[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP5482815B2 - Power MOSFET drive circuit and element value determination method thereof - Google Patents

Power MOSFET drive circuit and element value determination method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP5482815B2
JP5482815B2 JP2012021805A JP2012021805A JP5482815B2 JP 5482815 B2 JP5482815 B2 JP 5482815B2 JP 2012021805 A JP2012021805 A JP 2012021805A JP 2012021805 A JP2012021805 A JP 2012021805A JP 5482815 B2 JP5482815 B2 JP 5482815B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switch
power mosfet
impedance
voltage
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2012021805A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2013013051A (en
Inventor
隼人 佐藤
友則 木村
望 赤木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2012021805A priority Critical patent/JP5482815B2/en
Priority to PCT/JP2012/064350 priority patent/WO2012165649A1/en
Publication of JP2013013051A publication Critical patent/JP2013013051A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5482815B2 publication Critical patent/JP5482815B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/081Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0812Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit
    • H03K17/08122Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit in field-effect transistor switches
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H03K17/161Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches
    • H03K17/162Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/163Soft switching
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Description

本発明は、誘導性負荷を駆動するブリッジ回路を構成するものでフリーホイールダイオードが接続された電圧駆動型のパワーMOSFETを駆動対象とする駆動回路およびその素子値決定方法に関する。   The present invention relates to a drive circuit that constitutes a bridge circuit that drives an inductive load and that is driven by a voltage-driven power MOSFET to which a freewheel diode is connected, and a method for determining an element value thereof.

半導体スイッチング素子は制御端子に与えられる制御信号に応じてオンオフする。このとき、半導体スイッチング素子は、その構造内およびその周辺回路に寄生素子が存在するため、本来オフであるべき期間においてもオフを保持できず誤ってオンすることがある。これは、セルフターンオン現象と称されており、スイッチング損失やスイッチングノイズの増大、あるいは最悪の場合、回路の劣化や破壊などを招く。このようなセルフターンオンを抑制するための技術が供されている(例えば特許文献1参照)。   The semiconductor switching element is turned on / off according to a control signal applied to the control terminal. At this time, since the semiconductor switching element has a parasitic element in its structure and its peripheral circuit, the semiconductor switching element cannot be kept off even in a period that should be originally turned off and may be turned on erroneously. This is called a self-turn-on phenomenon, which increases switching loss and switching noise, or in the worst case, degrades or breaks down a circuit. A technique for suppressing such self-turn-on is provided (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1記載の技術では、電圧駆動型のトランジスタ(特許文献1ではQ10)のドレインソース間の電圧印加状態において発生する容量カップリングによるゲートソース間電圧の上昇現象について、当該トランジスタのゲートソース間を短絡することで当該ゲートソース間電圧の上昇を抑制している。   In the technique described in Patent Document 1, the gate-source voltage rise phenomenon due to capacitive coupling that occurs in the voltage application state between the drain and source of a voltage-driven transistor (Q10 in Patent Document 1) The rise of the gate-source voltage is suppressed by short-circuiting.

この電圧駆動型のトランジスタのゲートソース間を短絡するときには、当該ゲートソース間に接続されたトランジスタ(特許文献1ではQ20)をオンすることで実現している。これにより、トランジスタQ10のゲートソース間電圧を当該トランジスタQ10の閾値電圧未満にできればセルフターンオンを抑制できる。その他、本願の関連技術として特許文献2が提示されている。   When short-circuiting between the gate and source of this voltage-driven transistor, it is realized by turning on the transistor (Q20 in Patent Document 1) connected between the gate and source. Thereby, if the gate-source voltage of the transistor Q10 can be made lower than the threshold voltage of the transistor Q10, self-turn-on can be suppressed. In addition, Patent Document 2 is presented as a related technique of the present application.

特開2002−290224号公報JP 2002-290224 A 特開2003−188699号公報JP 2003-188699 A

しかしながら、トランジスタQ10のドレインソース間を短絡した状態において、ソース端子に寄生インダクタンスが存在すると、セルフターンオン現象が発生する虞がある。この場合、トランジスタQ10に逆並列接続されたダイオードに流れるリカバリー電流irrが寄生インダクタンスLsに流れると、当該寄生インダクタンスには電圧v=Ls×di/dt(Lsは寄生インダクタンス値)の誘導起電力が生じる。この電圧vがトランジスタQ10の閾値電圧を超えるとセルフターンオン現象が発生する。   However, if a parasitic inductance exists in the source terminal in a state where the drain and source of the transistor Q10 are short-circuited, a self-turn-on phenomenon may occur. In this case, when the recovery current irr flowing through the diode connected in reverse parallel to the transistor Q10 flows through the parasitic inductance Ls, an induced electromotive force of voltage v = Ls × di / dt (Ls is a parasitic inductance value) is generated in the parasitic inductance. Arise. When this voltage v exceeds the threshold voltage of the transistor Q10, a self turn-on phenomenon occurs.

特に、前記した特許文献1記載の技術において、SJ(Super Junction)−MOSFETのようにリカバリー電流が急峻に変化するパワーMOSFETを駆動対象とする場合には対応できない。このような素子を駆動対象とすると、時間変化に応じた電流変化di/dtが大きいため、前記した寄生インダクタンスに発生する電圧vが大きくなってしまうことになり、当該電圧vに起因したセルフターンオン現象を生じてしまうためである。   In particular, the technique described in Patent Document 1 cannot cope with a case where a power MOSFET whose recovery current changes sharply, such as an SJ (Super Junction) -MOSFET, is driven. When such an element is driven, since the current change di / dt corresponding to the time change is large, the voltage v generated in the parasitic inductance is increased, and the self-turn-on caused by the voltage v is increased. This is because a phenomenon occurs.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、パワーMOSFETを高速駆動する場合であっても、寄生インダクタンスに流れる電流の時間変化に応じて発生する電圧に起因したセルフターンオンの発生を防止できるようにしたパワーMOSFETの駆動回路、また、その素子値決定方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and the purpose of the present invention is to prevent self-turn-on caused by a voltage generated according to a time change of a current flowing through a parasitic inductance even when a power MOSFET is driven at high speed. It is an object of the present invention to provide a power MOSFET drive circuit capable of preventing the occurrence and a method for determining an element value thereof.

請求項1記載の発明は、第1電源線および第2電源線間に電圧駆動型の第1パワーMOSFETおよび第2パワーMOSFETをハーフブリッジ接続すると共に当該第1および第2パワーMOSFET間に誘導性負荷を接続してなる駆動対象を駆動する駆動回路を対象としている。この請求項1記載の発明によれば、第1通電スイッチ回路は、第1パワーMOSFETの低電位側基準端子の電位を基準電位として電源電圧を通電オンおよび開放可能に構成され、電源電圧の供給端子と低電位側基準端子との間に第1オンスイッチおよび第1オフスイッチを直列接続して構成されている。   According to a first aspect of the present invention, a voltage-driven first power MOSFET and a second power MOSFET are half-bridge connected between the first power supply line and the second power supply line, and inductive between the first power MOSFET and the second power MOSFET. A drive circuit for driving a drive target formed by connecting a load is intended. According to the first aspect of the present invention, the first energization switch circuit is configured to be able to turn on and off the power supply voltage using the potential of the low potential side reference terminal of the first power MOSFET as the reference potential, and supply the power supply voltage. A first on switch and a first off switch are connected in series between the terminal and the low potential side reference terminal.

第1電荷注入放出回路は、第1通電スイッチ回路と第1パワーMOSFETの制御端子との間に接続され制御端子に電荷を注入/放出する速度を調整する。第1インピーダンス切替部は、第1パワーMOSFETの制御端子と低電位側基準端子との間に接続され、これらの制御端子と低電位側基準端子との間のインピーダンスについて、第1電荷注入放出回路のインピーダンスより高い所定の第1インピーダンス状態(但し第1インピーダンス 状態は抵抗性及び誘導性の少なくとも一方を含む)と当該第1インピーダンス状態よりインピーダンスを高くした開放状態とに切替える。The first charge injection / discharge circuit is connected between the first energization switch circuit and the control terminal of the first power MOSFET, and adjusts the speed at which charges are injected / discharged to / from the control terminal. The first impedance switching unit is connected between the control terminal of the first power MOSFET and the low-potential side reference terminal, and the first charge injection / discharge circuit for the impedance between the control terminal and the low-potential side reference terminal. The first impedance state ( which includes at least one of resistive and inductive states) higher than the first impedance state and the open state where the impedance is higher than that of the first impedance state are switched.

他方、第2通電スイッチ回路は、第2パワーMOSFETの低電位側基準端子の電位を基準電位とした電源電圧を通電オンおよび開放可能に構成され、電源電圧の供給端子と低電位側基準端子との間に第2オンスイッチおよび第2オフスイッチを直列接続して構成されている。   On the other hand, the second energization switch circuit is configured to be capable of energizing on and releasing the power supply voltage with the potential of the low potential side reference terminal of the second power MOSFET as the reference potential, and the power supply voltage supply terminal, the low potential side reference terminal, The second on switch and the second off switch are connected in series between the two.

そして、第2電荷注入放出回路は、第2通電スイッチ回路と第2パワーMOSFETの制御端子との間に接続され制御端子に電荷を注入/放出する速度を調整する。第2インピーダンス切替部は、第2パワーMOSFETの制御端子と低電位側基準端子との間に接続され、これらの制御端子と低電位側基準端子との間のインピーダンスについて、第2電荷注入放出回路のインピーダンスより高い所定の第2インピーダンス状態(但し第2インピ ーダンス状態は抵抗性及び誘導性の少なくとも一方を含む)と当該第2インピーダンス状態よりもインピーダンスの高い開放状態とに切替える。

The second charge injection / discharge circuit is connected between the second energization switch circuit and the control terminal of the second power MOSFET, and adjusts the speed at which charges are injected / discharged to the control terminal. The second impedance switching unit is connected between the control terminal of the second power MOSFET and the low-potential side reference terminal, and a second charge injection / discharge circuit for the impedance between the control terminal and the low-potential side reference terminal. (the proviso second impedance state includes at least one of resistive and inductive) second impedance state of the predetermined higher impedance switched between high open state impedance than the second impedance.

制御手段は、第1および第2通電スイッチ回路のスイッチ状態、並びに、第1および第2インピーダンス切替部の切替状態を制御する。制御手段は、
(A)第kオンスイッチをオン、第kオフスイッチをオフ
(B)第kオンスイッチをオンからオフした後、第kオフスイッチをオン
(C)第kオフスイッチをオンからオフすると同時に第kインピーダンス切替部を開放状態から第kインピーダンス状態、第mオンスイッチをオン
に示す(A)〜(C)を含む切替制御を行う(但し、kは1又は2、mはその他方)。
The control means controls the switch states of the first and second energization switch circuits and the switching states of the first and second impedance switching units. The control means
(A) Turn on the kth on switch and turn off the kth off switch. (B) Turn off the kth on switch from on and then turn on the kth off switch. (C) Turn on the kth off switch from on and off at the same time. The switching control including (A) to (C) in which the k impedance switching unit is changed from the open state to the kth impedance state and the mth on switch is turned on (where k is 1 or 2, and m is the other).

このため、制御手段は、(A)の区間において第kパワーMOSFETをオンした後、(B)の区間において第k通電スイッチ回路の第kオンスイッチをオフした後に第kオフスイッチをオンすることで第k電荷注入放出回路を通じて第kパワーMOSFETの制御端子から電荷を放出させるが、この後、(C)の区間において、第mオンスイッチをオンすることで第mパワーMOSFETの制御端子に電荷を注入するときには、第kオフスイッチをオンからオフすると同時に第kインピーダンス切替部を開放状態から第kインピーダンス状態にするため、第kパワーMOSFETのゲートソース間電圧の上昇を第kインピーダンス切替部の所定のインピーダンスによって抑制できる。この場合、特に第kパワーMOSFETのゲートソース間電圧をその閾値電圧未満に抑制できる。たとえパワーMOSFETを高速駆動する場合であっても、寄生インダクタンスに流れる電流の時間変化に応じて発生する電圧に起因したセルフターンオンの発生を防止できる。   For this reason, the control means turns on the k-th power MOSFET in the section (A) and then turns on the k-th off switch after turning off the k-th on switch in the k-th energization switch circuit in the section (B). Then, the charge is discharged from the control terminal of the k-th power MOSFET through the k-th charge injection / discharge circuit. Thereafter, in the section (C), the charge is applied to the control terminal of the m-th power MOSFET by turning on the m-th on switch. When the k-th power switch is turned on, the k-th impedance switching unit is changed from the open state to the k-th impedance state at the same time, so that the rise of the gate-source voltage of the k-th power MOSFET is increased. It can be suppressed by a predetermined impedance. In this case, in particular, the gate-source voltage of the k-th power MOSFET can be suppressed below the threshold voltage. Even when the power MOSFET is driven at high speed, it is possible to prevent the occurrence of self-turn-on due to the voltage generated according to the time change of the current flowing through the parasitic inductance.

請求項2記載の発明のように、(B)の区間において、第kオンスイッチをオンからオフした後第kオフスイッチをオン、第kインピーダンス切替部を開放状態に保持し第mオフスイッチをオフからオンにし、(C)の区間において、第kオフスイッチをオンからオフすると同時に第kインピーダンス切替部を開放状態から第kインピーダンス状態に切替えるように構成すると良い。   As in the second aspect of the invention, in the section (B), after the k-th on switch is turned off, the k-th off switch is turned on, the k-th impedance switching unit is kept open, and the m-th off switch is turned on. In the section (C), the kth switch may be switched from the open state to the kth impedance state at the same time as the kth off switch is turned off.

請求項3記載の発明のように、(B)の区間において、第kオンスイッチをオンからオフした後、第kオフスイッチをオンすると共に第kインピーダンス切替部を開放状態から第kインピーダンス状態に切替え、(C)の区間において、第kオフスイッチをオンからオフすると良い。すると、第kパワーMOSFETのゲートソース間を所定の第kインピーダンス状態にすることができる。   As in the third aspect of the present invention, in the section (B), after the k-th on switch is turned off, the k-th off switch is turned on and the k-th impedance switching unit is changed from the open state to the k-th impedance state. In the section of switching (C), the k-th off switch may be turned off from on. Then, a predetermined kth impedance state can be established between the gate and source of the kth power MOSFET.

請求項4記載の発明によれば、制御手段は、第mオンスイッチをオンして第m電荷注入放出回路を通じて第mパワーMOSFETの制御端子に電荷を注入し当該第mパワーMOSFETの電流が予め定められた整定電流を始めて上回る所定時間を経過する前に、第kオフスイッチをオフすると同時に第kインピーダンス切替部を所定の第kインピーダンス状態に切替制御するため、第mパワーMOSFETの電流変化が急峻となる期間に差しかかる前に予め第kパワーMOSFETのゲートソース間を所定の第kインピーダンス状態にでき、信頼性良くセルフターンオンの発生を防止できる。   According to the fourth aspect of the present invention, the control means turns on the m-th ON switch, injects charges into the control terminal of the m-th power MOSFET through the m-th charge injection / discharge circuit, and the current of the m-th power MOSFET is previously set Before the predetermined time exceeding the settling current for the first time elapses, the kth off-switch is turned off and the kth impedance switching unit is controlled to be switched to the predetermined kth impedance state. The gate-source of the k-th power MOSFET can be set in a predetermined k-th impedance state in advance before the steep period begins, and the occurrence of self-turn-on can be prevented with high reliability.

請求項5または6記載の素子値決定方法によれば、第kパワーMOSFETの寄生ダイオードに生じるリカバリー電流に応じて第kパワーMOSFETのソースの寄生インダクタンスに生じる逆起電圧と、第kパワーMOSFETの寄生容量のカップリングによって発生する発生電圧とを加算し、この加算電圧が第kパワーMOSFETの閾値電圧未満または閾値電圧とほぼ等しくなる条件を満たす素子値を第kインピーダンス切替部の素子値として決定している。このため、信頼性良くセルフターンオンの発生を防止できる。しかも、リンギングを抑制できる。適切な素子値を決定することで、スイッチング損失を抑制できたり、サージ電圧を抑制できるようになる。   According to the element value determination method according to claim 5 or 6, the counter electromotive voltage generated in the parasitic inductance of the source of the k-th power MOSFET according to the recovery current generated in the parasitic diode of the k-th power MOSFET, and the k-th power MOSFET The generated voltage generated by the coupling of the parasitic capacitance is added, and the element value satisfying the condition that the added voltage is less than or substantially equal to the threshold voltage of the k-th power MOSFET is determined as the element value of the k-th impedance switching unit. doing. For this reason, the occurrence of self-turn-on can be prevented with high reliability. In addition, ringing can be suppressed. By determining an appropriate element value, switching loss can be suppressed and surge voltage can be suppressed.

