JP2008029163A - Driving circuit for voltage-driving semiconductor switching element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電圧駆動型半導体スイッチング素子を確実にオフさせるための逆バイアス印加機能を備えた駆動回路に関するものである。 The present invention relates to a drive circuit having a reverse bias application function for reliably turning off a voltage-driven semiconductor switching element.
図3は、直列に接続された2つの電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動回路の従来技術を示しており、電圧駆動型半導体スイッチング素子としてIGBTを用いた例である。
図3において、上アーム素子2のエミッタと下アーム素子3のコレクタとを接続して直列回路を形成し、上アーム素子2のコレクタは主回路用直流電源1の正極に、下アーム素子3のエミッタは主回路用直流電源1の負極に接続される。ここで、上アーム素子2と下アーム素子3とは交互にオン・オフが繰り返される。
FIG. 3 shows a prior art of a drive circuit for two voltage-driven semiconductor switching elements connected in series, and is an example in which an IGBT is used as the voltage-driven semiconductor switching element.
In FIG. 3, the emitter of the
また、下アーム素子3のエミッタには駆動回路用直流電源4の負極が接続され、その正極は下アーム素子3用のゲート駆動回路8のスイッチ8a及びダイオード5のアノードに接続される。ダイオード5のカソードは駆動用コンデンサ6の一端と上アーム素子2用のゲート駆動回路7のスイッチ7aに接続されており、コンデンサ6の他端は上アーム素子2のエミッタに接続されている。
Further, the negative electrode of the drive circuit
下アーム素子3は、駆動回路用直流電源4からゲート駆動回路8のスイッチ8aを介してゲートに電荷を注入することによってオン状態となり、また、スイッチ8aを切り換えてゲートの電荷を引き抜くことでオフ状態となる。
一方、上アーム素子2は、コンデンサ6からゲート駆動回路7のスイッチ7aを介してゲートに電荷を注入することによってオン状態となり、また、スイッチ7aを切り換えてゲートの電荷を引き抜くことでオフ状態となる。
なお、前記スイッチ7a,8aは制御回路(図示せず)からの制御信号によって切換動作するものである。
The
On the other hand, the
The
駆動用コンデンサ6は、下アーム素子3がオンのときに、駆動回路用直流電源4→ダイオード5→コンデンサ6→下アーム素子3→駆動回路用直流電源4の経路で充電され、充電された電荷は、前述したように上アーム素子2をオンする際にそのゲートに注入される。
ダイオード5は、上アーム素子2がオンで下アーム素子3がオフのときに、駆動回路用直流電源4及びコンデンサ6に対して主回路用直流電源1の電圧が印加されないようにするためのものである。
When the
The
なお、この図3と実質的に同一の回路構成を有し、単一の駆動回路用直流電源を備えたインバータ装置の駆動回路が、特許文献1に記載されている。
A drive circuit for an inverter device having a circuit configuration substantially the same as that of FIG. 3 and having a single DC power supply for the drive circuit is described in
図3に示した従来技術では、上アーム素子2と下アーム素子3とが同時にオン状態になると、主回路用直流電源1から短絡電流が流れて素子2,3は破壊する。従って、それぞれの素子2,3がオフのときは、誤オンを防止するためにノイズ等によってゲート電位が上昇しないようにしなければならない。このため、素子2,3がオフしている期間は、ゲート電位をエミッタ電位よりも低くすること(逆バイアス印加)が必要になる。
In the prior art shown in FIG. 3, when the
ところが、図3の回路では、上アーム素子2がオフ(下アーム素子3がオン)のときに、前述したコンデンサ6の充電経路が存在することからも分かるように、上アーム素子2のゲート電位はエミッタ電位以下にはならない。
上アーム素子2に逆バイアス電圧を印加するためには別の直流電源が必要になるが、上下アーム素子を複数相分並列に接続してインバータを構成する場合のように、相数が増えれば相数と同じ数の別電源が必要になり、回路構成の複雑化やコストの増加を招くという問題がある。
However, in the circuit of FIG. 3, when the
In order to apply a reverse bias voltage to the
そこで、本発明の解決課題は、上下アーム数が複数相分ある場合でも最小限の部品を追加するだけで、オフ状態のスイッチング素子への逆バイアス印加を可能にした電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動回路を提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is that a voltage-driven semiconductor switching element that can apply a reverse bias to an off-state switching element only by adding a minimum number of components even when there are a plurality of upper and lower arms. It is to provide a driving circuit.
