JP2002300016A - ゲート駆動方法及びゲート駆動回路 - Google Patents
ゲート駆動方法及びゲート駆動回路Info
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Abstract
場合のターンオフ時のdv/dtは、コンデンサが無い
場合のdv/dtと比較して緩和される結果、ターンオ
フ損失が増加する。 【解決手段】 ゲート−エミッタ間にコンデンサ10が
接続されたゲート駆動回路において、コンデンサ10と
直列にエミッタへ電流が流れる向きに接続されるダイオ
ード1と、コンデンサ10と並列に接続された放電回路
2、3とを具備することにより、ターンオン時にはダイ
オード1を介してコンデンサ10に流れるので、コンデ
ンサが作用してゲート電圧は徐々に上昇してターンオン
時のdi/dtは抑制される。ターンオフ時にはダイオ
ード1が放電を阻止する方向に接続されているので、コ
ンデンサ10が作用せず、dv/dtが緩やかになるこ
とがなくターンオフ損失が増加することはなくなる。
Description
導体素子のゲート駆動方法及びゲート駆動回路に関す
る。
が進みその高圧化が進んでいるが、その反面、ターンオ
ン、ターンオフ時のdi/dt、dv/dtが急峻化し
てEMIの問題やフリーフォイールダイオード(FR
D)が破壊する等の問題が顕著になってきている。その
ための解決手段としては、例えば、ターンオン時のdi
/dtを抑制するためにゲートとエミッタ間にコンデン
サCgeを設置してターンオン時のdi/dtを抑制す
るゲート駆動方式が採用されてきている。図5は、従来
のMOSゲート型半導体素子のゲート駆動回路の構成図
である。図5において、ゲート回路は、オンゲート電源
7−1と、オフゲート電源7−2と、ターンオン用スイ
ッチ8−1と、ターンオフ用スイッチ8−2とを有し、
ターンオン用スイッチ8−1とターンオフ用スイッチ8
−2との接続点がゲート抵抗9を介してMOSゲート型
半導体素子11のゲートに接続され、オンゲート電源E
onとオフゲート電源Eoffとの接続点がMOSゲー
ト型半導体素子11のエミッタに接続され、MOSゲー
ト型半導体素子11のゲートとエミッタ間にコンデンサ
10が接続される。
構成されている装置では、上下アームを構成するMOS
ゲート型半導体素子は同時にスイッチングすることはな
く、どちらか一方のMOSゲート型半導体素子をターン
オンすると他方のMOSゲート型半導体素子はターンオ
フする。このとき、どちらか一方のMOSゲート型半導
体素子をターンオンすると他方のMOSゲート型半導体
素子の負バイアスが持ち上がって誤点弧する不具合が発
生する可能性があるが、MOSゲート型半導体素子11
のゲートとエミッタ間にコンデンサ(Cge)10を接
続することにより、負バイアスの持ち上がりを防止する
効果も有している。
オン時のdi/dtが抑制される反面、コンデンサCg
eがターンオフ時にも作用してしまう。図6は、ターン
オフ時の動作特性図であり、図6(a)は、コンデンサ
Cgeが無かった場合を示しており、図6(b)は、コ
ンデンサCgeがある場合を示している。つまり、図6
のように、コンデンサCgeがある場合のターンオフ時
のdv/dtは、コンデンサCgeが無い場合のdv/
dtと比較して緩和される結果、ターンオフ損失が増加
する。また、別の不具合として、素子を並列に接続して
各素子のゲートにコンデンサCgeを接続しないでター
ンオンさせると素子特性、例えば閾値電圧が少し違って
いてもゲート電圧Vgeがミラー電圧から急激に低下す
るので、主電流は揃って低下してアンバランスを発生さ
せることはない。しかし、図7に示すように、コンデン
サCgeが接続されて素子が並列接続されていると、コ
ンデンサCgeの影響によって、ゲート電圧がミラー電
圧から負バイアス電圧に低下するスピードが鈍って、素
子特性の違いが拡大して、並列接続した素子の一方のタ
ーンオフか早くなり、他方のターンオフが遅くなる結
果、電流バランスがアンバランスになるという不具合が
発生する。
ン時のdi/dtを抑制するために設けられたコンデン
サCgeが悪影響を及ぼす結果となっている。よって、
本発明は、MOSゲート型半導体素子のゲート−エミッ
タ間にコンデンサCgeを設置した場合、ターンオン時
にはコンデンサCgeが作用し、ターンオフ時にはコン
デンサCgeが作用しないようにするゲート駆動方法及
びゲート駆動回路を提供することを目的とする。
に、本発明の請求項1に係るゲート駆動方法では、半導
体スイッチング素子のゲート−エミッタ間にコンデンサ
が接続されたゲート駆動回路のゲート駆動方法におい
て、前記半導体素子のターンオン時に前記コンデンサが
