S1およびオン禁止信号S2に基づいて駆動信号S3を生成する。具体的には、駆動信号生成回路21は、AND回路であり、その一方の入力端子は端子P4に接続され、その他方の入力端子は端子P5に接続されている。端子P4には、制御装置5から出力される駆動指令信号S1が与えられる。端子P5には、対向アーム側の駆動回路1から出力されるオン禁止信号S2が与えられる。
駆動信号生成回路21は、駆動指令信号S1およびオン禁止信号S2の論理積を表す駆動信号S3を生成して出力する。駆動信号生成回路21から出力される駆動信号S3は、入力側禁止保持回路22に与えられるとともに、信号伝達回路13の絶縁通信回路14に与えられる。入力側禁止保持回路22は、駆動信号S3がスイッチング素子4をオフ駆動する状態であるロウレベルからスイッチング素子4をオン駆動する状態であるハイレベルに切り替わってから所定の第1保持期間T1が経過するまで入力側保持信号S6を出力する。
入力側保持信号S6は、2値の信号である。この場合、入力側保持信号S6は、ハイレベルのときに有効となる信号、つまりハイアクティブの信号である。そのため、「入力側禁止保持回路が入力側保持信号を出力する」とは、入力側保持信号がハイレベルになる、ということを意味している。
この場合、入力側禁止保持回路22には、駆動信号S3が入力される。入力側禁止保持回路22は、駆動信号S3を一定期間だけ保持した信号である入力側保持信号S6を生成する。具体的には、入力側禁止保持回路22は、駆動信号S3に同期して立ち上がるとともに、駆動信号S3よりも一定期間だけ遅く立ち下がる入力側保持信号S6を生成する。入力側禁止保持回路22により生成される入力側保持信号S6の立ち上がりエッジから立ち下がりエッジまでの期間は、前述した第1保持期間T1に相当する。
禁止信号生成回路23は、駆動指令信号S1、入力側保持信号S6および出力側保持信号S7に基づいてスイッチング素子4のオン駆動を禁止するオン禁止信号S2を生成して対向アーム側の駆動回路1に出力する。具体的には、禁止信号生成回路23は、AND回路であり、2つの反転入力端子および1つの非反転入力端子を備える。禁止信号生成回路23の一方の反転入力端子には駆動指令信号S1が与えられ、その他方の反転入力端子には入力側保持信号S6が与えられる。
禁止信号生成回路23の非反転入力端子には、信号伝達回路13の絶縁通信回路15から出力される出力側保持信号S7が入力されている。出力側保持信号S7は、出力側回路12から出力される2値の出力側保持信号S5と同様の論理を有する信号であるが、出力側保持信号S5に対して信号伝達回路13の絶縁通信回路15における遅延時間分だけ遅延した信号となっている。禁止信号生成回路23は、駆動指令信号S1の論理を反転させた信号、入力側保持信号S6の論理を反転させた信号および出力側保持信号S7の論理積を表すオン禁止信号S2を生成して出力する。
禁止信号生成回路23の出力端子は、端子P6に接続されている。端子P6は、対向アーム側の駆動回路1の端子P5に接続されている。詳細は後述するが、上記構成において、出力側禁止保持回路18および入力側禁止保持回路22は、出力側保持信号S7が出力される期間と入力側保持信号S6が出力される期間とが重複するように、出力側保持信号S5および入力側保持信号S6を生成するように構成されている。
次に、上記構成の作用について図2および図3のタイミングチャートを参照して説明する。
駆動指令信号S1がロウレベルからハイレベルに転じる時点taから駆動指令信号S1がハイレベルからロウレベルに転じる時点tbまでの期間、つまり駆動指令信号S1のパルス幅が、例えば数百nsオーダーといった短い時間となる短パルス駆動時における各部の動作波形は、例えば図2に示すようなものとなる。また、駆動指令信号S1のパルス幅が、短パルス駆動時に比べて長い時間となる通常パルス駆動時における各部の動作波形は、例えば図3に示すようなものとなる。
駆動指令信号S1がロウレベルからハイレベルに転じる時点taから駆動指令信号S1がハイレベルからロウレベルに転じる時点tbまでの期間、つまり駆動指令信号S1のパルス幅が、例えば数百nsオーダーといった短い時間となる短パルス駆動時における各部の動作波形は、例えば図2に示すようなものとなる。また、駆動指令信号S1のパルス幅が、短パルス駆動時に比べて長い時間となる通常パルス駆動時における各部の動作波形は、例えば図3に示すようなものとなる。
以下、自アームに対する駆動指令信号S1がオフを指令する状態であるロウレベルからオンを指令する状態であるハイレベルを経て再びオフを指令する状態であるロウレベルへと変化するときの各部の動作について説明する。なお、この場合、スイッチング素子4A側の構成が自アームであるものとし、スイッチング素子4B側の構成が対向アームであるものとしている。
[1]自アーム側の動作
駆動信号3Aは、時点taではロウレベルのままであるが、その後、オン禁止信号S2Aがロウレベルからハイレベルに転じる時点t3においてハイレベルに転じる。このとき、入力側保持信号S6Aは、ロウレベルからハイレベルに転じる。なお、入力側保持信号S6Aは、時点t3から第1保持期間T1が経過した時点においてロウレベルに転じる。駆動信号S4Aは、時点t3から遅延時間d1が経過した時点t4においてハイレベルに転じる。遅延時間d1は、絶縁通信回路14における回路遅延などに相当する。
駆動信号3Aは、時点taではロウレベルのままであるが、その後、オン禁止信号S2Aがロウレベルからハイレベルに転じる時点t3においてハイレベルに転じる。このとき、入力側保持信号S6Aは、ロウレベルからハイレベルに転じる。なお、入力側保持信号S6Aは、時点t3から第1保持期間T1が経過した時点においてロウレベルに転じる。駆動信号S4Aは、時点t3から遅延時間d1が経過した時点t4においてハイレベルに転じる。遅延時間d1は、絶縁通信回路14における回路遅延などに相当する。