請求項7記載の発明によれば、第a通電スイッチ回路、第a電荷注入放出回路、第aインピーダンス切替部、と共に、第b通電スイッチ回路を備えるため、請求項1記載の発明とほぼ同様に作用する。なお、本発明のパワーMOSFETとはリカバリー電流が急峻に変化する素子であれば何れの半導体スイッチング素子も含むことに留意する。   According to the seventh aspect of the invention, since the a-th energization switch circuit, the a-th charge injection / discharge circuit, the a-th impedance switching unit, and the b-th energization switch circuit are provided, substantially the same as the first aspect of the invention. Works. It should be noted that the power MOSFET of the present invention includes any semiconductor switching element as long as the recovery current changes abruptly.

本発明の第1実施例を示すハイサイド側およびローサイド側の駆動回路の電気的構成図FIG. 2 is an electrical configuration diagram of a driving circuit on a high side and a low side showing a first embodiment of the present invention. インピーダンス切替部の態様を表す回路構成図Circuit configuration diagram showing an aspect of the impedance switching unit (a)制御回路の具体例を示す電気的構成図、(b)論理回路の具体例を示す電気的構成図(A) Electrical configuration diagram showing a specific example of a control circuit, (b) Electrical configuration diagram showing a specific example of a logic circuit 各スイッチのオンオフ区間を表すタイミングチャートTiming chart showing on / off period of each switch 各区間におけるスイッチのオンオフ状態を表すテーブルTable showing on / off status of switch in each section 各スイッチのオンオフ状態と各ノードの電圧電流波形の関係を表すタイミングチャートTiming chart showing the relationship between the ON / OFF state of each switch and the voltage / current waveform at each node 区間(4)における電流変化を表す説明図Explanatory drawing showing the current change in section (4) インピーダンス切替部の素子値の決定方法の流れを示すフローチャートFlow chart showing the flow of the element value determination method of the impedance switching unit 予め収集するパラメータ値の一例を表す図The figure showing an example of the parameter value collected beforehand リカバリー電流に応じて寄生インダクタンスに生じる電圧を求めるための等価回路Equivalent circuit for determining the voltage generated in the parasitic inductance according to the recovery current 寄生インダクタンス、抵抗、寄生容量に流れるリカバリー電流と、寄生インダクタンスに生じる誘導起電力と、トランジスタのゲートソース間電圧との関係を示す図Diagram showing the relationship between the recovery current flowing through parasitic inductance, resistance, and parasitic capacitance, the induced electromotive force generated in the parasitic inductance, and the voltage between the gate and source of the transistor リカバリー電流通電前後の各部の電流と電圧の関係を示すタイミングチャートTiming chart showing the relationship between current and voltage of each part before and after energizing the recovery current リカバリー電流に応じてMOSFETのゲートソース間に生じる電圧の求め方の流れを示すフローチャートFlow chart showing the flow of how to obtain the voltage generated between the gate and source of the MOSFET according to the recovery current MOSFET周辺の寄生容量を考慮した等価回路Equivalent circuit considering parasitic capacitance around MOSFET リカバリー電流とドレインソース間電圧の応答波形の関係を示すタイミングチャートTiming chart showing relationship between recovery current and drain-source voltage response waveform 本発明の第2実施例を示す図3(b)相当図FIG. 3B equivalent view showing the second embodiment of the present invention. 図5相当図Figure equivalent to FIG. 図6相当図6 equivalent diagram 本発明の第3実施例を示す図7相当図FIG. 7 equivalent diagram showing a third embodiment of the present invention. 図6相当図6 equivalent diagram 図20の区間(2)における電流変化を表す説明図Explanatory drawing showing the current change in the section (2) of FIG. 本発明の第4実施例を示すハイサイド側の駆動回路の電気的構成図Electrical configuration diagram of the drive circuit on the high side showing the fourth embodiment of the present invention 図3(b)相当図Fig. 3 (b) equivalent 図6相当図6 equivalent diagram 本発明の第5実施例を示す図6相当図FIG. 6 equivalent view showing the fifth embodiment of the present invention. 本発明の第6実施例を示すスイッチング速度調整回路の一例を示す図The figure which shows an example of the switching speed adjustment circuit which shows 6th Example of this invention. 本発明の第7実施例を示す図9相当図FIG. 9 equivalent diagram showing a seventh embodiment of the present invention. 図13相当図Figure 13 equivalent 電圧領域の定義の説明図Illustration of voltage domain definition 図6相当図6 equivalent diagram 加算電圧が電圧領域VR2内に入る条件を満たした素子値を適用した場合の電流変化を表す説明図Explanatory drawing showing the electric current change at the time of applying the element value which satisfy | filled the conditions which the addition voltage enters in voltage range VR2 加算電圧が電圧領域VR1内に入る条件を満たした素子値を適用した場合の電流変化を表す説明図Explanatory drawing showing the electric current change at the time of applying the element value which satisfy | filled the conditions in which addition voltage enters in voltage range VR1 比較例を示す図31、図32相当図FIG. 31 and FIG. 32 equivalent view showing a comparative example サージ電圧特性を検証するための評価回路Evaluation circuit for verifying surge voltage characteristics パワーMOSFETのドレインソース間電圧の過渡応答波形(その1)Transient response waveform of drain-source voltage of power MOSFET (1) パワーMOSFETのドレインソース間電圧の過渡応答波形(その2)Transient response waveform of drain-source voltage of power MOSFET (Part 2) パワーMOSFETのドレインソース間電圧の過渡応答波形(その3)Transient response waveform of drain-source voltage of power MOSFET (Part 3) パワーMOSFETのドレインソース間電圧の過渡応答波形(その4)Transient response waveform of drain-source voltage of power MOSFET (Part 4) スイッチング損失、サージ電圧のインピーダンス依存性を示す特性図Characteristic diagram showing impedance dependence of switching loss and surge voltage

(第1実施例)
以下、第1実施例について図1ないし図15を参照して説明する。本実施形態では、ハーフブリッジ回路に適用した実施例を示す。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment will be described with reference to FIGS. In this embodiment, an example applied to a half-bridge circuit is shown.

図1に示すハーフブリッジ回路1は電力変換回路の基本回路であり、上下アームのスイッチング素子が相補的に動作することで直流電圧を交流電圧に変換する。このハーフブリッジ回路1は、直流電源2(例えば100V)の供給ノード(第1電源線)とグランド(第2電源線)との間に、2つのNチャネル型のSJ(Super-Junction)−MOSFET(パワーMOSFET)3H,3L(第1パワーMOSFET,第2パワーMOSFETに相当)を直列接続して構成されている。パワーMOSFETの駆動回路6H、6Lは、電力変換回路(コンバータ、インバータ)に適用できる。   A half-bridge circuit 1 shown in FIG. 1 is a basic circuit of a power conversion circuit, and converts a DC voltage into an AC voltage by operating switching elements of upper and lower arms in a complementary manner. The half-bridge circuit 1 includes two N-channel SJ (Super-Junction) -MOSFETs between a supply node (first power supply line) and a ground (second power supply line) of a DC power supply 2 (for example, 100 V). (Power MOSFET) 3H and 3L (corresponding to a first power MOSFET and a second power MOSFET) are connected in series. The power MOSFET drive circuits 6H and 6L can be applied to power conversion circuits (converters and inverters).

これらのNチャネルMOSFET3H,3L間の共通ノードには誘導性負荷として例えば交流モータのステータコイル4の一端が接続されている。ハイサイド側のMOSFET3Hのドレインソース間には寄生ダイオード5Hが内蔵されている。ローサイド側のMOSFET3Lのドレインソース間には寄生ダイオード5Lが内蔵されている。これらの寄生ダイオード5Hおよび5Lはフリーホイールダイオードとして動作する。   For example, one end of a stator coil 4 of an AC motor is connected to the common node between these N-channel MOSFETs 3H and 3L as an inductive load. A parasitic diode 5H is built in between the drain and source of the high-side MOSFET 3H. A parasitic diode 5L is built in between the drain and source of the low-side MOSFET 3L. These parasitic diodes 5H and 5L operate as freewheeling diodes.

図面中では、ハイサイド(上アーム)側のMOSFET3Hを駆動する回路を駆動回路6Hとし、ローサイド(下アーム)側のMOSFET3Lを駆動する回路を駆動回路6Lとして示しているが、駆動回路6Hおよび6Lは互いに同一回路構成であるため、以下ではハイサイド側の駆動回路6Hの電気的構成を説明し、ローサイド側の駆動回路6Lの電気的構成は図中の構成要素に添え字として「H」に代わる「L」を付してその説明を省略する。   In the drawing, a circuit for driving the MOSFET 3H on the high side (upper arm) side is shown as a drive circuit 6H, and a circuit for driving the MOSFET 3L on the low side (lower arm) side is shown as the drive circuit 6L, but the drive circuits 6H and 6L are shown. Since the circuit configurations are identical to each other, the electrical configuration of the high-side drive circuit 6H will be described below, and the electrical configuration of the low-side drive circuit 6L is denoted by “H” as a subscript to the components in the figure. An alternative “L” is attached and description thereof is omitted.

駆動回路6Hは、MOSFET3Hのゲート(制御端子)−ソース間に直列接続された駆動電圧発生回路(第1通電スイッチ回路)7H、スイッチング速度調整回路(第1電荷注入放出回路)8H、オフ保持回路(第1インピーダンス切替部)9Hを備える。また、駆動電圧発生回路7Hは、直流電源10Hの正負端子間に制御端子付きスイッチ(第1オンスイッチ)S1Hおよび制御端子付きスイッチ(第1オフスイッチ)S2Hを直列接続して構成され、直流電源10Hの電源電圧および0Vを切替出力するか、または、出力を開放状態にすることが可能となっている。ここでスイッチS1H,S2Hはそれぞれ例えばNPNトランジスタにより構成される。   The drive circuit 6H includes a drive voltage generation circuit (first energization switch circuit) 7H connected in series between the gate (control terminal) and the source of the MOSFET 3H, a switching speed adjustment circuit (first charge injection / release circuit) 8H, and an off hold circuit. (First impedance switching unit) 9H is provided. The drive voltage generating circuit 7H is configured by connecting a switch with control terminal (first on switch) S1H and a switch with control terminal (first off switch) S2H in series between the positive and negative terminals of the DC power supply 10H. It is possible to switch and output the power supply voltage of 10H and 0V, or to open the output. Here, the switches S1H and S2H are each composed of, for example, an NPN transistor.

スイッチング速度制御回路8Hは、抵抗RnHとダイオードDnHの直列接続回路、抵抗RfHとダイオードDfHの直列接続回路を並列接続して構成される。スイッチS1Hをオンに切替えた後スイッチS2Hをオフに切替えたときには、抵抗RnHおよびダイオードDnHを通じてMOSFET3Hのゲートに電荷が注入されることでゲート入力容量に電荷が蓄積される。この電荷の蓄積速度はMOSFET3Hのゲート入力容量と抵抗RnHの抵抗値に依存する。また、スイッチS1Hをオフした後にスイッチS2Hをオンに切替えたときには、抵抗RfHおよびダイオードDfHを通じてMOSFET3Hのゲート入力容量の蓄積電荷が引き抜かれて放出される。この放出速度はMOSFET3Hのゲート入力容量と抵抗RfHの抵抗値に依存する。   The switching speed control circuit 8H is configured by connecting in parallel a series connection circuit of a resistor RnH and a diode DnH, and a series connection circuit of a resistor RfH and a diode DfH. When the switch S2H is switched off after the switch S1H is switched on, the charge is injected into the gate of the MOSFET 3H through the resistor RnH and the diode DnH, so that the charge is accumulated in the gate input capacitance. The charge accumulation speed depends on the gate input capacitance of the MOSFET 3H and the resistance value of the resistor RnH. Further, when the switch S2H is turned on after the switch S1H is turned off, the accumulated charge of the gate input capacitance of the MOSFET 3H is extracted and released through the resistor RfH and the diode DfH. This discharge speed depends on the gate input capacitance of the MOSFET 3H and the resistance value of the resistor RfH.

オフ保持回路9Hは、所定のインピーダンス素子ZHと制御端子付きのスイッチS3HとをMOSFET3Hのゲートソース間に直列接続して構成されている。図2(a)〜図2(e)は、オフ保持回路の構成例を示している。オフ保持回路9Hのインピーダンス素子ZHは、抵抗性または誘導性を有するインピーダンスとすると良く、これらの抵抗値またはインダクタンス値が大きければ、MOSFET3Hのゲートソース間電圧の上昇抑制効果が大きくなる。このため、図2(a)に示すように、インピーダンス素子ZHとして抵抗Rgsを適用しても良いし、また、図2(b)に示すように、MOSFETM1のオン抵抗を用いて構成しても良い。図2(b)の構成を適用すると、抵抗RgsとスイッチSWを直列接続した図2(a)の構成の機能を1つのトランジスタに集結させることができる。また、図2(c)に示すように抵抗Rgsに代えてインダクタンスLgsを用いても良い。また、図2(d)に示すように、抵抗RgsおよびインダクタンスLgsを直列接続して構成しても良いし、図2(e)に示すように、インダクタンスLgsをMOSFETM1に直列接続して構成しても良い。このような駆動回路6Hはローサイド側にも駆動回路6Lとして構成されている。   The off-holding circuit 9H is configured by connecting a predetermined impedance element ZH and a switch S3H with a control terminal in series between the gate and source of the MOSFET 3H. 2A to 2E show configuration examples of the off-holding circuit. The impedance element ZH of the off-holding circuit 9H is preferably an impedance having resistance or inductivity. If the resistance value or the inductance value is large, the effect of suppressing the rise of the gate-source voltage of the MOSFET 3H is increased. Therefore, a resistor Rgs may be applied as the impedance element ZH as shown in FIG. 2A, or it may be configured using the on-resistance of the MOSFET M1 as shown in FIG. good. When the configuration of FIG. 2B is applied, the functions of the configuration of FIG. 2A in which the resistor Rgs and the switch SW are connected in series can be integrated into one transistor. Further, as shown in FIG. 2C, an inductance Lgs may be used instead of the resistor Rgs. Further, as shown in FIG. 2 (d), the resistor Rgs and the inductance Lgs may be connected in series, or as shown in FIG. 2 (e), the inductance Lgs is connected in series with the MOSFET M1. May be. Such a drive circuit 6H is also configured as a drive circuit 6L on the low side.

制御回路(制御手段)11は、スイッチS1H、S2H、S3Hの制御端子にそれぞれオンオフ制御信号Sg11,Sg12,S1を与えることで、各スイッチS1H,S2H,S3Hをそれぞれオンオフする。また、制御回路11は、スイッチS1L,S2L,S3Lの制御端子にそれぞれオンオフ制御信号Sg21,Sg22,S2を与えることで、各スイッチS1L,S2L,S3Lをそれぞれオンオフする。   The control circuit (control means) 11 turns on and off each of the switches S1H, S2H, and S3H by giving on / off control signals Sg11, Sg12, and S1 to the control terminals of the switches S1H, S2H, and S3H, respectively. In addition, the control circuit 11 turns on and off the switches S1L, S2L, and S3L by giving on / off control signals Sg21, Sg22, and S2 to the control terminals of the switches S1L, S2L, and S3L, respectively.

図3(a)は、制御回路の電気的構成を示している。制御回路11は、比較回路12と論理回路13を備える。比較回路12は、三角波信号と出力電圧指令値(直流信号)とを比較し、PWM信号Ssd1およびSsd2を出力する。論理回路13は、比較回路12のPWM信号Ssd1,Ssd2を入力し制御信号Sg11,Sg12,S1,Sg21,Sg22,S2を出力する。   FIG. 3A shows the electrical configuration of the control circuit. The control circuit 11 includes a comparison circuit 12 and a logic circuit 13. The comparison circuit 12 compares the triangular wave signal with the output voltage command value (DC signal) and outputs PWM signals Ssd1 and Ssd2. The logic circuit 13 receives the PWM signals Ssd1 and Ssd2 from the comparison circuit 12 and outputs control signals Sg11, Sg12, S1, Sg21, Sg22, and S2.

図3(b)は、論理回路のハードウェア構成を示している。論理回路13はNORゲート14を備えている。この論理回路13は、PWM信号Ssd1をオンオフ制御信号Sg11,S2として出力し、PWM信号Ssd2をオンオフ制御信号Sg21,S1として出力するように結線されている。また、NORゲート14はPWM信号Ssd1,Ssd2を入力し、オンオフ制御信号Sg12,Sg22を出力する。   FIG. 3B shows the hardware configuration of the logic circuit. The logic circuit 13 includes a NOR gate 14. The logic circuit 13 is connected so as to output the PWM signal Ssd1 as on / off control signals Sg11 and S2 and to output the PWM signal Ssd2 as on / off control signals Sg21 and S1. The NOR gate 14 receives the PWM signals Ssd1 and Ssd2 and outputs the on / off control signals Sg12 and Sg22.

図4は、比較回路12が出力するPWM信号Ssd1,Ssd2の各信号波形例を示している。信号Ssd1,Ssd2は、所定の周波数およびデューティ比で以下に示す(1)〜(4)の区間の状態を繰り返す。   FIG. 4 shows signal waveform examples of the PWM signals Ssd1 and Ssd2 output from the comparison circuit 12. The signals Ssd1 and Ssd2 repeat the states of the sections (1) to (4) shown below at a predetermined frequency and duty ratio.