作用し、前記半導体素子のターンオフ時に前記コンデン
サが作用しないようにする。これにより、ターンオン時
にはコンデンサが作用してゲート電圧は徐々に上昇して
ターンオン時のdi/dtは抑制される。ターンオフ時
にはコンデンサが作用しないので、dv/dtが緩やか
になることがなくターンオフ損失が増加することはなく
なる。また、本発明の請求項2に係るゲート駆動方法で
は、請求項1記載のゲート駆動方法において、前記半導
体素子のターンオフ直後には前記コンデンサが作用する
ようにする。これにより、請求項1の作用効果に加え、
反対側アームの素子がターンオンした際に、コンデンサ
が作用するので、負バイアスが持ち上がり誤点弧するの
を防止できる。更に、本発明の請求項3に係るゲート駆
動方法では、請求項1記載のゲート駆動方法において、
前記半導体素子を並列接続する。並列接続したとして
も、ターンオフ時にコンデンサが作用しないため、並列
電流のアンバランスは生じなくなる。
回路では、半導体スイッチング素子のゲート−エミッタ
間にコンデンサが接続されたゲート駆動回路において、
前記コンデンサと直列にエミッタへ電流が流れる向きに
接続されるダイオードと、前記コンデンサと並列に接続
された放電回路とを具備する。これにより、ターンオン
時にはダイオードを介してコンデンサに流れるので、コ
ンデンサが作用してゲート電圧は徐々に上昇してターン
オン時のdi/dtは抑制される。ターンオフ時にはダ
イオードが放電を阻止する方向に接続されているので、
コンデンサが作用せず、dv/dtが緩やかになること
がなくターンオフ損失が増加することはなくなる。更
に、本発明の請求項5に係るゲート駆動回路では、前記
コンデンサの放電は、前記半導体スイッチング素子のタ
ーンオフ後から次のターンオンまでの期間に行われる。
これにより、ターンオン前には前回のターンオンにより
蓄えられたコンデンサの電荷が放電される。よって、タ
ーンオン時にはダイオードを介してコンデンサに流れる
ので、コンデンサが作用してゲート電圧は徐々に上昇し
てターンオン時のdi/dtは抑制される。ターンオフ
時にはダイオードが放電を阻止する方向に接続されてい
るので、コンデンサが作用せず、dv/dtが緩やかに
なることがなくターンオフ損失が増加することはなくな
る。
回路では、前記コンデンサの放電は、前記半導体スイッ
チング素子のターンオフ直後に行われる。これにより、
請求項4の作用効果に加え、反対側アームの素子がター
ンオンした際には、コンデンサの放電が行われているの
で、コンデンサが作用し、負バイアスが持ち上がり誤点
弧するのを防止できる。更に、本発明の請求項7に係る
ゲート駆動回路では、前記半導体スイッチング素子は複
数並列に接続される。並列接続したとしても、ターンオ
フ時には、ダイオードがコンデンサの放電を阻止する方
向に接続されているため、コンデンサが作用することが
なく、並列電流のアンバランスは生じなくなる。
て図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実
施の形態のMOSゲート型半導体素子のゲート駆動回路
の構成図である。尚、図5と同一要素については同一符
号を付し、説明を省略する。図1において、図5と異な
る点は、ゲート−エミッタ間に接続されたコンデンサ
(Cge)10と直列にダイオード1が接続され、ゲー
ト−エミッタ間に接続されたコンデンサ(Cge)10
と並列に抵抗2とスイッチ3との直列回路が接続される
と共に、ターンオフ用スイッチ8−2にオフゲート信号
を与えるオフゲート信号発生回路6の出力を所定期間遅
延する遅延回路4と、遅延回路4からの信号に従い所定
幅のパルスをスイッチ3に与える放電パルス発生回路5
が設けられた点である。先ず、ターンオン時・ターンオ
フ時の動作について図2を参照して説明する。ターンオ
ン時には、コンデンサ10は放電された状態であり電荷
はないので、ターンオン用スイッチ8−1が閉じるとゲ
ート電圧は徐々に充電されるので、ターンオン時のdi
/dtは抑制されターンオン時のコンデンサ10の効果
は発揮される。
ンサ10はターンオンにより+15Vに充電されている
が、ターンオフ用スイッチ8−2が閉じてもダイオード
1が放電を阻止する方向に接続されているので、コンデ
ンサ10の放電をダイオード1が阻止してコンデンサ1
0の影響は受けなくなる。よって、ゲート電圧はミラー
電圧から急激に−15Vに低下するので、主電流も急激
に減少してターンオフ損失が増加することはなくなる。
その後、遅延回路4で設定された遅延時間TDが経過す
ると、放電パルス発生回路5から放電パルスが発せら
れ、スイッチ3が閉じられコンデンサ10に充電された
電荷は放電される。これにより、次のターンオン時には