スイッチング素子4Aのゲート電圧VgAは、駆動信号S4Aがハイレベルに転じた時点t4から遅延時間d2が経過した時点から上昇し始める。遅延時間d2は、オン駆動回路16における回路遅延、ゲート抵抗R1Aおよびスイッチング素子4Aのゲートにおける素子遅延などに相当する。スイッチング素子4Aは、そのゲート電圧がゲート閾値電圧に到達した時点t5においてオンする。
このとき、出力側保持信号S5Aは、ハイレベルからロウレベルに転じる。出力側保持信号S7Aは、時点t5から遅延時間d3が経過した時点においてロウレベルに転じる。遅延時間d3は、絶縁通信回路15における回路遅延などに相当する。なお、出力側保持信号S7Aがロウレベルに転じるタイミングは、入力側保持信号S6Aがロウレベルに転じるタイミングよりも前のタイミングになっている。つまり、この場合、出力側保持信号S7Aが出力される期間と入力側保持信号S6Aが出力される期間とが重複している。
駆動指令信号S1Aがハイレベルからロウレベルに転じる時点tbにおいて、オン禁止信号S2Aおよび駆動信号S3Aがロウレベルに転じる。駆動信号S4Aは、時点tbから遅延時間d4が経過した時点においてロウレベルに転じる。遅延時間d4は、絶縁通信回路14における回路遅延などに相当する。スイッチング素子4Aのゲート電圧VgAは、駆動信号S4Aがロウレベルに転じた時点から遅延時間d5が経過した時点から低下し始める。
遅延時間d5は、オフ駆動回路17における回路遅延、ゲート抵抗R2Aおよびスイッチング素子4Aのゲートにおける素子遅延などに相当する。スイッチング素子4Aは、そのゲート電圧がゲート閾値電圧に到達した時点t6においてオフする。このとき、出力側保持信号S5Aは、ロウレベルからハイレベルに転じる。出力側保持信号S7Aは、時点t6から遅延時間d6が経過した時点においてハイレベルに転じる。遅延時間d6は、絶縁通信回路15における回路遅延などに相当する。
[2]対向アーム側の動作
駆動指令信号S1Bは、時点taにおいてハイレベルからロウレベルに転じる。このとき、オン禁止信号S2Bおよび駆動信号S3Bは、ハイレベルからロウレベルに転じる。駆動信号S4Bは、時点taから遅延時間d4が経過した時点t1においてロウレベルに転じる。スイッチング素子4Bのゲート電圧VgBは、駆動信号S4Bがロウレベルに転じた時点t1から遅延時間d5が経過した時点から低下し始める。
駆動指令信号S1Bは、時点taにおいてハイレベルからロウレベルに転じる。このとき、オン禁止信号S2Bおよび駆動信号S3Bは、ハイレベルからロウレベルに転じる。駆動信号S4Bは、時点taから遅延時間d4が経過した時点t1においてロウレベルに転じる。スイッチング素子4Bのゲート電圧VgBは、駆動信号S4Bがロウレベルに転じた時点t1から遅延時間d5が経過した時点から低下し始める。
スイッチング素子4Bは、そのゲート電圧がゲート閾値電圧に到達した時点t2においてオフする。このとき、出力側保持信号S5Bは、ロウレベルからハイレベルに転じる。出力側保持信号S7Bは、時点t2から遅延時間d6が経過した時点t3においてハイレベルに転じる。その後、時点tbにおいて駆動指令信号S1Bがロウレベルからハイレベルに転じる。駆動信号S3Bは、時点tbではロウレベルのままであるが、その後、オン禁止信号S2Bがロウレベルからハイレベルに転じる時点t7においてハイレベルに転じる。
このとき、入力側保持信号S6Bは、ロウレベルからハイレベルに転じる。なお、入力側保持信号S6Bは、時点t7から第1保持期間T1が経過した時点においてロウレベルに転じる。駆動信号S4Bは、時点t7から遅延時間d1が経過した時点t8においてハイレベルに転じる。スイッチング素子4Bのゲート電圧VgBは、駆動信号S4Bがハイレベルに転じた時点t8から遅延時間d2が経過した時点から上昇し始める。
スイッチング素子4Bは、そのゲート電圧がゲート閾値電圧に到達した時点t9においてオンする。このとき、出力側保持信号S5Bは、ハイレベルからロウレベルに転じる。出力側保持信号S7Bは、時点t9から遅延時間d3が経過した時点においてロウレベルに転じる。なお、出力側保持信号S7Bがロウレベルに転じるタイミングは、入力側保持信号S6Bがロウレベルに転じるタイミングよりも前のタイミングになっている。つまり、この場合、出力側保持信号S7Bが出力される期間と入力側保持信号S6Bが出力される期間とが重複している。
以上説明したように、上記構成によれば、入力側回路11においてオン駆動の条件が満たされた時点、つまり駆動指令信号S1Aがロウレベルからハイレベルに転じた時点taから対向アーム側の駆動回路1Bに対してオン禁止信号S2Bが出力され、その状態が一定期間保持されるようになっている。また、上記構成によれば、入力側保持信号S6の出力が保持される第1保持期間T1は、遅延時間d1、d2、d3を合計した期間に相当する期間に設定されている。
以上説明した本実施形態によれば、比較的短い時間のオンを指令する駆動指令信号S1が駆動回路1の内部において入力側回路11から出力側回路12へと遅延しながら伝達されることで出力側回路12によりスイッチング素子4がオン駆動される可能性がある期間に対向アーム側の駆動回路1に対してオン禁止信号S2が確実に送信される、といった制御が実施されることになる。このような制御が実施されることにより、デッドタイムを必要以上に長くすることなく、上下アームの短絡が防止される。したがって、本実施形態によれば、制御性を良好に維持しつつ、上下アーム同時オンの不具合の発生を防止することができる。