(1)Ssd1を「H」(オン),Ssd2を「L」(オフ)
(2)Ssd1を「L」(オフ),Ssd2を「L」(オフ)
(3)Ssd1を「L」(オフ),Ssd2を「H」(オン)
(4)Ssd1を「L」(オフ),Ssd2を「L」(オフ)
これらの(1)〜(4)の各区間のそれぞれの状態が繰り返されることにより、論理回路13は、所定周期のオンオフ制御信号Sg11,Sg12,S1,Sg21,Sg22,S2を出力する。図5は、このオンオフ制御信号に応じて変化するハイサイド側、ローサイド側のパワーMOSFETのオンオフ状態を示しており、図6は、この状態をタイミングチャートで示している。(1)〜(4)の各区間では論理回路13の出力は下記の状態を繰り返す。
(1) Ssd1 is “H” (on), Ssd2 is “L” (off)
(2) Ssd1 is “L” (off), Ssd2 is “L” (off)
(3) Ssd1 is “L” (off), Ssd2 is “H” (on)
(4) Ssd1 is “L” (off), Ssd2 is “L” (off)
By repeating the states of the sections (1) to (4), the logic circuit 13 outputs the on / off control signals Sg11, Sg12, S1, Sg21, Sg22, and S2 having a predetermined period. FIG. 5 shows the on / off states of the high-side and low-side power MOSFETs that change in response to the on / off control signal, and FIG. 6 shows this state in a timing chart. In each section (1) to (4), the output of the logic circuit 13 repeats the following state.

(1)Sg11,S2は「H」(オン)、その他は「L」(オフ)
(2)Sg12,Sg22は「H」(オン)、その他は「L」(オフ)
(3)S1、Sg21は「H」(オン)、その他は「L」(オフ)
(4)Sg12、Sg22は「H」(オン)、その他は「L」(オフ)
尚、このようなスイッチングを繰り返すと、(1)区間と(2)区間の間ではスイッチS1HとS2Hがほぼ同時にオン、オフすることになり、(3)区間と(4)区間の間ではスイッチS1LとS2Lがほぼ同時にオン、オフすることになるが、直流電源10H、10Lの短絡防止のため、所定のデッドタイムを設けるように回路を構成するとよい。
(1) Sg11 and S2 are “H” (on), others are “L” (off)
(2) Sg12 and Sg22 are “H” (on), others are “L” (off)
(3) S1 and Sg21 are “H” (on), and others are “L” (off).
(4) Sg12 and Sg22 are “H” (on), others are “L” (off)
If such switching is repeated, the switches S1H and S2H are turned on and off almost simultaneously between the sections (1) and (2), and between the sections (3) and (4). Although S1L and S2L are turned on and off almost simultaneously, the circuit may be configured to provide a predetermined dead time in order to prevent short circuit of the DC power supplies 10H and 10L.

以下、各区間(1)〜(4)において、オンオフ制御信号Sg11,Sg12,S1,Sg21,Sg22,S2をそれぞれスイッチS1H〜S3H,S1L〜S3Lに入力したときの回路の基本的動作について図1、図6、図7等を参照しながら説明する。ただし、ステータコイル4に流れる負荷電流は図1に示した方向とする。   Hereinafter, the basic operation of the circuit when the on / off control signals Sg11, Sg12, S1, Sg21, Sg22, and S2 are input to the switches S1H to S3H and S1L to S3L, respectively, in each of the sections (1) to (4) are shown in FIG. This will be described with reference to FIGS. However, the load current flowing through the stator coil 4 is in the direction shown in FIG.

<(1)区間の基本的動作>
(1)区間において、ハイサイド側では、スイッチS1Hがオンしその他のスイッチS2H,S3Hがオフするため、MOSFET3Hのゲートには直流電源10Hから電荷が供給されることになりMOSFET3Hのゲート入力容量が充電される。この(1)区間では、図6(i)に示すように、MOSFET3Hのゲートソース間電圧Vgs1は当該MOSFET3Hのゲートソース間の閾値電圧Vtを超えるため、MOSFET3Hはオンする。
<(1) Basic operation of section>
In section (1), on the high side, the switch S1H is turned on and the other switches S2H and S3H are turned off. Therefore, the gate of the MOSFET 3H is supplied with electric charge from the DC power supply 10H, and the gate input capacitance of the MOSFET 3H Charged. In this section (1), as shown in FIG. 6 (i), the gate-source voltage Vgs1 of the MOSFET 3H exceeds the threshold voltage Vt between the gate and source of the MOSFET 3H, so that the MOSFET 3H is turned on.

この間、他方のローサイド側では、スイッチS3Lがオンし、スイッチS1L,S2Lがオフするため、MOSFET3Lのゲートソース間はオフ保持回路9Hにより所定のインピーダンス(例えば数十Ω)となる。したがって、図6(j)に示すように、MOSFET3Lのゲートソース間電圧Vgs2はほぼ0となり、MOSFET3Lはオフ状態を維持する。   Meanwhile, on the other low side, the switch S3L is turned on and the switches S1L and S2L are turned off, so that the gate-source of the MOSFET 3L has a predetermined impedance (for example, several tens of Ω) by the off holding circuit 9H. Therefore, as shown in FIG. 6 (j), the gate-source voltage Vgs2 of the MOSFET 3L becomes substantially 0, and the MOSFET 3L maintains the off state.

<(2)区間の基本的動作>
(2)区間において、ハイサイド側では、スイッチS1Hがターンオフした後スイッチS2Hがターンオンするため、MOSFET3Hのゲートの蓄積電荷はスイッチング速度調整回路8Hの抵抗RfHを通じて放電される。したがって、図6(i)に示すように、MOSFET3Hはそのゲートソース間電圧Vgs1が低下し、閾値電圧Vtを下回るとオフする。
<(2) Basic operation of section>
In the section (2), on the high side, the switch S2H is turned on after the switch S1H is turned off, so that the accumulated charge at the gate of the MOSFET 3H is discharged through the resistor RfH of the switching speed adjustment circuit 8H. Therefore, as shown in FIG. 6 (i), the MOSFET 3H is turned off when the gate-source voltage Vgs1 decreases and falls below the threshold voltage Vt.

この間、ローサイド側では、スイッチS3LがオフしスイッチS2Lがオンするため、MOSFET3Lのゲートソース間はスイッチング速度調整回路8Hのインピーダンスに固定される。したがって、図6(j)に示すように、MOSFET3Lのゲートソース間電圧Vgs2はほぼ0Vのまま維持され、MOSFET3Lはオフ状態を維持する。MOSFET3Hおよび3Lが共にオフすると、ステータコイル4を流れる負荷電流はダイオード5Hの順方向に還流する。   Meanwhile, on the low side, the switch S3L is turned off and the switch S2L is turned on, so that the gate-source between the MOSFET 3L is fixed to the impedance of the switching speed adjusting circuit 8H. Therefore, as shown in FIG. 6 (j), the gate-source voltage Vgs2 of the MOSFET 3L is maintained at substantially 0 V, and the MOSFET 3L maintains the off state. When MOSFETs 3H and 3L are both turned off, the load current flowing through stator coil 4 circulates in the forward direction of diode 5H.

<(3)区間の基本的動作>
(3)区間において、ハイサイド側では、スイッチS2Hがターンオフすると共にスイッチS3Hがターンオンするため、MOSFET3Hのゲートソース間にはオフ保持回路9Hのインピーダンス素子ZHが接続されるようになり、オフ保持回路9HがMOSFET3Hのゲートソース間をインピーダンス素子ZHによって所定のインピーダンスに保持する。これにより、図6(i)に示すようにMOSFET3Hはオフ状態に保持される。
<(3) Basic operation of section>
(3) In the section, on the high side, the switch S2H is turned off and the switch S3H is turned on, so that the impedance element ZH of the off holding circuit 9H is connected between the gate and source of the MOSFET 3H, and the off holding circuit 9H holds a predetermined impedance between the gate and the source of the MOSFET 3H by the impedance element ZH. As a result, as shown in FIG. 6I, the MOSFET 3H is held in the off state.

この間、ローサイド側では、スイッチS2Lがターンオフした後スイッチS1Lがオンするため、スイッチング速度調整回路8Lの抵抗RnLを通じてMOSFET3Lのゲート入力容量に電荷が蓄積される。図6(j)に示すように、MOSFET3Lは、そのゲートソース間電圧Vgs2が上昇し、当該素子の閾値電圧Vtを超えた時点でオンする。   During this time, on the low side, the switch S1L is turned on after the switch S2L is turned off, so that charge is accumulated in the gate input capacitance of the MOSFET 3L through the resistor RnL of the switching speed adjustment circuit 8L. As shown in FIG. 6J, the MOSFET 3L is turned on when the gate-source voltage Vgs2 rises and exceeds the threshold voltage Vt of the element.

<(4)区間の基本的動作>
(4)区間において、ハイサイド側では、スイッチS3Hがターンオフすると共にスイッチS2Hがターンオンするため、MOSFET3Hのゲートソース間はスイッチング速度調整回路8Hのインピーダンスに接続される。この間、ローサイド側では、スイッチS1Lがターンオンした後スイッチS2Lがターンオフするため、MOSFET3Lのゲートの蓄積電荷はスイッチング速度調整回路8Lの抵抗RfLを通じて放電されるようになる。そして、MOSFET3Lのゲートはスイッチング速度調整回路8Lのインピーダンスに接続される。
<(4) Basic operation of section>
(4) In the section, since the switch S3H is turned off and the switch S2H is turned on on the high side, the gate and the source of the MOSFET 3H are connected to the impedance of the switching speed adjusting circuit 8H. Meanwhile, on the low side, the switch S1L is turned on and then the switch S2L is turned off, so that the accumulated charge at the gate of the MOSFET 3L is discharged through the resistor RfL of the switching speed adjustment circuit 8L. The gate of the MOSFET 3L is connected to the impedance of the switching speed adjustment circuit 8L.

このような(1)〜(4)区間の基本的動作が繰り返される。このような周期的な基本動作を繰り返す中で、(2)区間において負荷電流はダイオード5Hの順方向に還流し、(3)区間においてMOSFET3Lがオンすると図6(l)に示すように電流I2が急峻に上昇する。これは、MOSFET3Lがターンオンすると、キャリア蓄積効果による逆回復電流(リカバリー電流)がダイオード5Hに流れ、電流I1およびI2が急激に変動するためである。   Such basic operations in the sections (1) to (4) are repeated. While repeating such a periodic basic operation, the load current circulates in the forward direction of the diode 5H in the section (2), and when the MOSFET 3L is turned on in the section (3), as shown in FIG. Rises sharply. This is because when the MOSFET 3L is turned on, a reverse recovery current (recovery current) due to the carrier accumulation effect flows to the diode 5H, and the currents I1 and I2 change rapidly.

特に、逆回復電流が減衰するときに電流I1およびI2が急激に変動する。図6(k)に示す電流I1の増加区間(リカバリー後半:図6(l)に示す電流I2の減少区間)においてその増減度が大きい。   In particular, the currents I1 and I2 change rapidly when the reverse recovery current decays. The increase / decrease degree is large in the increasing section of current I1 shown in FIG. 6 (k) (second half of recovery: decreasing section of current I2 shown in FIG. 6 (l)).

MOSFET3Hのソースに寄生インダクタンスLHが存在すると共にMOSFET3Lのソースに寄生インダクタンスLLが存在する。このため寄生インダクタンスLH,LLにはそれぞれ電流I1,I2の時間変動に応じた誘導起電力−Ldi/dtが生じる。   A parasitic inductance LH exists at the source of the MOSFET 3H, and a parasitic inductance LL exists at the source of the MOSFET 3L. For this reason, the induced electromotive forces -Ldi / dt corresponding to the time fluctuations of the currents I1 and I2 are generated in the parasitic inductances LH and LL, respectively.

リカバリー後半において、寄生インダクタンスLHに誘導起電力が生じると、寄生インダクタンスLHにはMOSFET3Hのソースを基準としてステータコイル4側ノードにかけて電圧が生じる。したがって、MOSFET3Hのゲートソース間電圧Vgs1が上昇する。   In the latter half of the recovery, when an induced electromotive force is generated in the parasitic inductance LH, a voltage is generated in the parasitic inductance LH from the source of the MOSFET 3H to the stator coil 4 side node. Therefore, the gate-source voltage Vgs1 of the MOSFET 3H increases.

(3)区間においては、MOSFET3H(ハイサイド素子)がオフ保持期間であるため、MOSFET3Hのゲートソース間電圧Vgs1が当該MOSFET3Hの閾値電圧Vt未満に抑制されるように構成する必要がある。   In the section (3), since the MOSFET 3H (high-side element) is in the off-holding period, the gate-source voltage Vgs1 of the MOSFET 3H needs to be suppressed to be less than the threshold voltage Vt of the MOSFET 3H.

そこで、本実施形態では、オフ保持回路9HをMOSFET3Hのゲートソース間に接続し、寄生インダクタンスLHの誘導起電力が特に上昇するリカバリー後半期間に差しかかる前には、必ずスイッチS3Hをオンすることでオフ保持回路9Hによりインピーダンス素子ZHをMOSFET3Hのゲートソース間に接続するようにしている。   Therefore, in this embodiment, the off-hold circuit 9H is connected between the gate and source of the MOSFET 3H, and the switch S3H is always turned on before entering the second half of the recovery period in which the induced electromotive force of the parasitic inductance LH particularly increases. The impedance element ZH is connected between the gate and source of the MOSFET 3H by the off hold circuit 9H.

したがって、寄生インダクタンスLHが誘導起電力を生じたとしても,オフ保持回路9Hのインピーダンス素子ZHが作用するため、寄生インダクタンスLHの誘導起電圧に応じた電荷がインピーダンス素子ZHを通じてMOSFET3Hのゲートに印加されるようになり、MOSFET3Hのゲートソース間電圧Vgs1の上昇を抑制できる。これにより、SJ−MOSFET3Hおよび3Lを高速駆動する場合であってもセルフターンオン現象を防ぐことができる。   Therefore, even if the parasitic inductance LH generates an induced electromotive force, the impedance element ZH of the off-holding circuit 9H acts, so that a charge corresponding to the induced electromotive voltage of the parasitic inductance LH is applied to the gate of the MOSFET 3H through the impedance element ZH. As a result, an increase in the gate-source voltage Vgs1 of the MOSFET 3H can be suppressed. Thereby, even when the SJ-MOSFETs 3H and 3L are driven at high speed, the self-turn-on phenomenon can be prevented.

図7は、図6の(4)区間における電流変化を模式的に示している。図6の(4)区間においては、ローサイド側では、スイッチS1Lをオフした後にスイッチS2Lをオンするため、図6(j)に示すように、MOSFET3Lのゲートソース間電圧Vgs2が減少する。この間、ハイサイド側では、図6(k)に示すように、この電流減少分の電流が寄生ダイオード5Hの順方向に流れることで増加する。   FIG. 7 schematically shows a current change in the section (4) of FIG. In the section (4) of FIG. 6, on the low side, the switch S2L is turned on after the switch S1L is turned off, so that the gate-source voltage Vgs2 of the MOSFET 3L decreases as shown in FIG. 6 (j). Meanwhile, on the high side, as shown in FIG. 6 (k), the current decrease is increased by flowing in the forward direction of the parasitic diode 5H.

この場合、意図しない電圧上昇に応じて素子が誤動作する場合も考えられる。これは、MOSFET3Lがターンオフすることで電流I2が減少するため、その電流勾配に応じて寄生インダクタンスLLに誘導起電力VLLが発生するためである。この誘導起電力VLLによる誤動作を抑制するためには、電流I2の電流勾配を小さくすれば良く、ターンオフ速度を調整するための抵抗RfLの抵抗値を調整すれば良い。また、これらの図6の(1)〜(4)区間の動作が繰り返されることで正常に動作できる。 In this case, the device may malfunction due to an unintended voltage increase. This is because of reduced current I2 by MOSFET3L is turned off, because the induced electromotive force V LL is generated in the parasitic inductance LL in accordance with the current gradient. In order to suppress malfunction due to the induced electromotive force V LL , the current gradient of the current I2 may be reduced, and the resistance value of the resistor RfL for adjusting the turn-off speed may be adjusted. Moreover, it can operate | move normally by repeating the operation | movement of these (1)-(4) area | regions of FIG.

したがって、前記のように制御することで、ターンオフ時にMOSFET3H、3Lの各ゲートソース間を所定のインピーダンスに調整することができ、スイッチング速度を低減でき、ゲートソース間電圧の上昇を抑制できる。   Therefore, by controlling as described above, the gate-sources of the MOSFETs 3H and 3L can be adjusted to a predetermined impedance at the time of turn-off, the switching speed can be reduced, and the rise of the gate-source voltage can be suppressed.

特に、セルフターンオン現象防止の信頼性を高めるためには、駆動回路6H、6Lの回路素子値を予め定められた方法により決定することが望ましい。以下、この素子値の決定方法について説明する。   In particular, in order to increase the reliability of preventing the self turn-on phenomenon, it is desirable to determine the circuit element values of the drive circuits 6H and 6L by a predetermined method. Hereinafter, a method for determining the element value will be described.