コンデンサ10の電荷は放電されており、ターンオン時
のコンデンサ10の効果は発揮される。次に、負バイア
スの持ち上がりによる誤点弧を防止する動作について図
3を参照して説明する。図2に示した例では、コンデン
サ10の放電は、遅延回路4で定められたターンオフ後
から次のターンオン前に放電が行われる。しかしなが
ら、このようにターンオフ直後に放電がなされていない
状態であれば、ターンオフ後、反対側アームの素子がタ
ーンオンさせたとき、コンデンサ10は充電状態であ
り、当該素子の負バイアスゲート電圧が持ち上がって誤
点弧する恐れがある。
後直ちにコンデンサ10を放電するようにスイッチ3に
対して放電パルスを与える。このように、ターンオフ直
後直ちにコンデンサ10を放電しておけば、コンデンサ
10が作用して、負バイアスゲート電圧が持ち上がりを
防止でき、誤点弧を防止することができる。尚、ターン
オフ直後にコンデンサ10の放電を行うためには、遅延
回路4の遅延時間を短くしても実現でき、また、反対側
アームの素子のターンオン指令を利用しても実現するこ
とができる。また、図4に示すように、本発明をMOS
ゲート型半導体素子に適用すると、ターンオフ時にコン
デンサ10はゲート電圧に影響を与えないので、ターン
オフ時に、ゲート電圧はミラー電圧から負バイアス電圧
に急峻に低下するので、主電流はバランス良くターンオ
フされる。
ターンオン時のdi/dtを抑制しながらターンオフ損
失を増加させることがなく、また、スイッチング素子を
並列接続した場合にはターンオフ電流のアンバランスを
発生させることのないゲート駆動方法及びゲート駆動回
路を実現することができる。
半導体素子のゲート駆動回路の構成図。
す図。
るゲート動作を示す図。
ト型半導体素子のゲート駆動回路の構成図。
動回路の構成図。
Sゲート型半導体素子のゲート駆動回路の構成図。
Claims (7)
- 【請求項1】 半導体スイッチング素子のゲート−エミ
ッタ間にコンデンサが接続されたゲート駆動回路のゲー
ト駆動方法において、前記半導体素子のターンオン時に
前記コンデンサが作用し、前記半導体素子のターンオフ
時に前記コンデンサが作用しないことを特徴とするゲー
ト駆動方法。 - 【請求項2】 請求項1記載のゲート駆動方法におい
て、前記半導体素子のターンオフ直後には前記コンデン
サが作用することを特徴とするゲート駆動方法。 - 【請求項3】 請求項1記載のゲート駆動方法におい
て、前記半導体素子を並列接続したことを特徴とするゲ
ート駆動方法。 - 【請求項4】 半導体スイッチング素子のゲート−エミ
ッタ間にコンデンサが接続されたゲート駆動回路におい
て、前記コンデンサと直列にエミッタへ電流が流れる向
きに接続されるダイオードと、前記コンデンサと並列に
接続された放電回路とを具備したことを特徴とするゲー
ト駆動回路。 - 【請求項5】 前記コンデンサの放電は、前記半導体ス
イッチング素子のターンオフ後から次のターンオンまで
の期間に行われることを特徴とする請求項4記載のゲー
ト駆動回路。 - 【請求項6】 前記コンデンサの放電は、前記半導体ス
イッチング素子のターンオフ直後に行われることを特徴
とする請求項4記載のゲート駆動回路。 - 【請求項7】 前記半導体スイッチング素子は複数並列
に接続されていることを特徴とする請求項4記載のゲー
ト駆動回路。
Priority Applications (1)
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JP2001102985A JP2002300016A (ja) | 2001-04-02 | 2001-04-02 | ゲート駆動方法及びゲート駆動回路 |
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Family Applications (1)
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JP2001102985A Pending JP2002300016A (ja) | 2001-04-02 | 2001-04-02 | ゲート駆動方法及びゲート駆動回路 |
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Cited By (12)
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-
2001
- 2001-04-02 JP JP2001102985A patent/JP2002300016A/ja active Pending
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