このような本実施形態により得られる効果は、本実施形態の構成から一部の構成を省いた比較例の構成と比較することにより一層明確になる。図4に示すように、比較例の駆動回路31は、本実施形態の駆動回路1に対し、入力側回路11に代えて入力側回路32を備えている点などが異なっている。入力側回路32は、入力側回路11に対し、入力側禁止保持回路22が省かれている点、禁止信号生成回路23に代えて禁止信号生成回路33を備えている点などが異なっている。
禁止信号生成回路33は、AND回路であり、その反転入力端子には駆動指令信号S1が入力され、その非反転入力端子には信号伝達回路13の絶縁通信回路15から出力される出力側保持信号S7が入力されている。禁止信号生成回路33は、駆動指令信号S1の論理を反転させた信号および出力側保持信号S7の論理積を表すオン禁止信号S2を生成して出力する。
図3および図6のタイミングチャートに示すように、本実施形態の構成および比較例の構成のいずれによっても、通常パルス駆動時には、上下アーム同時オンの不具合が発生することはない。しかし、図5のタイミングチャートに示すように、比較例の構成では、短パルス駆動時、自アームの駆動回路1Aに入力される駆動指令信号S1Aがハイレベルになっている状態であっても、スイッチング素子4Aのゲート電圧VgAがゲート閾値未満になる期間が存在しており、それにより対向アームの駆動回路1Bにオン禁止信号S2Bが出力されない状態となる期間が存在する。
そして、このとき、自アームの駆動回路1Aでは、オンを指令する駆動指令信号S1Aが内部で各種の遅延が生じつつも後段へと伝達されてゆき、その結果、自アームのスイッチング素子4Aが遅れてオン駆動される。一方、このとき、対向アームの駆動回路1Bでは、オン駆動が許可されていることから、スイッチング素子4Bがオン駆動される。これにより、上下アームの各スイッチング素子4A、4Bがどちらもオン駆動の動作状態となり、上下アーム短絡が発生する。このような不具合は、デッドタイムを必要以上に長くすれば解消するが、そのようにした場合には、より短いオン時間での駆動が難しくなり、制御性が悪くなるという別の課題が生じることになる。
これに対し、本実施形態の構成では、ハイレベルの駆動指令信号S1Aが与えられた時点において出来る限り早く対向アーム側の駆動回路1Bに対してオン禁止信号S2Bが出力されるとともに、その出力を内部の遅延時間に基づいて定められた一定期間保持するようになっているため、図2のタイミングチャートに示すように、短パルス駆動時においても上下アーム同時オンの不具合が発生することがない。
(第2実施形態)
以下、第2実施形態について図7~図9を参照して説明する。
図7に示すように、本実施形態の駆動回路41A、41Bは、第1実施形態の駆動回路1A、1Bに対し、出力側回路12に代えて出力側回路42を備えている点などが異なっている。出力側回路42は、出力側回路12に対し、出力側禁止保持回路18に代えて出力側禁止保持回路43を備えている点などが異なっている。出力側禁止保持回路43は、出力側禁止保持回路18と同様のゲート電圧検出回路19に加え、AND回路44を備えている。
以下、第2実施形態について図7~図9を参照して説明する。
図7に示すように、本実施形態の駆動回路41A、41Bは、第1実施形態の駆動回路1A、1Bに対し、出力側回路12に代えて出力側回路42を備えている点などが異なっている。出力側回路42は、出力側回路12に対し、出力側禁止保持回路18に代えて出力側禁止保持回路43を備えている点などが異なっている。出力側禁止保持回路43は、出力側禁止保持回路18と同様のゲート電圧検出回路19に加え、AND回路44を備えている。
AND回路44の反転入力端子には駆動信号S4が入力され、その非反転入力端子にはゲート電圧検出回路19から出力される信号S5が入力されている。AND回路44は、駆動信号S4の論理を反転させた信号および信号S5の論理積を表す信号を生成して出力する。この場合、AND回路44から出力される信号が出力側保持信号S41となる。このような構成により、出力側禁止保持回路43は、駆動信号S4がスイッチング素子4のオフ駆動を表す状態であるロウレベルからオン駆動を表す状態であるハイレベルに切り替わった時点から出力側保持信号S41の出力を開始するようになっている。
次に、上記構成の作用について図8および図9のタイミングチャートを参照して説明する。
短パルス駆動時における各部の動作波形は、例えば図8に示すようなものとなる。また、通常パルス駆動時における各部の動作波形は、例えば図9に示すようなものとなる。以下、自アームに対する駆動指令信号S1がオフを指令する状態であるロウレベルからオンを指令する状態であるハイレベルを経て再びオフを指令する状態であるロウレベルへと変化するときの各部の動作について説明する。なお、この場合、スイッチング素子4A側の構成が自アームであるものとし、スイッチング素子4B側の構成が対向アームであるものとしている。
短パルス駆動時における各部の動作波形は、例えば図8に示すようなものとなる。また、通常パルス駆動時における各部の動作波形は、例えば図9に示すようなものとなる。以下、自アームに対する駆動指令信号S1がオフを指令する状態であるロウレベルからオンを指令する状態であるハイレベルを経て再びオフを指令する状態であるロウレベルへと変化するときの各部の動作について説明する。なお、この場合、スイッチング素子4A側の構成が自アームであるものとし、スイッチング素子4B側の構成が対向アームであるものとしている。
[1]自アーム側の動作