<オフ保持回路9H,9Lのインピーダンス決定方法について>
セルフターンオン現象を防止するため、特にオフ保持回路9H,9Lの各インピーダンス素子ZH,ZLのインピーダンス値を重要な要素として位置付けると良い。そこで、インピーダンス素子ZH,ZLのインピーダンスを、回路対称性の観点から同一インピーダンスと仮定し、オフ保持回路9H,9Lをそれぞれ抵抗RgsおよびインダクタンスLgsの直列回路に設定した場合のインピーダンス値の決定方法について説明する。
<About the impedance determination method of the off-holding circuits 9H and 9L>
In order to prevent the self-turn-on phenomenon, it is particularly preferable to position the impedance values of the impedance elements ZH and ZL of the off-holding circuits 9H and 9L as important elements. Therefore, it is assumed that the impedances of the impedance elements ZH and ZL are the same from the viewpoint of circuit symmetry, and a method for determining the impedance value when the off-holding circuits 9H and 9L are respectively set in series circuits of a resistor Rgs and an inductance Lgs. explain.

MOSFET3H,3Lの各ゲートソース間電圧Vgsの上昇原因は、リカバリー電流に応じて寄生インダクタンスLH,LLに発生する誘導起電力、および、寄生容量のカップリング電圧、が主因として挙げられる。そこで、これらの上昇原因による電圧上昇分について各場合に分けて計算を行い、これらの影響を重ね合わせた加算電圧が所定の閾値電圧Vtを下回る条件を満たすインピーダンス素子ZH,ZLのインピーダンスを決定すると良い。   The main causes of the rise in the gate-source voltage Vgs of the MOSFETs 3H and 3L are the induced electromotive force generated in the parasitic inductances LH and LL according to the recovery current and the coupling voltage of the parasitic capacitance. Therefore, when the voltage increase due to the cause of the increase is calculated separately for each case, and the impedance of the impedance elements ZH and ZL satisfying the condition that the added voltage obtained by superimposing these effects falls below a predetermined threshold voltage Vt is determined. good.

図8は、インピーダンス素子ZH,ZLのインピーダンス決定方法の流れをフローチャートにより示している。図8に示すように、回路のインピーダンスの決定に先立ち必要なパラメータ値を収集する(S1)。これらのパラメータは、パワーMOSFET3H,3Lの半導体構造、寄生素子、回路の接続形態に基づいてシミュレーション、実験などにより設計値として決定されるものであり、図9に挙げたパラメータを規定すると良い。   FIG. 8 is a flowchart showing the flow of the impedance determination method for the impedance elements ZH and ZL. As shown in FIG. 8, parameter values necessary for determining the impedance of the circuit are collected (S1). These parameters are determined as design values by simulation, experiment, etc. based on the semiconductor MOSFET structures of the power MOSFETs 3H and 3L, parasitic elements, and circuit connection forms, and the parameters listed in FIG.

例えば、図9に示すように、パラメータを、寄生インダクタンスLL,LHの値Ls、リカバリー電流の勾配di/dt、リカバリー後半から終了までの整定時間tf、ゲートソース間の寄生容量値Cgs、ゲートドレイン間の寄生容量値Cgd、ドレインソース間電圧Vdsとする。   For example, as shown in FIG. 9, the parameters include the values Ls of the parasitic inductances LL and LH, the recovery current gradient di / dt, the settling time tf from the second half of the recovery to the end, the parasitic capacitance value Cgs between the gate and the source, and the gate drain A parasitic capacitance value Cgd between them and a drain-source voltage Vds between them.

図8に示すように、各パラメータを収集した後、オフ保持回路9Hおよび9Lのインピーダンスを仮に設定する(S2)。前述したように、リカバリー電流に応じて寄生インダクタンスLH,LLの誘導起電力が生じるが、ステップS2で仮設定されたインピーダンスを用いてゲートソース間電圧Vgsaを計算する(S3)。   As shown in FIG. 8, after collecting each parameter, the impedances of the off-holding circuits 9H and 9L are temporarily set (S2). As described above, the induced electromotive force of the parasitic inductances LH and LL is generated according to the recovery current, but the gate-source voltage Vgsa is calculated using the impedance temporarily set in step S2 (S3).

<リカバリー電流に応じて寄生インダクタンスに発生する電圧Vgsa>
図10は、リカバリー電流に応じて寄生インダクタンスLHおよびLLに発生する電圧Vgsaを求めるための等価回路を示している。
<Voltage Vgsa generated in parasitic inductance in response to recovery current>
FIG. 10 shows an equivalent circuit for obtaining the voltage Vgsa generated in the parasitic inductances LH and LL according to the recovery current.

この図10に示すように、MOSFET3Hのゲートソース間には寄生容量Cgsが存在する。MOSFET3Hのゲートソース間電圧Vgsはこの寄生容量Cgsの印加電圧に等しいため、図11の等価回路に示すように、寄生インダクタンスLsに誘導起電力−Ls×di/dtが発生すると、この逆方向の誘導起電力に応じてインダクタンスLgs、抵抗Rgsを介してコンデンサCgsに充電される。これにより、MOSFET3Hのゲートソース間電圧Vgsは上昇する。   As shown in FIG. 10, a parasitic capacitance Cgs exists between the gate and source of the MOSFET 3H. Since the gate-source voltage Vgs of the MOSFET 3H is equal to the voltage applied to the parasitic capacitance Cgs, when an induced electromotive force −Ls × di / dt is generated in the parasitic inductance Ls as shown in the equivalent circuit of FIG. The capacitor Cgs is charged via the inductance Lgs and the resistor Rgs according to the induced electromotive force. As a result, the gate-source voltage Vgs of the MOSFET 3H increases.

この図11は、寄生インダクタンスLs、抵抗Rgs、寄生容量Cgsに流れるリカバリー電流iと、寄生インダクタンスLsに生じる誘導起電力−Ls×di/dtと、トランジスタ3Hのゲートソース間電圧Vgsの関係を表している。また、図12は、リカバリー電流通電前後の各部の電流と電圧の時間変化を示している。   FIG. 11 shows the relationship between the recovery current i flowing through the parasitic inductance Ls, the resistance Rgs, and the parasitic capacitance Cgs, the induced electromotive force −Ls × di / dt generated in the parasitic inductance Ls, and the gate-source voltage Vgs of the transistor 3H. ing. FIG. 12 shows changes in current and voltage with time before and after energization of the recovery current.

前述の(2)区間において、負荷電流はダイオード5Hに還流し電流iがダイオード5Hの逆方向に流れる。この後(3)区間において、MOSFET3Lがターンオンするとキャリア蓄積効果に応じた逆回復電流がダイオード5Hに通電し電流iが急激に上昇する(図12の(3)の(A)区間)。この(3)の(A)に示すリカバリーの前半区間においては、寄生インダクタンスLsに対し電流上昇勾配に応じた誘導起電力−Ls×di/dtを生じる。このリカバリー前半区間においては、リカバリー後半区間と比較すると、電流上昇勾配が低く、これによって発生する誘導起電力も小さくなる。   In the aforementioned section (2), the load current flows back to the diode 5H, and the current i flows in the reverse direction of the diode 5H. Thereafter, in the section (3), when the MOSFET 3L is turned on, a reverse recovery current corresponding to the carrier accumulation effect is supplied to the diode 5H, and the current i rapidly increases (section (A) in (3) of FIG. 12). In the first half of the recovery shown in (A) of (3), an induced electromotive force −Ls × di / dt corresponding to the current rising gradient is generated for the parasitic inductance Ls. In the first half section of recovery, compared to the second half section of recovery, the current rising gradient is low, and the induced electromotive force generated thereby is also small.

この後、(3)の(B)に示すリカバリー後半区間では、電流下降勾配に応じた誘導起電力が発生し電流下降勾配が大きい。したがって、電流下降勾配に応じて発生する誘導起電力も大きくなる。ここで、リカバリー電流iが線形的に減少すると仮定すれば、リカバリー後半区間ではステップ電圧Vsが所定の整定時間tfだけ寄生インダクタンスLsに生じると仮定できる。   Thereafter, in the second half of the recovery shown in (B) of (3), an induced electromotive force corresponding to the current descending gradient is generated and the current descending gradient is large. Therefore, the induced electromotive force generated according to the current descending gradient also increases. Here, if it is assumed that the recovery current i decreases linearly, it can be assumed that the step voltage Vs is generated in the parasitic inductance Ls for a predetermined settling time tf in the second half of the recovery period.

MOSFET3Hのゲートソース間電圧Vgsaは、この寄生インダクタンスLsに生じるステップ電圧Vsに応じて上昇するため、リカバリー後半区間における電圧Vgsaの最大値をできる限り低くするように各素子値を決定する。   Since the gate-source voltage Vgsa of the MOSFET 3H rises according to the step voltage Vs generated in the parasitic inductance Ls, each element value is determined so as to make the maximum value of the voltage Vgsa in the second half of the recovery as low as possible.

図13は、電圧Vgsaの求め方をフローチャートによって示している。RLC直列回路のステップ応答式を適用すると2次系伝達関数となり、下記(5)式のラプラス変換式で表わされる。   FIG. 13 is a flowchart showing how to obtain the voltage Vgsa. When the step response formula of the RLC series circuit is applied, a second-order transfer function is obtained, which is expressed by the following Laplace transform formula (5).

Figure 0005482815
ここで、ωnは不減衰自然角周波数(固有周波数)、ζは減衰率(制動比)を示している。
Figure 0005482815
Here, ωn represents an unattenuated natural angular frequency (natural frequency), and ζ represents an attenuation rate (braking ratio).

この(5)式を逆ラプラス変換し、ζ=1(式(6))、ζ>1(式(7))、0<ζ<1(式(8))の各場合に分けると、   When this equation (5) is subjected to inverse Laplace transform and divided into the following cases: ζ = 1 (equation (6)), ζ> 1 (equation (7)), 0 <ζ <1 (equation (8)).

Figure 0005482815
Figure 0005482815

Figure 0005482815
Figure 0005482815

Figure 0005482815
と導出される。
Figure 0005482815
Is derived.

図13に示すように、ζの値に応じて場合分けし、所定時間tfを各式に代入する(T1〜T6)。なお、(8)式の電圧Vgsaは時間経過に応じて振動する値となるため、電圧Vgsaが最大値となる時間tm=π/ωn(√(1−ζ))が所定の整定時間tf以内であれば(ステップT5:NO)、(8)式にtm=π/ωn(√(1−ζ))を代入して電圧Vgsaを求める。すると、図8のステップS1で収集したパラメータ値に応じてステップS3で最大電圧Vgsaを求めることができる。 As shown in FIG. 13, cases are classified according to the value of ζ, and a predetermined time tf is substituted into each equation (T1 to T6). Since the voltage Vgsa in the equation (8) has a value that oscillates with time, the time tm = π / ωn (√ (1-ζ 2 )) at which the voltage Vgsa becomes the maximum value is a predetermined settling time tf. If it is within (step T5: NO), tm = π / ωn (√ (1-ζ 2 )) is substituted into equation (8) to obtain the voltage Vgsa. Then, the maximum voltage Vgsa can be obtained in step S3 according to the parameter values collected in step S1 of FIG.

電圧Vgsaを求めた後、寄生容量のカップリングにより生じた電圧Vgsbを求める(図8のステップS4)。
<寄生容量カップリングによって生じる電圧Vgsbの求め方>
図14は、MOSFET周辺の寄生容量を考慮した等価回路を示しており、図15は、リカバリー電流とドレインソース間電圧の応答波形の関係をタイミングチャートにより示している。MOSFET3Hをターンオフした後、MOSFET3Hのドレインソース間電圧Vdsは上昇するが、このときのゲートソース間電圧Vgsの最大電圧Vgsbは下記の(9)式で求められる。
After obtaining the voltage Vgsa, the voltage Vgsb generated by coupling of the parasitic capacitance is obtained (step S4 in FIG. 8).
<How to obtain voltage Vgsb caused by parasitic capacitance coupling>
FIG. 14 shows an equivalent circuit in consideration of the parasitic capacitance around the MOSFET, and FIG. 15 shows the relationship between the response waveform of the recovery current and the drain-source voltage in a timing chart. After the MOSFET 3H is turned off, the drain-source voltage Vds of the MOSFET 3H increases. The maximum voltage Vgsb of the gate-source voltage Vgs at this time can be obtained by the following equation (9).

Figure 0005482815
これは、ゲートドレイン間寄生容量Cgd、ゲートソース間容量Cgsの分圧電圧となるためである。
Figure 0005482815
This is because the gate-drain parasitic capacitance Cgd and the gate-source capacitance Cgs are divided voltages.

そして、図8のステップS5において、これらの影響を重ね合わせた加算電圧Vgs=電圧Vgsa+電圧Vgsbを求め、合計値Vgsが閾値電圧Vtを下回る条件を満たす抵抗Rgs,インダクタンスLgsの値を決定する。仮に条件を満たさなければ(ステップS5:NO)、ステップS2に戻り、オフ保持回路9Hおよび9Lのインピーダンスを仮設定するところから繰り返す。なお、望ましくは、閾値電圧Vtにマージンを見込んで抵抗Rgs,インダクタンスLgsの値を決定すると良い。このように求められた抵抗Rgs,インダクタンスLgsの値を代入して検証すると良い。   Then, in step S5 of FIG. 8, an added voltage Vgs = voltage Vgsa + voltage Vgsb obtained by superimposing these effects is obtained, and the values of the resistance Rgs and the inductance Lgs satisfying the condition that the total value Vgs is lower than the threshold voltage Vt are determined. If the condition is not satisfied (step S5: NO), the process returns to step S2, and repeats from the point where the impedances of the off-holding circuits 9H and 9L are temporarily set. Desirably, the values of the resistance Rgs and the inductance Lgs are determined in consideration of a margin in the threshold voltage Vt. Verification may be made by substituting the values of the resistance Rgs and the inductance Lgs thus obtained.

したがって、電圧Vgsa+電圧Vgsbの加算電圧に応じてオフ保持回路9Hおよび9Lの素子値を決定しているため適切な素子値を決定できる。なお、これらの内容はハイサイド側のMOSFET3Hでもローサイド側のMOSFET3Lでも回路の対称性を考慮すれば同様の素子値の決定方法を適用できる。   Therefore, since the element values of the off holding circuits 9H and 9L are determined according to the added voltage of the voltage Vgsa + the voltage Vgsb, an appropriate element value can be determined. Note that the same element value determination method can be applied to these contents in consideration of circuit symmetry in both the high-side MOSFET 3H and the low-side MOSFET 3L.

以上説明したように、第1実施形態によれば、
(1)区間において、
ハイサイド側では、スイッチS2Hをオフした状態でスイッチS1Hをオンし、さらにスイッチS3Hをオフしてオフ保持回路9Hを開放状態とすることで、駆動電圧発生回路7Hから直流電源10HをMOSFET3Hのゲートソース間に供給してオンし、
ローサイド側では、スイッチS1Lをオフすると共にスイッチS2Lをオフし、スイッチS3Lをオンすることでオフ保持回路9Lを所定のインピーダンスとすることで、MOSFET3Lのゲートソース間を所定のインピーダンスに固定する。
As described above, according to the first embodiment,
(1) In the section
On the high side, the switch S1H is turned on with the switch S2H turned off, and the switch S3H is turned off to turn off the off-holding circuit 9H, so that the DC power supply 10H is supplied from the drive voltage generation circuit 7H to the gate of the MOSFET 3H. Supply between sources and turn on
On the low side, the switch S1L is turned off, the switch S2L is turned off, and the switch S3L is turned on to set the off holding circuit 9L to a predetermined impedance, thereby fixing the gate-source of the MOSFET 3L to a predetermined impedance.

次に(2)区間において、
ハイサイド側では、スイッチS1Hをオンからオフした後スイッチS2Hをオンし、スイッチS3Hをオフに保持してオフ保持回路9Hを開放状態に保持し、駆動電圧発生回路7Hの出力電圧をMOSFET3Hのソース側電圧(低電位側基準端子の電圧)に一致させるように制御することで、スイッチング速度調整回路8Hを通じてMOSFET3Hのゲート入力容量から電荷を放出させ、
ローサイド側では、スイッチS1Lをオフのまま保持しながらスイッチS2Lをオフからオンにし、スイッチS3Lをオンからオフしてオフ保持回路9Lを開放状態とすることで、駆動電圧発生回路7Lの出力電圧をMOSFET3Lのソース側電圧(低電位側基準端子の電圧)に一致させるように制御する。
Next, in (2) section,
On the high side, the switch S1H is turned off and then turned on, the switch S2H is turned on, the switch S3H is held off, the off holding circuit 9H is held open, and the output voltage of the drive voltage generating circuit 7H is supplied to the source of the MOSFET 3H. By controlling to match the side voltage (the voltage at the low potential side reference terminal), the charge is discharged from the gate input capacitance of the MOSFET 3H through the switching speed adjustment circuit 8H,
On the low side, the switch S2L is turned on from off while holding the switch S1L off, and the switch S3L is turned off from on and the off hold circuit 9L is opened, so that the output voltage of the drive voltage generation circuit 7L is increased. Control is performed so as to match the source side voltage (voltage of the low potential side reference terminal) of the MOSFET 3L.