上記課題を解決するため、請求項1に記載した発明は、主回路用直流電源の正極と負極との間に直列に接続されて交互にオン・オフを繰り返す2つの電圧駆動型半導体スイッチング素子を駆動する駆動回路において、
前記半導体スイッチング素子のうち主回路用直流電源の正極に接続された上アーム素子のオン時に、逆バイアス用直流電源からダイオードを介して充電される逆バイアス用コンデンサを備え、
前記上アーム素子のオフ時に、前記逆バイアス用コンデンサの充電電圧により前記上アーム素子に逆バイアス電圧を印加するものである。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in
A reverse bias capacitor that is charged via a diode from a reverse bias DC power supply when the upper arm element connected to the positive electrode of the main circuit DC power supply among the semiconductor switching elements is turned on;
When the upper arm element is turned off, a reverse bias voltage is applied to the upper arm element by a charging voltage of the reverse bias capacitor.
請求項2に記載した発明は、請求項1に記載した電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動回路において、
前記上アーム素子と直列に接続された下アーム素子を駆動するための駆動回路用直流電源と、前記下アーム素子のオン時に前記駆動回路用直流電源により充電され、かつその充電電圧により前記上アーム素子をオンさせる駆動用コンデンサと、を備え、
前記駆動用コンデンサと前記逆バイアス用コンデンサとを直列に接続したものである。
The invention described in
A DC power source for a driving circuit for driving a lower arm element connected in series with the upper arm element; and the DC power source for the driving circuit that is charged when the lower arm element is turned on; A driving capacitor for turning on the element,
The drive capacitor and the reverse bias capacitor are connected in series.
請求項3に記載した発明は、請求項1に記載した電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動回路を、前記上アーム素子及び下アーム素子の直列回路を一相分として複数相分備え、複数相分の前記逆バイアス用直流電源を単一の直流電源により共用するものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a drive circuit for the voltage-driven semiconductor switching element according to the first aspect, comprising a plurality of phases corresponding to a series circuit of the upper arm element and the lower arm element as one phase. The reverse bias DC power source is shared by a single DC power source.
請求項4に記載した発明は、請求項2に記載した電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動回路を、前記上アーム素子及び下アーム素子の直列回路を一相分として複数相分備え、複数相分の前記逆バイアス用直流電源を単一の直流電源により共用し、かつ、複数相分の前記駆動回路用直流電源を別の単一の直流電源により共用するものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a drive circuit for the voltage-driven semiconductor switching element according to the second aspect, comprising a plurality of phases corresponding to a series circuit of the upper arm element and the lower arm element as one phase. The DC power source for reverse bias is shared by a single DC power source, and the DC power source for driving circuits for a plurality of phases is shared by another single DC power source.
本発明によれば、単一の逆バイアス用直流電源とダイオード及びコンデンサを追加するだけで、上アーム素子のオフ時に逆バイアス電圧を印加して上アーム素子を確実にオフすることができる。
また上アーム素子と下アーム素子との直列回路が複数相分ある場合でも、単一の逆バイアス用直流電源及び駆動回路用電源を共用できるため、回路構成の簡略化、低コスト化が可能である。
According to the present invention, only by adding a single reverse bias DC power supply, a diode, and a capacitor, the upper arm element can be reliably turned off by applying a reverse bias voltage when the upper arm element is turned off.
In addition, even when there are multiple phase circuits for the upper arm element and lower arm element, a single DC power supply for reverse bias and a power supply for driving circuit can be shared, so the circuit configuration can be simplified and the cost can be reduced. is there.