駆動信号3Aは、時点taではロウレベルのままであるが、その後、オン禁止信号S2Aがロウレベルからハイレベルに転じる時点t3においてハイレベルに転じる。このとき、入力側保持信号S6Aは、ロウレベルからハイレベルに転じる。なお、入力側保持信号S6Aは、時点t3から第1保持期間T41が経過した時点においてロウレベルに転じる。
駆動信号3Aは、時点taではロウレベルのままであるが、その後、オン禁止信号S2Aがロウレベルからハイレベルに転じる時点t3においてハイレベルに転じる。このとき、入力側保持信号S6Aは、ロウレベルからハイレベルに転じる。なお、入力側保持信号S6Aは、時点t3から第1保持期間T41が経過した時点においてロウレベルに転じる。
駆動信号S4Aは、時点t3から遅延時間d1が経過した時点においてハイレベルに転じる。このとき、出力側保持信号S41Aは、ハイレベルからロウレベルに転じる。出力側保持信号S7Aは、時点t4から遅延時間d3が経過した時点においてロウレベルに転じる。なお、出力側保持信号S7Aがロウレベルに転じるタイミングは、入力側保持信号S6Aがロウレベルに転じるタイミングよりも前のタイミングになっている。つまり、この場合、出力側保持信号S7Aが出力される期間と入力側保持信号S6Aが出力される期間とが重複している。
スイッチング素子4Aのゲート電圧VgAは、駆動信号S4Aがハイレベルに転じた時点から遅延時間d2が経過した時点から上昇し始める。スイッチング素子4Aは、そのゲート電圧がゲート閾値電圧に到達した時点t5においてオンする。このとき、信号S5Aは、ハイレベルからロウレベルに転じる。駆動指令信号S1Aがハイレベルからロウレベルに転じる時点tbにおいて、オン禁止信号S2Aおよび駆動信号S3Aがロウレベルに転じる。
駆動信号S4Aは、時点tbから遅延時間d4が経過した時点においてロウレベルに転じる。スイッチング素子4Aのゲート電圧VgAは、駆動信号S4Aがロウレベルに転じた時点から遅延時間d5が経過した時点から低下し始める。スイッチング素子4Aは、そのゲート電圧がゲート閾値電圧に到達した時点t6においてオフする。このとき、信号S5Aおよび出力側保持信号S41Aは、ロウレベルからハイレベルに転じる。出力側保持信号S7Aは、時点t6から遅延時間d6が経過した時点t7においてハイレベルに転じる。
[2]対向アーム側の動作
駆動指令信号S1Bは、時点taにおいてハイレベルからロウレベルに転じる。このとき、オン禁止信号S2Bおよび駆動信号S3Bは、ハイレベルからロウレベルに転じる。駆動信号S4Bは、時点taから遅延時間d4が経過した時点t1においてロウレベルに転じる。スイッチング素子4Bのゲート電圧VgBは、駆動信号S4Bがロウレベルに転じた時点t1から遅延時間d5が経過した時点から低下し始める。
駆動指令信号S1Bは、時点taにおいてハイレベルからロウレベルに転じる。このとき、オン禁止信号S2Bおよび駆動信号S3Bは、ハイレベルからロウレベルに転じる。駆動信号S4Bは、時点taから遅延時間d4が経過した時点t1においてロウレベルに転じる。スイッチング素子4Bのゲート電圧VgBは、駆動信号S4Bがロウレベルに転じた時点t1から遅延時間d5が経過した時点から低下し始める。
スイッチング素子4Bは、そのゲート電圧がゲート閾値電圧に到達した時点t2においてオフする。このとき、信号S5Bおよび出力側保持信号S41Bは、ロウレベルからハイレベルに転じる。出力側保持信号S7Bは、時点t2から遅延時間d6が経過した時点t3においてハイレベルに転じる。その後、時点tbにおいて駆動指令信号S1Bがロウレベルからハイレベルに転じる。駆動信号S3Bは、時点tbではロウレベルのままであるが、その後、オン禁止信号S2Bがロウレベルからハイレベルに転じる時点t7においてハイレベルに転じる。
このとき、入力側保持信号S6Bは、ロウレベルからハイレベルに転じる。なお、入力側保持信号S6Bは、時点t6から第1保持期間T41が経過した時点においてロウレベルに転じる。駆動信号S4Bは、時点t7から遅延時間d1が経過した時点t8においてハイレベルに転じる。このとき、出力側保持信号S41Bは、ハイレベルからロウレベルに転じる。
出力側保持信号S7Bは、時点t8から遅延時間d3が経過した時点においてロウレベルに転じる。なお、出力側保持信号S7Bがロウレベルに転じるタイミングは、入力側保持信号S6Bがロウレベルに転じるタイミングよりも前のタイミングになっている。つまり、この場合、出力側保持信号S7Bが出力される期間と入力側保持信号S6Bが出力される期間とが重複している。
スイッチング素子4Bのゲート電圧VgBは、駆動信号S4Bがハイレベルに転じた時点から遅延時間d2が経過した時点から上昇し始める。スイッチング素子4Bは、そのゲート電圧がゲート閾値電圧に到達した時点t9においてオンする。このとき、信号S5Bは、ハイレベルからロウレベルに転じる。
以上説明したように、上記構成によれば、入力側回路11においてオン駆動の条件が満たされた時点、つまり駆動指令信号S1Aがロウレベルからハイレベルに転じた時点taから対向アーム側の駆動回路1Bに対してオン禁止信号S2Bが出力され、その状態が一定期間保持されるようになっている。また、上記構成によれば、入力側保持信号S6の出力が保持される第1保持期間T41は、遅延時間d1、d3を合計した期間に相当する期間に設定されている。
以上説明した本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果が得られるうえ、次のような効果も得られる。すなわち、本実施形態によれば、入力側保持信号S6の出力が保持される第1保持期間T41が、第1実施形態における第1保持期間T1に比べて短い時間に抑えられる。そのため、本実施形態によれば、上下アーム短絡の発生を防止しつつ、より短いパルス幅でのオン駆動を行い得ることが可能となり、その制御性を高めることができる。