次に(3)区間において、
ハイサイド側では、スイッチS1Hをオフに保持しながらスイッチS2Hをオンからオフすると同時にスイッチS3Hをオフからオンしてオフ保持回路9Hを開放状態から所定のインピーダンスに切替えることでMOSFET3Hのゲートソース間を所定のインピーダンスに固定し、
ローサイド側では、スイッチS2Lをオンからオフした後スイッチS1Lをオフからオンにし、スイッチS3Lをオフのまま保持してオフ保持回路9Lを開放状態に保持することで、駆動電圧発生回路7Lの出力電圧を直流電源10Lの出力電圧としてMOSFET3Lのゲートソース間に電圧を印加する。
Next, in (3) section,
On the high side, the switch S2H is turned off from on while holding the switch S1H off, and at the same time the switch S3H is turned on from off to switch the off holding circuit 9H from the open state to a predetermined impedance, thereby connecting between the gate and source of the MOSFET 3H. Fixed to a predetermined impedance,
On the low side, after the switch S2L is turned off, the switch S1L is turned on, the switch S3L is kept off, and the off holding circuit 9L is held in an open state, whereby the output voltage of the drive voltage generating circuit 7L Is applied between the gate and the source of the MOSFET 3L.

次に(4)区間では、
ハイサイド側では、スイッチS1Hをオフに保持しながらスイッチS2Hをオフからオンし、スイッチS3Hをオンからオフすることでオフ保持回路9Hを開放状態とし、駆動電圧発生回路7Hの出力電圧をMOSFET3Hのソース側電圧(低電位側基準端子の電圧)に一致させるように制御し、
ローサイド側では、スイッチS1Lをオンからオフした後スイッチS2Lをオンし、スイッチS3Lをオフに保持してオフ保持回路9Lを開放状態に保持することで、駆動電圧発生回路7Lの出力電圧をMOSFET3Lのソース側電圧(低電位側基準端子の電圧)に制御し、スイッチング速度調整回路8Lを通じてMOSFET3Lのゲート入力容量から電荷を放出させる。
Next, in (4) section,
On the high side, the switch S2H is turned on from off while holding the switch S1H off, and the switch S3H is turned off from on to open the off holding circuit 9H, and the output voltage of the drive voltage generating circuit 7H is set to the MOSFET 3H. Control to match the source side voltage (voltage of the low potential side reference terminal)
On the low side, the switch S1L is turned off and then turned on, the switch S2L is turned on, the switch S3L is held off, and the off holding circuit 9L is held open, so that the output voltage of the drive voltage generating circuit 7L is supplied to the MOSFET 3L. The voltage is controlled to the source side voltage (voltage at the low potential side reference terminal), and the charge is discharged from the gate input capacitance of the MOSFET 3L through the switching speed adjustment circuit 8L.

制御回路11が、駆動回路6H,6Lによりスイッチを駆動制御することで、(2)区間においてスイッチS2HおよびS2Lをオンすると共にその他をオフとし、(3)区間においてスイッチS1LおよびS3Hをオンすると共にその他をオフとする。すると、(2)〜(3)区間にかけて、ハイサイド側のMOSFETのゲートソース間を所定のインピーダンスに切り替えることができ、リカバリー後半に至ったとしてもハイサイド側のMOSFETのゲートソース間電圧Vgs1を閾値電圧Vt未満に抑制できる。   The control circuit 11 drives and controls the switches by the drive circuits 6H and 6L, so that the switches S2H and S2L are turned on in the section (2) and the others are turned off, and the switches S1L and S3H are turned on in the section (3). Turn off the others. Then, over the period (2) to (3), the gate-source between the high-side MOSFETs can be switched to a predetermined impedance, and even if the second half of recovery is reached, the gate-source voltage Vgs1 of the high-side MOSFET is It can be suppressed below the threshold voltage Vt.

特に、(3)区間の始まる前、電流I2が所定の整定電流を始めて上回る所定時間を経過する前、リカバリー後半に差しかかる前、には、ハイサイド側のMOSFET3Hのゲートソース間を所定のインピーダンスに固定している。   In particular, before the start of the section (3), before a predetermined time when the current I2 exceeds the predetermined settling current for the first time, or before the second half of the recovery, the impedance between the gate and the source of the MOSFET 3H on the high side is set. It is fixed to.

これにより、ハイサイド側のMOSFET3H,ローサイド側のMOSFET3Lのゲートソース間電圧Vgsを閾値電圧Vt未満に抑制できる。したがって、パワーMOSFETを高速駆動する場合であっても、セルフターンオンの発生を防止できる。   As a result, the gate-source voltage Vgs of the high-side MOSFET 3H and the low-side MOSFET 3L can be suppressed to less than the threshold voltage Vt. Therefore, even when the power MOSFET is driven at high speed, the occurrence of self-turn-on can be prevented.

また、リカバリー電流が流れることにより寄生インダクタンスLsに生じる誘導起電力Vgsaと、寄生容量のカップリングによって発生する電圧Vgsbとを加算し、この加算電圧がMOSFET3H,3Lの閾値電圧未満となることを満たす素子値をオフ保持回路9H,9Lのインピーダンス素子ZHの素子値として決定するため、寄生インダクタンスLs、寄生容量等に応じてオフ保持回路9H,9Lの素子値を適切に定めることができる。
(第2実施例)
図16ないし図18は、本発明の第2実施例を示すもので、前述の実施例と異なるところは、オフ保持回路のスイッチの切換タイミングを変更したところにある。前述実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。
Further, the induced electromotive force Vgsa generated in the parasitic inductance Ls due to the flow of the recovery current and the voltage Vgsb generated by the coupling of the parasitic capacitance are added to satisfy that the added voltage is less than the threshold voltage of the MOSFETs 3H and 3L. Since the element value is determined as the element value of the impedance element ZH of the off holding circuits 9H and 9L, the element values of the off holding circuits 9H and 9L can be appropriately determined according to the parasitic inductance Ls, the parasitic capacitance, and the like.
(Second embodiment)
FIGS. 16 to 18 show a second embodiment of the present invention. The difference from the above-described embodiment is that the switching timing of the switch of the off-holding circuit is changed. The same parts as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and different parts will be described below.

図16は、図3(b)の論理回路13に代わる論理回路15のハードウェア構成を示している。この論理回路15はNORゲート16、NOTゲート17および18を図示形態で組み合わせて構成され、比較回路12のPWM信号Ssd1,Ssd2を入力し制御信号Sg11,Sg12,S1,Sg21,Sg22,S2を出力する。   FIG. 16 shows a hardware configuration of a logic circuit 15 that replaces the logic circuit 13 of FIG. The logic circuit 15 is configured by combining the NOR gate 16 and the NOT gates 17 and 18 in the illustrated form, inputs the PWM signals Ssd1 and Ssd2 of the comparison circuit 12, and outputs the control signals Sg11, Sg12, S1, Sg21, Sg22 and S2. To do.

この論理回路15は、PWM信号Ssd1をオンオフ制御信号Sg11として出力し、PWM信号Ssd2をオンオフ制御信号Sg21として出力する。NORゲート16は、これらのPWM信号Ssd1およびSsd2を入力し、オンオフ制御信号Sg12,Sg22を出力する。NOTゲート17はPWM信号Ssd1を入力し、オンオフ制御信号S1を出力する。そして、NOTゲート18はPWM信号Ssd2を入力し、オンオフ制御信号S2を出力する。   The logic circuit 15 outputs the PWM signal Ssd1 as the on / off control signal Sg11, and outputs the PWM signal Ssd2 as the on / off control signal Sg21. The NOR gate 16 receives these PWM signals Ssd1 and Ssd2 and outputs on / off control signals Sg12 and Sg22. The NOT gate 17 receives the PWM signal Ssd1 and outputs an on / off control signal S1. The NOT gate 18 receives the PWM signal Ssd2 and outputs an on / off control signal S2.

論理回路15が図16に示すように形成されていると、図17に示すように各スイッチのオンオフ状態が切替えられることになる。本実施例においては、図17の(2)区間の符号Y1のスイッチS2LおよびS3Lの状態を共にオン状態としている。また、本実施例においては、図17の(4)区間の符号Y2に示すスイッチS2HおよびS3Hの状態を共にオン状態としている。これらの符号Y1、Y2のスイッチはオンでもオフでも良い。したがって、両者オンあるいは両者オフであっても良い。これらの場合、論理回路15を適宜回路変更すると良い。   When the logic circuit 15 is formed as shown in FIG. 16, the on / off state of each switch is switched as shown in FIG. In the present embodiment, the switches S2L and S3L indicated by reference numeral Y1 in the section (2) in FIG. 17 are both turned on. In the present embodiment, the switches S2H and S3H indicated by the symbol Y2 in the section (4) in FIG. 17 are both turned on. These switches denoted by Y1 and Y2 may be on or off. Therefore, both may be on or both may be off. In these cases, the logic circuit 15 may be appropriately changed.

図18は、タイミングチャートを示している。図18に示す(2)区間では、スイッチS2Hのオンオフ制御信号Sg12とスイッチS3Hのオンオフ制御信号S1とを共にオン制御信号として出力する。したがって、図18の(2)区間では、オフ保持回路9Hは所定のインピーダンスに設定されると共に、駆動電圧発生回路7Hの出力電圧はMOSFET3Hのソース側基準端子の電圧に制御されることになる。   FIG. 18 shows a timing chart. In section (2) shown in FIG. 18, both the on / off control signal Sg12 of the switch S2H and the on / off control signal S1 of the switch S3H are output as the on control signal. Therefore, in the section (2) in FIG. 18, the off hold circuit 9H is set to a predetermined impedance, and the output voltage of the drive voltage generation circuit 7H is controlled to the voltage of the source side reference terminal of the MOSFET 3H.

この場合、図18(c)〜図18(h)に示すタイミングでオンオフ制御信号を出力できる。(2)の区間では、スイッチS2HおよびS3Hをオンすることで、MOSFET3Hのゲートソース間のインピーダンスを低インピーダンスに固定できる。また、(3)の区間では、スイッチS2HをオフしスイッチS3Hをオンすることで、MOSFET3Hのゲートソース間のインピーダンスを(2)区間に比較して高インピーダンスに固定できる。これは、MOSFET3Hのゲートソース間のインピーダンスが(2)の区間では抵抗RfHとインピーダンス素子ZHの合成インピーダンスとなるのに対し、(3)の区間ではインピーダンス素子ZHのインピーダンスのみとなるためである。また、抵抗RhHの抵抗値が、インピーダンス素子ZHのインピーダンスに比較して低く設定されていると合成インピーダンスもより低くなる。   In this case, the on / off control signal can be output at the timing shown in FIGS. 18 (c) to 18 (h). In the section (2), the impedance between the gate and the source of the MOSFET 3H can be fixed to a low impedance by turning on the switches S2H and S3H. In the section (3), the switch S2H is turned off and the switch S3H is turned on, so that the impedance between the gate and the source of the MOSFET 3H can be fixed to a high impedance compared to the section (2). This is because the impedance between the gate and source of the MOSFET 3H is the combined impedance of the resistor RfH and the impedance element ZH in the section (2), but only the impedance of the impedance element ZH in the section (3). Further, when the resistance value of the resistor RhH is set lower than the impedance of the impedance element ZH, the combined impedance is also lowered.

この場合、(3)区間のリカバリー後半においてゲートソース間電圧Vgs1が上昇したとしても閾値電圧Vt以上となることがなくなり、前述実施形態と同様にMOSFET3Hのゲートソース間電圧Vgs1をMOSFET3Hの閾値電圧Vt未満に抑制できる。   In this case, even if the gate-source voltage Vgs1 increases in the second half of the recovery in the section (3), the threshold voltage Vt does not become higher than the threshold voltage Vt, and the gate-source voltage Vgs1 of the MOSFET 3H is changed to the threshold voltage Vt of the MOSFET 3H as in the above embodiment. It can be suppressed to less than.

(第3実施例)
図19ないし図21は、本発明の第3実施例を示すもので、前述の実施例と異なるところは、負荷電流を前述実施形態とは逆方向に考慮した場合に適用したところにある。前述実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。
(Third embodiment)
19 to 21 show a third embodiment of the present invention. The difference from the above-described embodiment is that the load current is applied in the opposite direction to the above-described embodiment. The same parts as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and different parts will be described below.

図19に示すように、ステータコイル4の負荷電流が図示右向きに通電されている状態を考慮する。また、ハイサイド側のMOSFET3Hのソース電流I1、MOSFET3Lのドレイン電流I2の定義を前述実施形態とは逆方向に定義する。   As shown in FIG. 19, a state is considered in which the load current of the stator coil 4 is energized in the right direction in the figure. In addition, the definitions of the source current I1 of the high-side MOSFET 3H and the drain current I2 of the MOSFET 3L are defined in the opposite direction to the above-described embodiment.

すると、図20のタイミングチャートに示すように、MOSFET3H,MOSFET3Lの各ゲートソース間電圧Vgs1,Vgs2が変化する。また、これに合わせてMOSFET3Hのソース電流I1、MOSFET3Lのドレイン電流I2が変化する。   Then, as shown in the timing chart of FIG. 20, the gate-source voltages Vgs1 and Vgs2 of the MOSFET 3H and MOSFET 3L change. In accordance with this, the source current I1 of the MOSFET 3H and the drain current I2 of the MOSFET 3L change.

このときの電圧、電流変化は、前述の第1実施例と期間ずれを生じるのみのため、その説明を省略するが、前述実施例とほぼ同様に、図20の(1)区間において、MOSFET3Lにリカバリー電流が発生し、リカバリー後半においてMOSFET3Lのゲートソース間電圧Vgs2が上昇する。しかしながら、(4)区間においてスイッチS2Lを予めオンしてその後(1)区間においてスイッチS3Lをオンしているため、MOSFET3Lのゲートソース間を所定のインピーダンスに制御することができ、当該ゲートソース間電圧Vgs2を抑制することができ、MOSFET3Lのゲートソース間電圧Vgs2をその閾値電圧Vt未満に抑制できる。   Since the voltage and current changes at this time only cause a time lag from the first embodiment, the description thereof will be omitted. However, in the same manner as the previous embodiment, in the section (1) in FIG. A recovery current is generated, and the gate-source voltage Vgs2 of the MOSFET 3L increases in the second half of the recovery. However, since the switch S2L is turned on in advance in the section (4) and then the switch S3L is turned on in the section (1), the gate-source between the MOSFETs 3L can be controlled to a predetermined impedance. Vgs2 can be suppressed, and the gate-source voltage Vgs2 of the MOSFET 3L can be suppressed below the threshold voltage Vt.

図21は、図20の(2)区間における電流変化を模式的に示している。図20の(2)区間において、ハイサイド側ではスイッチS1Hがオフした後スイッチS2Hをオンするため、図20(i)に示すように、MOSFET3Hのゲートソース間電圧Vgs1が減少する。この間、ローサイド側では、図20(l)に示すように、この電流減少分の電流が寄生ダイオード5Lの順方向に流れることで増加する。   FIG. 21 schematically shows a current change in the section (2) of FIG. In section (2) of FIG. 20, since the switch S2H is turned on after the switch S1H is turned off on the high side, the gate-source voltage Vgs1 of the MOSFET 3H decreases as shown in FIG. 20 (i). Meanwhile, on the low side, as shown in FIG. 20 (l), the current corresponding to the current decrease is increased by flowing in the forward direction of the parasitic diode 5L.

この場合、意図しない電圧上昇に応じて素子が誤動作する場合も考えられる。これは、MOSFET3Hがターンオフすることにより電流I1が減少するため、その電流勾配に応じた誘導起電力VLHが寄生インダクタンスLHに発生するためである。この誘導起電力VLHによる誤動作を抑制するためには、電流I1の電流勾配を小さくすると良く、ターンオフ速度を調整するための抵抗RfHの抵抗値を調整すれば良い。図20の(1)〜(4)区間の動作が繰り返されることで正常な動作を持続できる。 In this case, the device may malfunction due to an unintended voltage increase. This is because the current I1 decreases when the MOSFET 3H is turned off, and an induced electromotive force V LH corresponding to the current gradient is generated in the parasitic inductance LH. In order to suppress the malfunction due to the induced electromotive force V LH , the current gradient of the current I1 may be reduced, and the resistance value of the resistor RfH for adjusting the turn-off speed may be adjusted. A normal operation can be continued by repeating the operations in the sections (1) to (4) in FIG.

本実施例においては、負荷電流を前述実施例と逆向きに考慮した場合に、リカバリー電流に応じて発生するMOSFET3Lのゲートソース間電圧Vgs2を当該MOSFET3Lの閾値電圧Vt未満に抑制できる。   In the present embodiment, when the load current is considered in the opposite direction to the previous embodiment, the gate-source voltage Vgs2 of the MOSFET 3L generated according to the recovery current can be suppressed to be lower than the threshold voltage Vt of the MOSFET 3L.