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。まず、図1は、本発明の第1実施形態を示す回路図である。
図1において、上アーム素子2のエミッタと下アーム素子3のコレクタとを接続して直列回路を形成し、上アーム素子2のコレクタは主回路用直流電源1の正極に、下アーム素子3のエミッタは主回路用直流電源1の負極に接続される。従来技術と同様に、これらの上アーム素子2と下アーム素子3とは交互にオン・オフが繰り返される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the emitter of the
下アーム素子3のエミッタには駆動回路用直流電源4の負極が接続され、その正極は、下アーム素子3用のゲート駆動回路8のスイッチ8aとダイオード5のアノードとに接続される。ダイオード5のカソードは駆動用コンデンサ6の一端と上アーム素子2用のゲート駆動回路7のスイッチ7aとに接続され、コンデンサ6の他端は上アーム素子2のエミッタに接続される。
The emitter of the
上アーム素子2のコレクタには逆バイアス用直流電源9の正極が接続され、その負極はダイオード10のカソードに接続される。ダイオード10のアノードは逆バイアス用コンデンサ11の一端と前記ゲート駆動回路7のスイッチ7aとに接続され、コンデンサ11の他端は駆動用コンデンサ6の他端と上アーム素子2のエミッタとに接続されている。
The collector of the
上記構成において、下アーム素子3は、駆動回路用直流電源4からゲート駆動回路8のスイッチ8aを介してゲートに電荷を注入することによってオン状態となり、スイッチ8aを切り換えてゲートの電荷を引き抜くことでオフ状態となる。
上アーム素子2は、駆動用コンデンサ6からゲート駆動回路7のスイッチ7aを介してゲートに電荷を注入することによってオン状態となり、スイッチ7aを切り換えて逆バイアス用コンデンサ11からゲートに対して負の電荷を注入することによりオフ状態となる。
ここで、前記スイッチ7a,8aは制御回路(図示せず)からの制御信号によって切換動作するものである。
In the above configuration, the
The
Here, the
駆動用コンデンサ6は、下アーム素子3がオンのときに、駆動回路用直流電源4→ダイオード5→駆動用コンデンサ6→下アーム素子3→駆動回路用直流電源4の経路で充電され、充電された電荷は、上アーム素子2をオンする際にゲートに注入される。
逆バイアス用コンデンサ11は、上アーム素子2がオンのときに、逆バイアス用直流電源9→上アーム素子2→逆バイアス用コンデンサ11→ダイオード10→逆バイアス用直流電源9の経路で充電され、充電された電荷は、上アーム素子2をオフする際にゲートに注入される。
When the
When the
ダイオード5は、上アーム素子2がオンで下アーム素子3がオフのときに、駆動回路用直流電源4に対して主回路用直流電源1の電圧が印加されないようにするためのものであり、ダイオード10は、上アーム素子2がオフで下アーム素子3がオンのときに、逆バイアス用直流電源9及び逆バイアス用コンデンサ11に対して主回路用直流電源1の電圧が印加されないようにするためのものである。
The
この実施形態の回路構成を図3の従来技術と比較すると、逆バイアス用直流電源9、ダイオード10及び逆バイアス用コンデンサ11が追加されているだけであり、上アーム素子2のオン時に逆バイアス用直流電源9から前述の経路で充電された逆バイアス用コンデンサ11の電圧が、上アーム素子2のオフ時にそのゲート−エミッタ間に逆バイアスとして作用するので、下アーム素子3がオンしている状態でノイズ等により上アーム素子2が同時にオン状態となるのを防止することができる。
特に、逆バイアス用直流電源9、ダイオード10及び逆バイアス用コンデンサ11によるコストや体積の増加は僅かなものであり、少ない負担で上下アームの短絡防止を達成することができる。
When the circuit configuration of this embodiment is compared with the prior art of FIG. 3, only a reverse bias DC power supply 9, a
In particular, the increase in cost and volume due to the reverse bias DC power source 9, the
次に、図2は本発明の第2実施形態を示す回路図であり、上述した第1実施形態を一相分の上下アーム素子に対する基本構成として、これを二相分並列に接続した例を示している。
すなわち、追加される一相分の回路は、上アーム素子12、下アーム素子13、ダイオード14,18、駆動用コンデンサ15、逆バイアス用コンデンサ19、ゲート駆動回路16,17から構成されており、駆動回路用直流電源、逆バイアス用直流電源としては、それぞれ第1実施形態における各直流電源4,9を二相分に共用している。
Next, FIG. 2 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention. An example in which the above-described first embodiment is used as a basic configuration for the upper and lower arm elements for one phase and is connected in parallel for two phases. Show.