(第3実施形態)
以下、第3実施形態について図10~図12を参照して説明する。
図10に示すように、本実施形態の駆動回路51A、51Bは、第2実施形態の駆動回路41A、41Bに対し、出力側回路42に代えて出力側回路52を備えている点などが異なっている。出力側回路52は、出力側回路42に対し、出力側禁止保持回路43に代えて出力側禁止保持回路53を備えている点などが異なっている。出力側禁止保持回路53は、出力側禁止保持回路43に対し、保持回路54が追加されている点、AND回路44に代えてAND回路55を備えている点などが異なっている。
以下、第3実施形態について図10~図12を参照して説明する。
図10に示すように、本実施形態の駆動回路51A、51Bは、第2実施形態の駆動回路41A、41Bに対し、出力側回路42に代えて出力側回路52を備えている点などが異なっている。出力側回路52は、出力側回路42に対し、出力側禁止保持回路43に代えて出力側禁止保持回路53を備えている点などが異なっている。出力側禁止保持回路53は、出力側禁止保持回路43に対し、保持回路54が追加されている点、AND回路44に代えてAND回路55を備えている点などが異なっている。
保持回路54には、駆動信号S4が入力されている。保持回路54は、駆動信号S4がスイッチング素子4をオフ駆動する状態であるロウレベルからスイッチング素子4をオン駆動する状態であるハイレベルに切り替わってから所定の期間T51が経過するまで信号S51を出力する。
期間T51は、オン駆動回路16における回路遅延、ゲート抵抗R1およびスイッチング素子4のゲートにおける素子遅延、ゲート電圧検出回路19における回路遅延などに相当する遅延時間に応じた期間とすることができる。信号S51は、2値の信号である。この場合、信号S51は、ハイレベルのときに有効となる信号、つまりハイアクティブの信号である。そのため、「保持回路54が信号S51を出力する」とは、信号S51がハイレベルになる、ということを意味している。
AND回路55は、2つの反転入力端子および1つの非反転入力端子を備える。AND回路55の一方の反転入力端子には駆動信号S4が与えられ、その他方の反転入力端子には保持回路54から出力される信号S51が与えられる。AND回路55の非反転入力端子には、ゲート電圧検出回路19から出力される信号S5が入力されている。AND回路55は、駆動信号S4の論理を反転させた信号、信号S51の論理を反転させた信号および信号S5の論理積を表す信号を生成して出力する。この場合、AND回路55から出力される信号が出力側保持信号S52となる。
このような構成により、出力側禁止保持回路53は、駆動信号S4がスイッチング素子4のオフ駆動を表す状態であるロウレベルからオン駆動を表す状態であるハイレベルに切り替わってから所定の第2保持期間T2が経過するまで出力側保持信号S52の出力を保持するようになっている。
次に、上記構成の作用について図11および図12のタイミングチャートを参照して説明する。
短パルス駆動時における各部の動作波形は、例えば図11に示すようなものとなる。また、通常パルス駆動時における各部の動作波形は、例えば図12に示すようなものとなる。以下、自アームに対する駆動指令信号S1がオフを指令する状態であるロウレベルからオンを指令する状態であるハイレベルを経て再びオフを指令する状態であるロウレベルへと変化するときの各部の動作について説明する。なお、この場合、スイッチング素子4A側の構成が自アームであるものとし、スイッチング素子4B側の構成が対向アームであるものとしている。
短パルス駆動時における各部の動作波形は、例えば図11に示すようなものとなる。また、通常パルス駆動時における各部の動作波形は、例えば図12に示すようなものとなる。以下、自アームに対する駆動指令信号S1がオフを指令する状態であるロウレベルからオンを指令する状態であるハイレベルを経て再びオフを指令する状態であるロウレベルへと変化するときの各部の動作について説明する。なお、この場合、スイッチング素子4A側の構成が自アームであるものとし、スイッチング素子4B側の構成が対向アームであるものとしている。
[1]自アーム側の動作
駆動信号3Aは、時点taではロウレベルのままであるが、その後、オン禁止信号S2Aがロウレベルからハイレベルに転じる時点t3においてハイレベルに転じる。このとき、入力側保持信号S6Aは、ロウレベルからハイレベルに転じる。なお、入力側保持信号S6Aは、時点t3から第1保持期間T41が経過した時点においてロウレベルに転じる。
駆動信号3Aは、時点taではロウレベルのままであるが、その後、オン禁止信号S2Aがロウレベルからハイレベルに転じる時点t3においてハイレベルに転じる。このとき、入力側保持信号S6Aは、ロウレベルからハイレベルに転じる。なお、入力側保持信号S6Aは、時点t3から第1保持期間T41が経過した時点においてロウレベルに転じる。
駆動信号S4Aは、時点t3から遅延時間d1が経過した時点t4においてハイレベルに転じる。このとき、信号S51Aがロウレベルからハイレベルに転じるとともに、出力側保持信号S52Aがハイレベルからロウレベルに転じる。なお、信号S51Aは、時点t4から期間T51が経過した時点においてロウレベルに転じる。出力側保持信号S7Aは、時点t4から遅延時間d3が経過した時点においてロウレベルに転じる。なお、出力側保持信号S7Aがロウレベルに転じるタイミングは、入力側保持信号S6Aがロウレベルに転じるタイミングよりも前のタイミングになっている。つまり、この場合、出力側保持信号S7Aが出力される期間と入力側保持信号S6Aが出力される期間とが重複している。