(第4実施例)
図22ないし図24は、本発明の第4実施例を示すもので、前述の実施例と異なるところは、前述実施例においてスイッチS2H,S2Lをオンしている区間において、当該スイッチS2H,S2Lに代えてスイッチS3H,S3LをオンすることでMOSFET3H,3Lのゲートソース間電圧Vgs1,Vgs2をその閾値電圧Vt未満に抑制するところにある。前述実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。本実施形態では、負荷電流を第1または第2実施例と同一方向として説明を行う。
(Fourth embodiment)
22 to 24 show a fourth embodiment of the present invention. The difference from the above-described embodiment is that the switches S2H and S2L are turned on in the section in which the switches S2H and S2L are on in the above-described embodiment. Instead, the switches S3H and S3L are turned on to suppress the gate-source voltages Vgs1 and Vgs2 of the MOSFETs 3H and 3L below the threshold voltage Vt. The same parts as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and different parts will be described below. In the present embodiment, the description will be made assuming that the load current is in the same direction as the first or second example.

図22は、ハイサイド側の駆動回路の一例を示している。この駆動回路は、スイッチング速度調整回路8Hに代えて、スイッチSWHおよび抵抗Rgによるスイッチング速度調整回路を備えており、直流電源2とMOSFET3Hのゲートとの間に直列接続されている。なお、図22には図示していないが、ローサイド側においても、スイッチング速度調整回路8Lに代えてスイッチSWLおよび抵抗Rgによるスイッチング速度調整回路(図示せず)が構成されており、直流電源2とMOSFET3Lのゲートとの間に直列接続されている。   FIG. 22 shows an example of the drive circuit on the high side. This drive circuit includes a switching speed adjustment circuit using a switch SWH and a resistor Rg instead of the switching speed adjustment circuit 8H, and is connected in series between the DC power supply 2 and the gate of the MOSFET 3H. Although not shown in FIG. 22, a switching speed adjustment circuit (not shown) using a switch SWL and a resistor Rg is configured on the low side instead of the switching speed adjustment circuit 8L. It is connected in series with the gate of the MOSFET 3L.

図23は、論理回路13に代わる論理回路19のハードウェア構成を示している。この論理回路19はNOTゲート20および21を図示形態で組み合わせて構成され、比較回路12のPWM信号Ssd1,Ssd2を入力し、制御信号Sg11,S1,Sg21,S2を出力する。   FIG. 23 shows a hardware configuration of a logic circuit 19 that replaces the logic circuit 13. This logic circuit 19 is configured by combining NOT gates 20 and 21 in the illustrated form, receives PWM signals Ssd1 and Ssd2 of the comparison circuit 12, and outputs control signals Sg11, S1, Sg21 and S2.

この論理回路19は、PWM信号Ssd1をオンオフ制御信号Sg11として出力し、PWM信号Ssd2をオンオフ制御信号Sg21として出力する。そして、NOTゲート20は、PWM信号Ssd1を入力しオンオフ制御信号S1を出力する。さらに、NOTゲート21は、PWM信号Ssd2を入力しオンオフ制御信号S2を出力する。   The logic circuit 19 outputs the PWM signal Ssd1 as the on / off control signal Sg11, and outputs the PWM signal Ssd2 as the on / off control signal Sg21. The NOT gate 20 receives the PWM signal Ssd1 and outputs the on / off control signal S1. Further, the NOT gate 21 receives the PWM signal Ssd2 and outputs the on / off control signal S2.

論理回路19が図23に示すように構成されていると、図24のタイミングチャートに示すように各スイッチのオンオフ状態が切替えられる。すると図24の(3)区間においてスイッチSWLがオンする前に、図24の(2)区間においてスイッチS3Hを事前にオンすることでMOSFET3Hのゲートソース間を所定のインピーダンスに維持できる。したがって、図24の(3)区間において、ローサイド側の直流電源2からMOSFET3Hのゲートソース間に電圧が印加されMOSFET3Hがオンしたとしても、MOSFET3Lのゲートソース間電圧Vgs1の上昇が抑制されるようになり、当該MOSFET3Lのゲートソース間電圧Vgs1をその閾値電圧Vt未満に抑制できる。本実施例でも前述実施例と同様の作用効果を奏する。しかも回路を簡単化できる。   When the logic circuit 19 is configured as shown in FIG. 23, the on / off states of the switches are switched as shown in the timing chart of FIG. Then, before the switch SWL is turned on in the section (3) of FIG. 24, the gate S of the MOSFET 3H can be maintained at a predetermined impedance by turning on the switch S3H in advance in the section (2) of FIG. Therefore, in the section (3) of FIG. 24, even if a voltage is applied between the low-side DC power supply 2 between the gate and source of the MOSFET 3H and the MOSFET 3H is turned on, an increase in the gate-source voltage Vgs1 of the MOSFET 3L is suppressed. Thus, the gate-source voltage Vgs1 of the MOSFET 3L can be suppressed to be lower than the threshold voltage Vt. This embodiment also has the same operational effects as the previous embodiment. Moreover, the circuit can be simplified.

(第5実施例)
図25は、本発明の第5実施例を示すもので、前述の実施例と異なるところは、前述実施例のスイッチS2H,S2Lをオンしている区間において、当該スイッチS2H,S2Lに代えてスイッチS3H,S3Lをオンしている。本実施例では、負荷電流を第3実施例と同一方向としているが、MOSFET3Lのゲートソース間電圧Vgs2をその閾値電圧Vt未満に抑制することでセルフターンオン現象を防止できる。
(5th Example)
FIG. 25 shows a fifth embodiment of the present invention. The difference from the above-described embodiment is that the switches S2H and S2L in the section where the switches S2H and S2L of the above-described embodiment are turned on are replaced with the switches S3H and S3L are on. In this embodiment, the load current is in the same direction as that of the third embodiment, but the self-turn-on phenomenon can be prevented by suppressing the gate-source voltage Vgs2 of the MOSFET 3L to less than the threshold voltage Vt.

(第6実施例)
図26(a),図26(b)は、本発明の第6実施例を示している。図1のスイッチング速度調整回路8H,8Lに代えて、図26(a)または図26(b)に示すスイッチング速度調整回路を適用しても良い。
(Sixth embodiment)
26 (a) and 26 (b) show a sixth embodiment of the present invention. Instead of the switching speed adjustment circuits 8H and 8L in FIG. 1, a switching speed adjustment circuit shown in FIG. 26A or 26B may be applied.

図26(a)に示す回路構成の場合、ターンオン時には抵抗RnHを通じてMOSFET3Hのゲートに電荷を注入し、ターンオフ時には抵抗RfHおよびRnHを通じてゲートの電荷を放出できる。したがって、ターンオフ時に比較してターンオン時のスイッチング速度を高くするときには好適な回路形態となる。   In the case of the circuit configuration shown in FIG. 26A, charges can be injected into the gate of the MOSFET 3H through the resistor RnH when turned on, and the gate charge can be discharged through the resistors RfH and RnH when turned off. Therefore, the circuit configuration is suitable when the switching speed at turn-on is higher than that at turn-off.

また、図26(b)に示す回路構成の場合、ターンオン時には抵抗RnHおよびRfHを通じてMOSFET3Hのゲートに電荷を注入し、ターンオフ時には抵抗RfHを通じてゲートの電荷を放出できる。したがって、ターンオン時に比較してターンオフ時のスイッチング速度を高くするときに好適な回路形態となる。   In the circuit configuration shown in FIG. 26B, charges can be injected into the gate of the MOSFET 3H through the resistors RnH and RfH when turned on, and the gate charge can be discharged through the resistor RfH when turned off. Therefore, the circuit configuration is suitable when the switching speed at turn-off is higher than at turn-on.

(第7実施例)
図27〜図39は、本発明の第7実施例を示している。前述実施形態と異なるところは回路の素子値の決定方法を変更しているところにある。図8に示す主な算出方法の流れに変更はないものの、この処理中のステップS3の電圧Vgsaおよび電圧Vgsbの算出方法を変更しているところが相違点である。前述実施形態と同一または類似部分については同一または類似符号を付して説明を省略する。
(Seventh embodiment)
27 to 39 show a seventh embodiment of the present invention. The difference from the previous embodiment is that the method for determining the element value of the circuit is changed. Although there is no change in the flow of the main calculation method shown in FIG. 8, the difference is that the calculation method of the voltage Vgsa and the voltage Vgsb in step S3 during this process is changed. Parts that are the same as or similar to those in the previous embodiment are given the same or similar reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

図27は、前述実施形態で説明した図9相当を示しており、図9の所定時間(整定時間)tfに代えて図27では時間tsrを適用している。この時間tsrは、リカバリー後半に差し掛かるタイミングからパワーMOSFETの反転層形成によるチャネル電流注入(増大)開始タイミングまでの時間を示している。   FIG. 27 shows the equivalent of FIG. 9 described in the above embodiment, and the time tsr is applied in FIG. 27 instead of the predetermined time (settling time) tf of FIG. This time tsr indicates the time from the timing approaching the second half of the recovery to the channel current injection (increase) start timing due to the inversion layer formation of the power MOSFET.

前述実施形態で説明したように、図8のステップS1でこのパラメータ値を収集する。その後、ステップS2において定インピーダンス保持回路のインピーダンスを仮設定した後、ステップS3においてリカバリー電流に応じて寄生インダクタンスに発生する電圧Vgsaを計算する。   As described in the above embodiment, the parameter values are collected in step S1 of FIG. After that, after temporarily setting the impedance of the constant impedance holding circuit in step S2, the voltage Vgsa generated in the parasitic inductance in accordance with the recovery current is calculated in step S3.

RLC直列回路のステップ応答式による2次系伝達関数を適用した場合、Vgsaは、ζ=1(式(6))、ζ>1(式(7))、0<ζ<1(式(8))のように求められる。   When the second-order transfer function based on the step response equation of the RLC series circuit is applied, Vgsa is ζ = 1 (Equation (6)), ζ> 1 (Equation (7)), 0 <ζ <1 (Equation (8) )).

図28に示すように、ζの値に応じて場合分けし、時間tsrの値を式(6)〜式(8)に代入する。前述実施形態に説明したように、(8)式の電圧Vgsaは時間経過に応じて振動する電圧となる。電圧Vgsaが最大値となる時間tmは、π/ωn(√(1−ζ))で表されるが、この時間tmが前述の時間tsr以内であれば(ステップU5:NO)、(8)式にtm=π/ωn(√(1−ζ))を代入して電圧Vgsaを求める。すると、図8のステップS1で収集したパラメータ値に応じてステップS3で最大電圧Vgsaを求めることができる。 As shown in FIG. 28, cases are classified according to the value of ζ, and the value of the time tsr is substituted into the equations (6) to (8). As described in the above embodiment, the voltage Vgsa in the equation (8) is a voltage that oscillates with time. The time tm at which the voltage Vgsa becomes the maximum value is represented by π / ωn (√ (1-ζ 2 )). If this time tm is within the above-described time tsr (step U5: NO), (8 ) Is substituted for tm = π / ωn (√ (1-ζ 2 )) to obtain the voltage Vgsa. Then, the maximum voltage Vgsa can be obtained in step S3 according to the parameter values collected in step S1 of FIG.

次に、図8のステップS4において寄生容量のカップリングによって発生する電圧Vgsbを算出する。図14に示す等価回路を適用し、MOSFET3Hのゲートドレイン間寄生容量をCgd、ゲートソース間寄生容量をCgsとし、この分圧電圧のステップ応答を求めると、電圧Vgsは下記の(10)式のように求められる。   Next, in step S4 of FIG. 8, the voltage Vgsb generated by coupling of the parasitic capacitance is calculated. When the equivalent circuit shown in FIG. 14 is applied and the parasitic capacitance between the gate and drain of the MOSFET 3H is Cgd and the parasitic capacitance between the gate and source is Cgs, and the step response of this divided voltage is obtained, the voltage Vgs is expressed by the following equation (10). Asking.

Figure 0005482815
この(10)式の電圧Vgsbは時間tの経過に応じて減少する時間依存関数であるが、tが0となるタイミングで最大となる。このため、この最大値を電圧Vgsbとして求めると、このときの電圧Vgsbは前述実施形態で説明した(9)式の値と同一値となる。そして、図8のステップS5において、図28のフローチャートを用いて得られた電圧Vgsaと前述の最大電圧Vgsbの影響を重ね合わせた加算電圧Vgsとして求めると良い。
Figure 0005482815
The voltage Vgsb in the equation (10) is a time-dependent function that decreases with the lapse of time t, and becomes the maximum when t becomes 0. For this reason, when the maximum value is obtained as the voltage Vgsb, the voltage Vgsb at this time is the same value as the value of the equation (9) described in the above embodiment. Then, in step S5 of FIG. 8, the added voltage Vgs obtained by superimposing the influence of the voltage Vgsa obtained using the flowchart of FIG. 28 and the aforementioned maximum voltage Vgsb may be obtained.

他方、時間tに依存した電圧Vgsbを正確に求めるためには、(10)式にリカバリー後半の時間tsrを代入することで、下記(11)式のように電圧Vgsbを求めることができる。   On the other hand, in order to accurately obtain the voltage Vgsb depending on the time t, the voltage Vgsb can be obtained as in the following equation (11) by substituting the time tsr in the latter half of the recovery into the equation (10).

Figure 0005482815
そして、図8のステップS5において、この時間tに依存した電圧Vgsbと、図28に示すフローチャートの流れに応じて算出した電圧Vgsaとを重ね合わせた加算電圧Vgsを求める。
Figure 0005482815
Then, in step S5 of FIG. 8, an added voltage Vgs obtained by superimposing the voltage Vgsb depending on the time t and the voltage Vgsa calculated according to the flow of the flowchart shown in FIG.

そして、本実施形態では、図8のステップS5の判定処理に代えて、加算電圧Vgsが、ほぼ閾値電圧Vtに等しくなる電圧領域VR1(Vtd≦Vt≦Vm)、電圧Vtd未満の電圧領域VR2(Vgs<Vtd)に入っているか判定する。これらの電圧領域VR1、VR2の定義を図29に示している。電圧領域VR2は、パワーMOSFETのドレイン電流Id≒0とほぼ見做すことができるゲートソース間電圧Vgsの電圧領域である。なお、この図29は、一般的なMOSFETの飽和領域におけるドレイン電流Id−ゲートソース間電圧Vgsの静特性を示すもので、本実施形態の回路構成ではこのドレイン電流特性とは異なる電流が流れることもある。   In this embodiment, instead of the determination process in step S5 of FIG. 8, the voltage region VR1 (Vtd ≦ Vt ≦ Vm) where the added voltage Vgs is substantially equal to the threshold voltage Vt, and the voltage region VR2 (less than the voltage Vtd) It is determined whether or not Vgs <Vtd). The definitions of these voltage regions VR1 and VR2 are shown in FIG. The voltage region VR2 is a voltage region of the gate-source voltage Vgs that can be almost regarded as the drain current Id≈0 of the power MOSFET. FIG. 29 shows the static characteristics of the drain current Id-gate-source voltage Vgs in the saturation region of a general MOSFET. In the circuit configuration of this embodiment, a current different from the drain current characteristics flows. There is also.

ゲートソース間電圧Vgsが電圧領域VR2内の電圧のときには、パワーMOSFETのドレインソース間にPN接合逆バイアスが生じるためドレイン電流が流れにくい。図29に示す特性によれば閾値電圧Vt以下のサブスレッショルド領域においてドレイン電流Idはゲートソース間電圧Vgsに対し指数関数的に変化する。   When the gate-source voltage Vgs is in the voltage region VR2, a drain current hardly flows because a PN junction reverse bias is generated between the drain and source of the power MOSFET. According to the characteristics shown in FIG. 29, the drain current Id changes exponentially with respect to the gate-source voltage Vgs in the subthreshold region below the threshold voltage Vt.

本実施形態においては、加算電圧Vgsが閾値電圧Vtに所定マージン電圧を加算した電圧値Vmを上限とした電圧領域(VR2+VR1)内に入っているか否かを判定し、この判定条件を満たした素子値を決定する。   In the present embodiment, it is determined whether or not the added voltage Vgs is within a voltage region (VR2 + VR1) having an upper limit of a voltage value Vm obtained by adding a predetermined margin voltage to the threshold voltage Vt, and an element that satisfies this determination condition Determine the value.

ここで、閾値電圧Vtにマージン電圧を加算した電圧値Vmは、デバイス特性、動作条件(例えば負荷電流など)に応じて変化するため適宜調整すると良い。また、閾値電圧Vtの値は、素子メーカの技術水準によって各社大きく変化することがある。このため、この技術水準のバラつきの影響を考慮し、当該バラつきの上限の閾値を閾値電圧Vtとして適用し、さらにマージン電圧を加算した電圧値Vmを上限値としても良い。   Here, the voltage value Vm obtained by adding the margin voltage to the threshold voltage Vt varies depending on device characteristics and operating conditions (for example, load current), and therefore may be adjusted as appropriate. Further, the value of the threshold voltage Vt may vary greatly depending on the technical level of the element manufacturer. For this reason, in consideration of the influence of the variation in the technical level, the threshold value of the upper limit of the variation may be applied as the threshold voltage Vt, and the voltage value Vm obtained by adding the margin voltage may be used as the upper limit value.