That is, the circuit for one phase to be added is composed of the upper arm element 12, the
本実施形態によれば、上下アーム素子からなる直列回路の数、すなわち上下アームの相数が増加しても駆動回路用直流電源及び逆バイアス用直流電源を相数分設ける必要がなく、回路構成の簡略化、低コスト化を図りながら上アーム素子2,12への逆バイアス印加を容易に実現することができる。
上下アーム数が三相以上になった場合も、同様にして単一の駆動回路用直流電源及び逆バイアス用直流電源をそれぞれ共用できることは言うまでもない。
According to this embodiment, even if the number of series circuits composed of upper and lower arm elements, that is, the number of phases of the upper and lower arms increases, there is no need to provide a DC power source for driving circuits and a DC power source for reverse bias for the number of phases. It is possible to easily realize reverse bias application to the
Needless to say, even when the number of upper and lower arms is three or more, a single DC power source for driving circuit and a DC power source for reverse bias can be shared in the same manner.
1:主回路用直流電源
2,3,12,13:電圧駆動型半導体スイッチング素子(上アーム素子または下アーム素子)
4:駆動回路用直流電源
5,10,14,18:ダイオード
6,15:駆動用コンデンサ
7,8,16,17:ゲート駆動回路
7a,8a,16a,17a:スイッチ
9:逆バイアス用直流電源
11,19:逆バイアス用コンデンサ
1: DC power supply for
4: DC power source for driving
Claims (4)
前記半導体スイッチング素子のうち主回路用直流電源の正極に接続された上アーム素子のオン時に、逆バイアス用直流電源からダイオードを介して充電される逆バイアス用コンデンサを備え、
前記上アーム素子のオフ時に、前記逆バイアス用コンデンサの充電電圧により前記上アーム素子に逆バイアス電圧を印加することを特徴とする電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動回路。 In a drive circuit for driving two voltage-driven semiconductor switching elements that are connected in series between a positive electrode and a negative electrode of a DC power source for a main circuit and repeatedly turn on and off alternately,
A reverse bias capacitor that is charged via a diode from a reverse bias DC power supply when the upper arm element connected to the positive electrode of the main circuit DC power supply among the semiconductor switching elements is turned on;
A drive circuit for a voltage-driven semiconductor switching element, wherein a reverse bias voltage is applied to the upper arm element by a charging voltage of the reverse bias capacitor when the upper arm element is turned off.
前記上アーム素子と直列に接続された下アーム素子を駆動するための駆動回路用直流電源と、
前記下アーム素子のオン時に前記駆動回路用直流電源により充電され、かつその充電電圧により前記上アーム素子をオンさせる駆動用コンデンサと、
を備え、
前記駆動用コンデンサと前記逆バイアス用コンデンサとを直列に接続したことを特徴とする電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動回路。 In the drive circuit of the voltage drive type semiconductor switching element according to claim 1,
A DC power supply for a drive circuit for driving the lower arm element connected in series with the upper arm element;
A driving capacitor that is charged by the DC power source for the driving circuit when the lower arm element is turned on, and that turns on the upper arm element by the charging voltage;
With
A drive circuit for a voltage-driven semiconductor switching element, wherein the drive capacitor and the reverse bias capacitor are connected in series.
A drive circuit for a voltage-driven semiconductor switching element according to claim 2 is provided for a plurality of phases of the series circuit of the upper arm element and the lower arm element as one phase, and the reverse bias DC power supply for the plurality of phases is provided as a single unit. A drive circuit for a voltage-driven semiconductor switching element, wherein the drive circuit is shared by one DC power supply, and the DC power supply for the drive circuit for a plurality of phases is shared by another single DC power supply.
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