スイッチング素子4Aのゲート電圧VgAは、駆動信号S4Aがハイレベルに転じた時点から遅延時間d2が経過した時点から上昇し始める。スイッチング素子4Aは、そのゲート電圧がゲート閾値電圧に到達した時点t5においてオンする。このとき、信号S5Aは、ハイレベルからロウレベルに転じる。駆動指令信号S1Aがハイレベルからロウレベルに転じる時点tbにおいて、オン禁止信号S2Aおよび駆動信号S3Aがロウレベルに転じる。
駆動信号S4Aは、時点tbから遅延時間d4が経過した時点においてロウレベルに転じる。スイッチング素子4Aのゲート電圧VgAは、駆動信号S4Aがロウレベルに転じた時点から遅延時間d5が経過した時点から低下し始める。スイッチング素子4Aは、そのゲート電圧がゲート閾値電圧に到達した時点t6においてオフする。このとき、信号S5Aおよび出力側保持信号S52Aは、ロウレベルからハイレベルに転じる。出力側保持信号S7Aは、時点t6から遅延時間d6が経過した時点においてハイレベルに転じる。
[2]対向アーム側の動作
駆動指令信号S1Bは、時点taにおいてハイレベルからロウレベルに転じる。このとき、オン禁止信号S2Bおよび駆動信号S3Bは、ハイレベルからロウレベルに転じる。駆動信号S4Bは、時点taから遅延時間d4が経過した時点t1においてロウレベルに転じる。スイッチング素子4Bのゲート電圧VgBは、駆動信号S4Bがロウレベルに転じた時点t1から遅延時間d5が経過した時点から低下し始める。
駆動指令信号S1Bは、時点taにおいてハイレベルからロウレベルに転じる。このとき、オン禁止信号S2Bおよび駆動信号S3Bは、ハイレベルからロウレベルに転じる。駆動信号S4Bは、時点taから遅延時間d4が経過した時点t1においてロウレベルに転じる。スイッチング素子4Bのゲート電圧VgBは、駆動信号S4Bがロウレベルに転じた時点t1から遅延時間d5が経過した時点から低下し始める。
スイッチング素子4Bは、そのゲート電圧がゲート閾値電圧に到達した時点t2においてオフする。このとき、信号S5Bおよび出力側保持信号S52Bは、ロウレベルからハイレベルに転じる。出力側保持信号S7Bは、時点t2から遅延時間d6が経過した時点t3においてハイレベルに転じる。その後、時点tbにおいて駆動指令信号S1Bがロウレベルからハイレベルに転じる。駆動信号S3Bは、時点tbではロウレベルのままであるが、その後、オン禁止信号S2Bがロウレベルからハイレベルに転じる時点t7においてハイレベルに転じる。
このとき、入力側保持信号S6Bは、ロウレベルからハイレベルに転じる。なお、入力側保持信号S6Bは、時点t7から第1保持期間T41が経過した時点においてロウレベルに転じる。駆動信号S4Bは、時点t7から遅延時間d1が経過した時点t8においてハイレベルに転じる。このとき、信号S51Bがロウレベルからハイレベルに転じるとともに、出力側保持信号S52Bがハイレベルからロウレベルに転じる。なお、信号S51Bは、時点t8から期間T51が経過した時点においてロウレベルに転じる。
出力側保持信号S7Bは、時点t8から遅延時間d3が経過した時点においてロウレベルに転じる。なお、出力側保持信号S7Bがロウレベルに転じるタイミングは、入力側保持信号S6Bがロウレベルに転じるタイミングよりも前のタイミングになっている。つまり、この場合、出力側保持信号S7Bが出力される期間と入力側保持信号S6Bが出力される期間とが重複している。
スイッチング素子4Bのゲート電圧VgBは、駆動信号S4Bがハイレベルに転じた時点t8から遅延時間d2が経過した時点から上昇し始める。スイッチング素子4Bは、そのゲート電圧がゲート閾値電圧に到達した時点t9においてオンする。このとき、信号S5Bは、ハイレベルからロウレベルに転じる。
以上説明したように、上記構成によれば、入力側回路11においてオン駆動の条件が満たされた時点、つまり駆動指令信号S1Aがロウレベルからハイレベルに転じた時点taから対向アーム側の駆動回路1Bに対してオン禁止信号S2Bが出力され、その状態が一定期間保持されるようになっている。また、上記構成によれば、入力側保持信号S6の出力が保持される第1保持期間T41は、遅延時間d1、d3を合計した期間に相当する期間に設定されている。また、上記構成によれば、出力側保持信号S52の出力が保持される第2保持期間T2は、遅延時間d2などに相当する期間に設定されている。このような本実施形態によっても、第2実施形態と同様の効果が得られる。
(その他の実施形態)
なお、本開示は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
上記各実施形態で示した数値などは例示であり、それに限定されるものではない。
なお、本開示は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
上記各実施形態で示した数値などは例示であり、それに限定されるものではない。
上記各実施形態では、入力側回路11と出力側回路12、42、52とは互いに別々のチップにより構成されていたが、これに限らずともよく、例えば素子の耐圧などに問題がなければ、入力側回路11と出力側回路12、42、52とを同一の1つのチップにより構成することもできる。
上記各実施形態では、信号伝達回路13は、絶縁通信回路14、15を備えた構成となっていたが、これに限らずともよく、例えば入力側回路11と出力側回路12、42、52とを同一の1つのチップにより構成する場合などにおいてレベルシフタを備えた構成とすることもできる。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