加算電圧Vgsが電圧領域VR1内に入っている条件を満たした素子値を決定した場合、図30に示すように時間依存波形が得られる。ここで注目すべき波形は図30(i)、図30(k)、図30(l)に示す波形である。パワーMOSFET3Hのゲートソース間電圧Vgs1はほぼ閾値電圧Vtに等しい電圧(前記の定義では電圧領域VR1内)を上限値としている(図30(i)の符号Yの部分参照)。   When the element value satisfying the condition that the added voltage Vgs is within the voltage region VR1 is determined, a time-dependent waveform is obtained as shown in FIG. The waveforms to be noted here are those shown in FIGS. 30 (i), 30 (k), and 30 (l). The gate-source voltage Vgs1 of the power MOSFET 3H has an upper limit value that is substantially equal to the threshold voltage Vt (in the above-described definition, in the voltage region VR1) (see the portion indicated by symbol Y in FIG. 30 (i)).

MOSFET3Hのゲートソース間電圧Vgs1が閾値電圧Vtにほぼ等しくなり電圧領域VR1内の電圧まで達すると、MOSFET3Hに流れるチャネル電流が増大することになり、MOSFET3H、MOSFET3Lのリカバリー後半における過渡電流変化が小さくなる(図30(k)、図30(l)の符号Zの破線→実線部分参照)。   When the gate-source voltage Vgs1 of the MOSFET 3H is substantially equal to the threshold voltage Vt and reaches the voltage in the voltage region VR1, the channel current flowing through the MOSFET 3H increases, and the transient current change in the second half of recovery of the MOSFET 3H and MOSFET 3L becomes small. (Refer to the broken line → solid line part in FIG. 30 (k) and FIG. 30 (l)).

発明者らは下記のようにシミュレーション、実験を行うことで前述の内容を検証した。図31は、加算電圧Vgsが電圧領域VR2内に入る条件を満たした素子値を適用した場合の電流変化を示し、図32は、加算電圧Vgsが電圧領域VR1内に入る条件を満たした素子値を適用した場合の電流変化を示す。また、図33は従来例(特許文献1)の回路構成を適用した場合の電流変化を示す。   The inventors verified the above-mentioned contents by performing simulations and experiments as follows. FIG. 31 shows a current change when an element value that satisfies the condition that the added voltage Vgs falls within the voltage region VR2 is applied. FIG. 32 shows an element value that satisfies the condition that the added voltage Vgs falls within the voltage region VR1. The current change when applying is shown. FIG. 33 shows a change in current when the circuit configuration of the conventional example (Patent Document 1) is applied.

比較例として特許文献1の回路構成を適用したときには、図33に示すように所謂セルフターンオン現象が生じ、この結果リカバリー後半時のドレイン電流勾配di/dtも大きくなりドレイン電流のリンギングも大きい。しかしながら、加算電圧Vgsが電圧領域VR2内に入る条件を満たした素子値を適用するとセルフターンオン現象が抑制されるため、図31に示すようにドレイン電流波形のリンギングを小さくできる。   When the circuit configuration of Patent Document 1 is applied as a comparative example, a so-called self-turn-on phenomenon occurs as shown in FIG. 33. As a result, the drain current gradient di / dt in the latter half of the recovery increases and the drain current ringing is large. However, if an element value satisfying the condition that the added voltage Vgs falls within the voltage region VR2 is applied, the self-turn-on phenomenon is suppressed, and therefore the ringing of the drain current waveform can be reduced as shown in FIG.

また、加算電圧Vgsが電圧領域VR1内に入る条件を満たした素子値を適用したとしてもセルフターンオン現象が抑制されるため、図32に示すように図33の電流波形に比較してリンギングを小さくできることがわかる。また、図31の電流波形に比較すると、リカバリー後半における電流変化勾配(dId/dt)をなだらかに(絶対値を小さく)できることがわかる。   Further, even if an element value that satisfies the condition that the added voltage Vgs falls within the voltage region VR1 is applied, the self-turn-on phenomenon is suppressed. Therefore, as shown in FIG. 32, the ringing is reduced as compared with the current waveform of FIG. I understand that I can do it. Further, it can be seen that the current change gradient (dId / dt) in the latter half of the recovery can be made gentle (the absolute value is small) when compared with the current waveform of FIG.

また、発明者らは、MOSFET3Hのドレインソース間電圧Vdsのサージ電圧特性を確認するため、図34に示すように誘導性負荷(前述のステータコイル4に相当)を直流電源2の供給ノードに接続した回路を用いて評価実験を実施している。試験条件は、直流電源2の電源電圧:200V、負荷電流:10A、図34の符号4に対応する誘導性負荷:300μH、オフ保持回路9Lのインピーダンス素子ZLを抵抗Rdとし、当該抵抗Rdの値を0Ω,20Ω,50Ω,100Ωで変化させた条件を用いている。   Further, the inventors connect an inductive load (corresponding to the stator coil 4 described above) to the supply node of the DC power source 2 as shown in FIG. 34 in order to confirm the surge voltage characteristics of the drain-source voltage Vds of the MOSFET 3H. An evaluation experiment is carried out using the above circuit. The test conditions were: power supply voltage of the DC power supply 2: 200 V, load current: 10 A, inductive load corresponding to reference numeral 4 in FIG. 34: 300 μH, impedance element ZL of the off-holding circuit 9 L as the resistance Rd, Is changed to 0Ω, 20Ω, 50Ω, and 100Ω.

これらの条件を適用し、パワーMOSFET3Hのゲートソース間に接続されたインピーダンス素子ZL(抵抗Rd)を変更したとき、パワーMOSFET3Hのドレインソース間電圧Vdsを観察した。このときの過渡応答波形を、図35(Rd=0Ω)、図36(Rd=20Ω)、図37(Rd=50Ω)、図38(Rd=100Ω)にそれぞれ示している。また、スイッチング損失W、サージ電圧Vを測定してまとめた結果を図39に相対レベルで示している。   When these conditions were applied and the impedance element ZL (resistor Rd) connected between the gate and source of the power MOSFET 3H was changed, the drain-source voltage Vds of the power MOSFET 3H was observed. The transient response waveforms at this time are shown in FIG. 35 (Rd = 0Ω), FIG. 36 (Rd = 20Ω), FIG. 37 (Rd = 50Ω), and FIG. 38 (Rd = 100Ω). Moreover, the result of having measured and put together the switching loss W and the surge voltage V is shown by the relative level in FIG.

図39にサージ電圧の測定結果を示すように、抵抗Rdを大きくすればドレインソース間電圧Vdsの最大値が低くなるため、サージ電圧[V]は低くなる傾向にあるが、スイッチング損失W[μJ]は、インピーダンス素子ZLの抵抗値Rd=20[Ω]またはその周辺の値を採用した場合に最も低くなることがわかる。   As shown in the measurement result of the surge voltage in FIG. 39, if the resistance Rd is increased, the maximum value of the drain-source voltage Vds is decreased, so that the surge voltage [V] tends to decrease, but the switching loss W [μJ ] Becomes the lowest when the resistance value Rd = 20 [Ω] of the impedance element ZL or a value around it is adopted.

これは、抵抗値Rdを低くするとスイッチング損失Wが低くなる傾向を示しているが、あまり低くし過ぎるとリンギングが大きくなるため損失が逆に増してしまうことを示している。このため、素子値はこれらの状況を勘案し、必要なサージ電圧特性、スイッチング損失を満たすようにトレードオフで決定すると良い。   This shows that when the resistance value Rd is lowered, the switching loss W tends to be lowered. However, when the resistance value Rd is too low, the ringing is increased and the loss is increased. For this reason, the element value may be determined by trade-off so as to satisfy the necessary surge voltage characteristics and switching loss in consideration of these situations.

この評価結果は抵抗値依存性の一例を示すものであり、例えば前述した電圧Vgsbの値が容量値Cds,Cgsで変化することを考慮に入れれば、パワーMOSFET3H,3Lの各サイズ(ゲート幅、ゲート長)によってトレードオフで決定すべき抵抗値Rdの値は様々変化することに留意する。   This evaluation result shows an example of resistance value dependency. For example, when taking into account that the value of the voltage Vgsb changes with the capacitance values Cds and Cgs, each size of the power MOSFETs 3H and 3L (gate width, Note that the resistance value Rd to be determined in a trade-off varies depending on the gate length.

本実施例によれば、加算電圧Vgsが閾値電圧Vt未満となる電圧領域VR2内の電圧となることを満たす素子値を適用している。このため、従来技術に比較してリンギングを小さくできる。また、スイッチング損失Wを低減できる。   According to the present embodiment, an element value that satisfies that the added voltage Vgs becomes a voltage in the voltage region VR2 that is less than the threshold voltage Vt is applied. For this reason, ringing can be reduced as compared with the prior art. Further, the switching loss W can be reduced.

また、加算電圧Vgsが閾値電圧Vtにほぼ等しくなる電圧領域VR1内の電圧となることを満たす素子値を適用すると、リンギングを小さくできる。また、サージ電圧を低減できる。
(他の実施例)
本発明は、前述した実施例に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形または拡張が可能である。
In addition, ringing can be reduced by applying an element value that satisfies that the added voltage Vgs becomes a voltage in the voltage region VR1 that is substantially equal to the threshold voltage Vt. In addition, the surge voltage can be reduced.
(Other examples)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and for example, the following modifications or expansions are possible.

また、第1実施例などに示したように、スイッチング速度調整回路8Hのターンオン時の通電抵抗RnHとターンオフ時の通電抵抗RfH、スイッチング速度調整回路8Lのターンオン時の通電抵抗RnLとターンオフ時の通電抵抗RfLとをそれぞれ別体に設けると、ターンオン速度、ターンオフ速度をそれぞれ調整できる。   Further, as shown in the first embodiment, the energization resistance RnH when the switching speed adjustment circuit 8H is turned on and the energization resistance RfH when the switching speed adjustment circuit 8L is turned on, and the energization resistance RnL when the switching speed adjustment circuit 8L is turned on and the energization when turn-off is performed. When the resistor RfL is provided separately, the turn-on speed and the turn-off speed can be adjusted.

ターンオンのリカバリー後半時の電流変化がターンオフ時の電流変化に比較してかなり大きい場合には、抵抗RnHとRfHの抵抗値、抵抗RnLとRfLの抵抗値は互いに異なる値が要求される場合がある。この場合、これらの抵抗RnH,RnL,RfH,RfLの各抵抗値を個別に調整することで、要求されるターンオン時間、ターンオフ時間にそれぞれ調整し易くなる。したがって、要求されるスイッチング時間でスイッチングを完了し易くなると共にスイッチング損失を抑制できる。   When the current change in the second half of the turn-on recovery is considerably larger than the current change at the turn-off, the resistance values of the resistors RnH and RfH and the resistance values of the resistors RnL and RfL may be required to be different from each other. . In this case, by individually adjusting the resistance values of these resistors RnH, RnL, RfH, and RfL, it becomes easy to adjust the required turn-on time and turn-off time, respectively. Therefore, it becomes easy to complete switching in the required switching time, and switching loss can be suppressed.

ハイサイド側のパワーMOSFET3Hの駆動回路6Hのみ前述実施形態に示した回路構成を適用し、ローサイド側のパワーMOSFET3Lの駆動回路6Lについては従来回路を適用した形態を用いても良い。この場合、駆動回路6Lに代えて従来回路として例えばオンスイッチを通じてパワーMOSFET6Lを通電オンするための構成を用いれば良い。このような回路構成を適用しても前述実施形態と同様の作用効果が得られる。   The circuit configuration shown in the above embodiment may be applied only to the drive circuit 6H for the high-side power MOSFET 3H, and the conventional circuit may be applied to the drive circuit 6L for the low-side power MOSFET 3L. In this case, a configuration for energizing the power MOSFET 6L through, for example, an on switch may be used as a conventional circuit instead of the drive circuit 6L. Even if such a circuit configuration is applied, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained.

逆に、ローサイド側のパワーMOSFET3Lの駆動回路6Lのみ前述実施形態に示した回路構成を適用し、ハイサイド側のパワーMOSFET3Hの駆動回路6Hについては従来回路を適用した形態を用いても良い。この場合、駆動回路6Hに代えて従来回路として例えばオンスイッチを通じてパワーMOSFET6Hを通電オンするための構成を用いれば良い。このような回路構成を適用しても前述実施形態と同様の作用効果が得られる。   Conversely, the circuit configuration shown in the above embodiment may be applied only to the drive circuit 6L for the low-side power MOSFET 3L, and the conventional circuit may be applied to the drive circuit 6H for the high-side power MOSFET 3H. In this case, a configuration for energizing the power MOSFET 6H through, for example, an on switch may be used as a conventional circuit instead of the drive circuit 6H. Even if such a circuit configuration is applied, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained.

図面中、1はハーフブリッジ回路、2は直流電源、3Hはハイサイド側のNチャネル型のSJ−MOSFET(パワーMOSFET)、3Lはローサイド側のNチャネル型のSJ−MOSFET(パワーMOSFET)、4はステータコイル、5H,5Lはフリーホイールダイオード、6H,6Lは駆動回路(パワーMOSFETの駆動回路)、7H,7Lは駆動電圧発生回路(7Hは第1通電スイッチ回路,7Lは第2通電スイッチ回路)、8H,8Lはスイッチング速度調整回路(8Hは第1電荷注入放出回路,8Lは第2電荷注入放出回路)、9H,9Lはオフ保持回路(9Hは第1インピーダンス切替部,9Lは第2インピーダンス切替部)、10H,10Lは直流電源、11は制御回路、12は比較回路、13は論理回路、14はNORゲート、15は論理回路、16はNORゲート、17、18はNOTゲート、19は論理回路、20はNOTゲート、21はNOTゲートを示す。   In the drawing, 1 is a half-bridge circuit, 2 is a DC power supply, 3H is a high-side N-channel SJ-MOSFET (power MOSFET), and 3L is a low-side N-channel SJ-MOSFET (power MOSFET). Is a stator coil, 5H and 5L are freewheel diodes, 6H and 6L are drive circuits (power MOSFET drive circuits), 7H and 7L are drive voltage generation circuits (7H is a first energization switch circuit, and 7L is a second energization switch circuit). 8H and 8L are switching speed adjusting circuits (8H is a first charge injection / discharge circuit, 8L is a second charge injection / release circuit), 9H and 9L are off-hold circuits (9H is a first impedance switching unit, and 9L is a second circuit). Impedance switching unit), 10H and 10L are DC power supplies, 11 is a control circuit, 12 is a comparison circuit, 13 is a logic circuit, and 14 is OR gate 15 is a logic circuit, 16 is a NOR gate, 17 and 18 a NOT gate, the logic circuit 19, 20 is a NOT gate, 21 denotes a NOT gate.