本開示は、特許請求の範囲に記載の発明に加え、以下のような発明を含む。
[1]
直列接続された上下アームのうち一方のアームを構成するスイッチング素子(4、4A、4B)を駆動する駆動回路であって、
前記一方のアームを自アームとするとともに、前記上下アームのうち他方のアームを対向アームとすると、
外部から与えられる駆動指令信号および前記対向アーム側の駆動回路から出力されるオン禁止信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成する入力側回路(11)と、
前記入力側回路とは異なる電源で動作するものであり、前記駆動信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動する出力側回路(12、42、52)と、
前記入力側回路と前記出力側回路との間での信号の伝達を行う信号伝達回路(13)と、
を備え、
前記出力側回路は、
前記駆動信号に基づいて前記スイッチング素子のゲート電荷の充電を行うことにより前記スイッチング素子をオン駆動するオン駆動回路(16)と、
前記駆動信号に基づいて前記スイッチング素子のゲート電荷の放電を行うことにより前記スイッチング素子をオフ駆動するオフ駆動回路(17)と、
前記スイッチング素子のゲート電圧を検出し、その検出結果に基づいて出力側保持信号を出力する出力側禁止保持回路(18、43、53)と、
を備え、
前記入力側回路は、
前記駆動信号が前記スイッチング素子をオフ駆動する状態から前記スイッチング素子をオン駆動する状態に切り替わってから所定の第1保持期間が経過するまで入力側保持信号を出力する入力側禁止保持回路(22)と、
前記駆動指令信号、前記出力側保持信号および前記入力側保持信号に基づいて前記スイッチング素子のオン駆動を禁止する前記オン禁止信号を生成して前記対向アーム側の駆動回路に出力する禁止信号生成回路(23)と、
を備える駆動回路。
[2]
前記出力側禁止保持回路(43)は、
前記駆動信号が前記スイッチング素子のオフ駆動を表す状態からオン駆動を表す状態に切り替わった時点から前記出力側保持信号の出力を開始する[1]に記載の駆動回路。
[3]
前記出力側禁止保持回路(53)は、
前記駆動信号が前記スイッチング素子のオフ駆動を表す状態からオン駆動を表す状態に切り替わってから所定の第2保持期間が経過するまで前記出力側保持信号の出力を保持する[1]または[2]に記載の駆動回路。
[4]
前記出力側禁止保持回路および前記入力側禁止保持回路は、前記出力側保持信号が出力される期間と前記入力側保持信号が出力される期間とが重複するように、前記出力側保持信号および前記入力側保持信号を生成するように構成されている[1]から[3]のいずれか一項に記載の駆動回路。
[5]
前記信号伝達回路は、前記入力側回路と前記出力側回路との間において絶縁通信を行う絶縁通信回路(14、15)であり、前記絶縁通信を介して信号の伝達を行う構成である[1]から[4]のいずれか一項に記載の駆動回路。
[1]
直列接続された上下アームのうち一方のアームを構成するスイッチング素子(4、4A、4B)を駆動する駆動回路であって、
前記一方のアームを自アームとするとともに、前記上下アームのうち他方のアームを対向アームとすると、
外部から与えられる駆動指令信号および前記対向アーム側の駆動回路から出力されるオン禁止信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成する入力側回路(11)と、
前記入力側回路とは異なる電源で動作するものであり、前記駆動信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動する出力側回路(12、42、52)と、
前記入力側回路と前記出力側回路との間での信号の伝達を行う信号伝達回路(13)と、
を備え、
前記出力側回路は、
前記駆動信号に基づいて前記スイッチング素子のゲート電荷の充電を行うことにより前記スイッチング素子をオン駆動するオン駆動回路(16)と、
前記駆動信号に基づいて前記スイッチング素子のゲート電荷の放電を行うことにより前記スイッチング素子をオフ駆動するオフ駆動回路(17)と、
前記スイッチング素子のゲート電圧を検出し、その検出結果に基づいて出力側保持信号を出力する出力側禁止保持回路(18、43、53)と、
を備え、
前記入力側回路は、
前記駆動信号が前記スイッチング素子をオフ駆動する状態から前記スイッチング素子をオン駆動する状態に切り替わってから所定の第1保持期間が経過するまで入力側保持信号を出力する入力側禁止保持回路(22)と、
前記駆動指令信号、前記出力側保持信号および前記入力側保持信号に基づいて前記スイッチング素子のオン駆動を禁止する前記オン禁止信号を生成して前記対向アーム側の駆動回路に出力する禁止信号生成回路(23)と、
を備える駆動回路。
[2]
前記出力側禁止保持回路(43)は、
前記駆動信号が前記スイッチング素子のオフ駆動を表す状態からオン駆動を表す状態に切り替わった時点から前記出力側保持信号の出力を開始する[1]に記載の駆動回路。
[3]
前記出力側禁止保持回路(53)は、
前記駆動信号が前記スイッチング素子のオフ駆動を表す状態からオン駆動を表す状態に切り替わってから所定の第2保持期間が経過するまで前記出力側保持信号の出力を保持する[1]または[2]に記載の駆動回路。
[4]
前記出力側禁止保持回路および前記入力側禁止保持回路は、前記出力側保持信号が出力される期間と前記入力側保持信号が出力される期間とが重複するように、前記出力側保持信号および前記入力側保持信号を生成するように構成されている[1]から[3]のいずれか一項に記載の駆動回路。
[5]
前記信号伝達回路は、前記入力側回路と前記出力側回路との間において絶縁通信を行う絶縁通信回路(14、15)であり、前記絶縁通信を介して信号の伝達を行う構成である[1]から[4]のいずれか一項に記載の駆動回路。
Claims (5)
- 直列接続された上下アームのうち一方のアームを構成するスイッチング素子(4、4A、4B)を駆動する駆動回路であって、
前記一方のアームを自アームとするとともに、前記上下アームのうち他方のアームを対向アームとすると、
外部から与えられる駆動指令信号および前記対向アーム側の駆動回路から出力されるオン禁止信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成する入力側回路(11)と、
前記入力側回路とは異なる電源で動作するものであり、前記駆動信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動する出力側回路(12、42、52)と、
前記入力側回路と前記出力側回路との間での信号の伝達を行う信号伝達回路(13)と、
を備え、
前記出力側回路は、
前記駆動信号に基づいて前記スイッチング素子のゲート電荷の充電を行うことにより前記スイッチング素子をオン駆動するオン駆動回路(16)と、
前記駆動信号に基づいて前記スイッチング素子のゲート電荷の放電を行うことにより前記スイッチング素子をオフ駆動するオフ駆動回路(17)と、
前記スイッチング素子のゲート電圧を検出し、その検出結果に基づいて出力側保持信号を出力する出力側禁止保持回路(18、43、53)と、
を備え、
前記入力側回路は、
前記駆動信号が前記スイッチング素子をオフ駆動する状態から前記スイッチング素子をオン駆動する状態に切り替わってから所定の第1保持期間が経過するまで入力側保持信号を出力する入力側禁止保持回路(22)と、
前記駆動指令信号、前記出力側保持信号および前記入力側保持信号に基づいて前記スイッチング素子のオン駆動を禁止する前記オン禁止信号を生成して前記対向アーム側の駆動回路に出力する禁止信号生成回路(23)と、
を備える駆動回路。 - 前記出力側禁止保持回路(43)は、
前記駆動信号が前記スイッチング素子のオフ駆動を表す状態からオン駆動を表す状態に切り替わった時点から前記出力側保持信号の出力を開始する請求項1に記載の駆動回路。 - 前記出力側禁止保持回路(53)は、
前記駆動信号が前記スイッチング素子のオフ駆動を表す状態からオン駆動を表す状態に切り替わってから所定の第2保持期間が経過するまで前記出力側保持信号の出力を保持する請求項2に記載の駆動回路。 - 前記出力側禁止保持回路および前記入力側禁止保持回路は、前記出力側保持信号が出力される期間と前記入力側保持信号が出力される期間とが重複するように、前記出力側保持信号および前記入力側保持信号を生成するように構成されている請求項1から3のいずれか一項に記載の駆動回路。
- 前記信号伝達回路は、前記入力側回路と前記出力側回路との間において絶縁通信を行う絶縁通信回路(14、15)であり、前記絶縁通信を介して信号の伝達を行う構成である請求項1から3のいずれか一項に記載の駆動回路。
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2025263237A1 true WO2025263237A1 (ja) | 2025-12-26 |
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|---|---|---|---|
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JPH08298786A (ja) * | 1995-04-25 | 1996-11-12 | Hitachi Ltd | Igbt用ゲート駆動装置 |
| JP2013110905A (ja) * | 2011-11-24 | 2013-06-06 | Hitachi Ltd | 電力変換装置 |
| WO2019193834A1 (ja) * | 2018-04-04 | 2019-10-10 | 三菱電機株式会社 | 半導体駆動装置および電力変換装置 |
| JP2021176253A (ja) * | 2020-05-01 | 2021-11-04 | 株式会社デンソー | ゲート駆動装置および複合ゲート駆動装置 |
-
2024
- 2024-06-21 JP JP2024100514A patent/JP2026002486A/ja active Pending
-
2025
- 2025-05-26 WO PCT/JP2025/018910 patent/WO2025263237A1/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08298786A (ja) * | 1995-04-25 | 1996-11-12 | Hitachi Ltd | Igbt用ゲート駆動装置 |
| JP2013110905A (ja) * | 2011-11-24 | 2013-06-06 | Hitachi Ltd | 電力変換装置 |
| WO2019193834A1 (ja) * | 2018-04-04 | 2019-10-10 | 三菱電機株式会社 | 半導体駆動装置および電力変換装置 |
| JP2021176253A (ja) * | 2020-05-01 | 2021-11-04 | 株式会社デンソー | ゲート駆動装置および複合ゲート駆動装置 |
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