Claims (10)

第1電源線および第2電源線間に電圧駆動型の第1パワーMOSFETおよび第2パワーMOSFETをハーフブリッジ接続すると共に当該第1および第2パワーMOSFET間に誘導性負荷を接続してなる駆動対象を駆動する駆動回路において、
前記第1パワーMOSFETの低電位側基準端子の電位を基準電位として電源電圧を通電オンおよび開放可能な第1通電スイッチ回路であって、電源電圧の供給端子と前記低電位側基準端子との間に第1オンスイッチおよび第1オフスイッチを直列接続して構成された第1通電スイッチ回路と、
前記第1通電スイッチ回路と前記第1パワーMOSFETの制御端子との間に接続され当該制御端子に電荷を注入/放出する速度を調整する第1電荷注入放出回路と、
前記第1パワーMOSFETの制御端子と低電位側基準端子との間に接続され、これらの制御端子と低電位側基準端子との間のインピーダンスについて、前記第1電荷注入放出回路のインピーダンスより高い所定の第1インピーダンス状態(但し第1インピーダンス 状態は抵抗性及び誘導性の少なくとも一方を含む)と当該第1インピーダンス状態よりインピーダンスを高くした開放状態とに切替える第1インピーダンス切替部と、
前記第2パワーMOSFETの低電位側基準端子の電位を基準電位とした電源電圧を通電オンおよび開放可能な第2通電スイッチ回路であって、電源電圧の供給端子と前記低電位側基準端子との間に第2オンスイッチおよび第2オフスイッチを直列接続して構成された第2通電スイッチ回路と、
前記第2通電スイッチ回路と前記第2パワーMOSFETの制御端子との間に接続され当該制御端子に電荷を注入/放出する速度を調整する第2電荷注入放出回路と、
前記第2パワーMOSFETの制御端子と低電位側基準端子との間に接続され、これらの制御端子と低電位側基準端子との間のインピーダンスについて、前記第2電荷注入放出回路のインピーダンスより高い所定の第2インピーダンス状態(但し第2インピーダンス 状態は抵抗性及び誘導性の少なくとも一方を含む)とこの第2インピーダンス状態よりもインピーダンスの高い開放状態とに切り替える第2インピーダンス切替部と、
前記第1および第2通電スイッチ回路のスイッチ状態、並びに、前記第1および第2インピーダンス切替部の切替状態を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
(A)第kオンスイッチをオン、第kオフスイッチをオフ
(B)第kオンスイッチをオンからオフした後、第kオフスイッチをオン
(C)第kオフスイッチをオンからオフすると同時に第kインピーダンス切替部を第kインピーダンス状態、第mオンスイッチをオン
(但しkは1又は2の何れか、mはその他方)に示す(A)〜(C)を含む切替制御を行うことを特徴とするパワーMOSFETの駆動回路。
A drive target in which a voltage-driven first power MOSFET and a second power MOSFET are half-bridge connected between the first power supply line and the second power supply line, and an inductive load is connected between the first power MOSFET and the second power MOSFET. In the drive circuit that drives
A first energization switch circuit capable of energizing and deenergizing a power supply voltage using a potential of a low potential side reference terminal of the first power MOSFET as a reference potential, between a power supply voltage supply terminal and the low potential side reference terminal A first energization switch circuit configured by connecting a first on switch and a first off switch in series to each other;
A first charge injection / discharge circuit connected between the first energization switch circuit and the control terminal of the first power MOSFET for adjusting a rate at which charges are injected / discharged to the control terminal;
It is connected between the control terminal of the first power MOSFET and the low potential side reference terminal, and the impedance between the control terminal and the low potential side reference terminal is higher than the impedance of the first charge injection / discharge circuit. A first impedance switching unit that switches between a first impedance state (where the first impedance state includes at least one of resistive and inductive) and an open state in which the impedance is higher than the first impedance state;
A second energization switch circuit capable of energizing on and releasing a power supply voltage with a potential of a low potential side reference terminal of the second power MOSFET as a reference potential, and comprising a power supply voltage supply terminal and the low potential side reference terminal A second energizing switch circuit configured by connecting a second on switch and a second off switch in series between the second on switch and the second on switch;
A second charge injection / release circuit connected between the second energization switch circuit and a control terminal of the second power MOSFET for adjusting a rate at which charges are injected / discharged to the control terminal;
The second power MOSFET is connected between the control terminal of the second power MOSFET and the low potential side reference terminal, and the impedance between the control terminal and the low potential side reference terminal is higher than the impedance of the second charge injection / discharge circuit. A second impedance switching unit that switches between a second impedance state (wherein the second impedance state includes at least one of resistive and inductive) and an open state having a higher impedance than the second impedance state;
Control means for controlling the switch states of the first and second energization switch circuits and the switching states of the first and second impedance switching units;
The control means includes
(A) Turn on the kth on switch and turn off the kth off switch. (B) Turn off the kth on switch from on and then turn on the kth off switch. (C) Turn on the kth off switch from on and off at the same time. Switching control including (A) to (C) shown in the k impedance switching unit in the kth impedance state and the mth on switch on (where k is 1 or 2 and m is the other) is performed. A power MOSFET drive circuit.
前記制御手段が、第kオンスイッチ、第kオフスイッチ、第mオンスイッチおよび第mオフスイッチを切替制御するとき、
前記(B)の区間において、前記第kオンスイッチをオンからオフした後前記第kオフスイッチをオン、前記第kインピーダンス切替部を開放状態に保持し前記第mオフスイッチをオフからオンにし、
前記(C)の区間において、前記第kオフスイッチをオンからオフすると同時に前記第kインピーダンス切替部を開放状態から所定の第kインピーダンス状態に切替制御することを特徴とする請求項1記載のパワーMOSFETの駆動回路。
When the control means switches and controls the k-th on switch, the k-th off switch, the m-th on switch, and the m-th off switch,
In the section (B), after the k-th on switch is turned off, the k-th off switch is turned on, the k-th impedance switching unit is kept open, and the m-th off switch is turned on.
2. The power according to claim 1, wherein in the section (C), the k-th impedance switching unit is switched from an open state to a predetermined k-th impedance state at the same time when the k-th off switch is turned off. MOSFET drive circuit.
前記制御手段が、前記第kオンスイッチ、前記第kオフスイッチ、前記第mオンスイッチおよび前記第mオフスイッチを切替制御するとき、
前記(B)の区間において、前記第kオンスイッチをオンからオフした後、前記第kオフスイッチをオンすると共に前記第kインピーダンス切替部を開放状態から所定の第kインピーダンス状態に切替制御し、
前記(C)の区間において、前記第kオフスイッチをオンからオフに切替制御することを特徴とする請求項1記載のパワーMOSFETの駆動回路。
When the control means switches and controls the k-th on switch, the k-th off switch, the m-th on switch, and the m-th off switch,
In the section (B), after the k-th on switch is turned off from on, the k-th off switch is turned on and the k-th impedance switching unit is switched from an open state to a predetermined k-th impedance state,
2. The power MOSFET drive circuit according to claim 1, wherein the k-th off switch is controlled to be switched from on to off in the section (C). 3.
前記制御手段は、
前記第mオンスイッチをオンして前記第m電荷注入放出回路を通じて前記第mパワーMOSFETの制御端子に電荷を注入し当該第mパワーMOSFET電流が予め定められた整定電流を始めて上回る所定時間を経過する前に、前記第kオフスイッチをオフすると同時に前記第kインピーダンス切替部のインピーダンスを所定の第kインピーダンス状態に切替制御することを特徴とする請求項1ないし3の何れかに記載のパワーMOSFETの駆動回路。
The control means includes
When the m-th ON switch is turned on and charges are injected into the control terminal of the m-th power MOSFET through the m-th charge injection / discharge circuit, a predetermined time elapses when the m-th power MOSFET current exceeds a predetermined settling current for the first time. 4. The power MOSFET according to claim 1, wherein the impedance of the k-th impedance switching unit is controlled to be switched to a predetermined k-th impedance state simultaneously with turning off the k-th off switch. Drive circuit.
請求項1ないし4の何れかに記載のパワーMOSFETの駆動回路について、第kインピーダンス切替部(kは、1または2)の素子値を決定する方法であって、
前記第kパワーMOSFETの寄生ダイオードに生じるリカバリー電流に応じて当該第kパワーMOSFETのソースの寄生インダクタンスに生じる逆起電圧と、前記第kパワーMOSFETの寄生容量のカップリングによって発生する発生電圧とを加算し、この加算電圧が前記第kパワーMOSFETの閾値電圧未満となることを満たす素子値を前記第kインピーダンス切替部の素子値として決定することを特徴とするパワーMOSFETの駆動回路の素子値決定方法。
The power MOSFET drive circuit according to any one of claims 1 to 4, wherein the device value of the kth impedance switching unit (k is 1 or 2) is determined.
A counter electromotive voltage generated in the parasitic inductance of the source of the kth power MOSFET according to a recovery current generated in the parasitic diode of the kth power MOSFET, and a generated voltage generated by coupling of the parasitic capacitance of the kth power MOSFET. And determining an element value satisfying that the added voltage is less than a threshold voltage of the k-th power MOSFET as an element value of the k-th impedance switching unit. Method.
請求項1ないし4の何れかに記載のパワーMOSFETの駆動回路について、第kインピーダンス切替部(kは、1または2)の素子値を決定する方法であって、
前記第kパワーMOSFETの寄生ダイオードに生じるリカバリー電流に応じて当該第kパワーMOSFETのソースの寄生インダクタンスに生じる逆起電圧と、前記第kパワーMOSFETの寄生容量のカップリングによって発生する発生電圧とを加算し、この加算電圧が前記第kパワーMOSFETの閾値電圧とほぼ等しくなることを満たす素子値を前記第kインピーダンス切替部の素子値として決定することを特徴とするパワーMOSFETの駆動回路の素子値決定方法。
The power MOSFET drive circuit according to any one of claims 1 to 4, wherein the device value of the kth impedance switching unit (k is 1 or 2) is determined.
A counter electromotive voltage generated in the parasitic inductance of the source of the kth power MOSFET according to a recovery current generated in the parasitic diode of the kth power MOSFET, and a generated voltage generated by coupling of the parasitic capacitance of the kth power MOSFET. The element value of the power MOSFET drive circuit is determined by adding and determining an element value satisfying that the added voltage is substantially equal to a threshold voltage of the k-th power MOSFET as an element value of the k-th impedance switching unit Decision method.
第1電源線および第2電源線間に電圧駆動型の第aおよび第bパワーMOSFETをハーフブリッジ接続すると共に当該第aおよび第bパワーMOSFET間に誘導性負荷を接続してなる駆動対象を駆動する駆動回路であって、
前記第aパワーMOSFETの低電位側基準端子の電位を基準電位として電源電圧を通電オンおよび開放可能な第a通電スイッチ回路であって、電源電圧の供給端子と前記低電位側基準端子との間に第aオンスイッチおよび第aオフスイッチを直列接続して構成された第a通電スイッチ回路と、
前記第a通電スイッチ回路と前記第aパワーMOSFETの制御端子との間に接続され当該制御端子に電荷を注入/放出する速度を調整する第a電荷注入放出回路と、
前記第aパワーMOSFETの制御端子と低電位側基準端子との間に接続され、これらの制御端子と低電位側基準端子との間のインピーダンスについて、前記第a電荷注入放出回路のインピーダンスより高い所定の第aインピーダンス状態(但し第aインピーダンス 状態は抵抗性及び誘導性の少なくとも一方を含む)と当該第aインピーダンス状態よりインピーダンスを高くした開放状態とに切替える第aインピーダンス切替部と、
前記第bパワーMOSFETの制御端子に第bオンスイッチを通じて通電することで当該第bパワーMOSFETを通電オンする第b通電スイッチ回路と、
前記第aおよび第b通電スイッチ回路のスイッチ状態、並びに、前記第aインピーダンス切替部の切替状態を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
(A)第aオンスイッチをオン、第aオフスイッチをオフ
(B)第aオンスイッチをオンからオフした後、第aオフスイッチをオン
(C)第aオフスイッチをオンからオフすると同時に第aインピーダンス切替部を第aインピーダンス状態、第bオンスイッチをオン
(但しaは1又は2の何れか、bはその他方)に示す(A)〜(C)を含む切替制御を行うことを特徴とするパワーMOSFETの駆動回路。
Driving a drive target in which a voltage-driven a-th and b-th power MOSFETs are half-bridge connected between the first power line and the second power line and an inductive load is connected between the a-th and b-th power MOSFETs. A driving circuit for
An a-th energization switch circuit capable of turning on and off a power supply voltage using a potential of a low-potential side reference terminal of the a-th power MOSFET as a reference potential, between a power supply voltage supply terminal and the low-potential side reference terminal An a energization switch circuit configured by connecting the a-th on switch and the a-th off switch in series;
An a charge injection / release circuit connected between the a th energization switch circuit and the control terminal of the a th power MOSFET for adjusting the rate at which charges are injected / discharged to the control terminal;
It is connected between the control terminal of the a-th power MOSFET and the low-potential side reference terminal, and the impedance between the control terminal and the low-potential side reference terminal is higher than the impedance of the a-th charge injection / discharge circuit. A-th impedance switching unit that switches between the a-th impedance state (where the a-th impedance state includes at least one of resistive and inductive) and an open state in which the impedance is higher than that of the a-th impedance state;
A b-th energization switch circuit for energizing the b-th power MOSFET by energizing the control terminal of the b-th power MOSFET through the b-th on switch;
Control means for controlling the switch states of the a-th and b-th energization switch circuits and the switching state of the a-th impedance switching unit,
The control means includes
(A) The a-th on switch is turned on and the a-th off switch is turned off. (B) After the a-th on switch is turned off, the a-th off switch is turned on. (C) At the same time as the a-th off switch is turned off. The switching control including (A) to (C) shown in (a) is performed in the a impedance state and the b on switch is turned on (where a is 1 or 2 and b is the other). A power MOSFET drive circuit.
前記制御手段が、前記第aオンスイッチ、前記第aオフスイッチ、前記第bオンスイッチを切替制御するとき、
前記(B)の区間において、前記第aオンスイッチをオンからオフした後、前記第aオフスイッチをオンすると共に前記第aインピーダンス切替部を開放状態から所定の第aインピーダンス状態に切替制御し、
前記(C)の区間において、前記第aオフスイッチをオンからオフに切替制御することを特徴とする請求項7記載のパワーMOSFETの駆動回路。
When the control means switches and controls the a-th on switch, the a-th off switch, and the b-th on switch,
In the section (B), after the a-th on switch is turned off from on, the a-th off switch is turned on and the a-th impedance switching unit is switched from an open state to a predetermined a-th impedance state,
8. The power MOSFET drive circuit according to claim 7, wherein the a-th off switch is controlled to be switched from on to off in the section (C).
請求項7または8記載のパワーMOSFETの駆動回路について、第aインピーダンス切替部の素子値を決定する方法であって、
前記第aパワーMOSFETの寄生ダイオードに生じるリカバリー電流に応じて当該第aパワーMOSFETのソースの寄生インダクタンスに生じる逆起電圧と、前記第aパワーMOSFETの寄生容量のカップリングによって発生する発生電圧とを加算し、この加算電圧が前記第aパワーMOSFETの閾値電圧未満となることを満たす素子値を前記第aインピーダンス切替部の素子値として決定することを特徴とするパワーMOSFETの駆動回路の素子値決定方法。
The power MOSFET drive circuit according to claim 7 or 8, wherein the element value of the a-th impedance switching unit is determined.
A counter electromotive voltage generated in the parasitic inductance of the source of the a-th power MOSFET according to a recovery current generated in the parasitic diode of the a-th power MOSFET, and a generated voltage generated by coupling of the parasitic capacitance of the a-th power MOSFET. And determining an element value satisfying that the added voltage is less than a threshold voltage of the a-th power MOSFET as an element value of the a-th impedance switching unit. Method.
請求項7または8記載のパワーMOSFETの駆動回路について、第aインピーダンス切替部の素子値を決定する方法であって、
前記第aパワーMOSFETの寄生ダイオードに生じるリカバリー電流に応じて当該第aパワーMOSFETのソースの寄生インダクタンスに生じる逆起電圧と、前記第aパワーMOSFETの寄生容量のカップリングによって発生する発生電圧とを加算し、この加算電圧が前記第aパワーMOSFETの閾値電圧とほぼ等しくなることを満たす素子値を前記第aインピーダンス切替部の素子値として決定することを特徴とするパワーMOSFETの駆動回路の素子値決定方法。
The power MOSFET drive circuit according to claim 7 or 8, wherein the element value of the a-th impedance switching unit is determined.
A counter electromotive voltage generated in the parasitic inductance of the source of the a-th power MOSFET according to a recovery current generated in the parasitic diode of the a-th power MOSFET, and a generated voltage generated by coupling of the parasitic capacitance of the a-th power MOSFET. The element value of the drive circuit for the power MOSFET is determined by adding and determining an element value satisfying that the added voltage is substantially equal to the threshold voltage of the a-th power MOSFET as the element value of the a-th impedance switching unit Decision method.
JP2012021805A 2011-06-01 2012-02-03 Power MOSFET drive circuit and element value determination method thereof Expired - Fee Related JP5482815B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012021805A JP5482815B2 (en) 2011-06-01 2012-02-03 Power MOSFET drive circuit and element value determination method thereof
PCT/JP2012/064350 WO2012165649A1 (en) 2011-06-01 2012-05-29 Power mosfet driver circuit and element value determining method therefor

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011123340 2011-06-01
JP2011123340 2011-06-01
JP2012021805A JP5482815B2 (en) 2011-06-01 2012-02-03 Power MOSFET drive circuit and element value determination method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013013051A JP2013013051A (en) 2013-01-17
JP5482815B2 true JP5482815B2 (en) 2014-05-07

Family

ID=46246151

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012021805A Expired - Fee Related JP5482815B2 (en) 2011-06-01 2012-02-03 Power MOSFET drive circuit and element value determination method thereof

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5482815B2 (en)
WO (1) WO2012165649A1 (en)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015025512A1 (en) * 2013-08-22 2015-02-26 パナソニックIpマネジメント株式会社 Drive device, power conversion device, and vehicle
JP6163981B2 (en) * 2013-09-03 2017-07-19 ダイキン工業株式会社 Drive device and power conversion system
JP6364758B2 (en) * 2013-12-04 2018-08-01 オムロン株式会社 Full-wave rectifier circuit
JP6643055B2 (en) 2015-11-16 2020-02-12 キヤノン株式会社 Electronic device and control method thereof
CN106094965B (en) * 2016-08-26 2019-02-22 上海数明半导体有限公司 A kind of motor-drive circuit
JP6787352B2 (en) * 2018-01-18 2020-11-18 株式会社デンソー Drive circuit of the switch to be driven
JP7011544B2 (en) * 2018-06-28 2022-02-10 株式会社日立インダストリアルプロダクツ Power converter
JP7255098B2 (en) 2018-06-29 2023-04-11 富士電機株式会社 semiconductor equipment
CN110212740B (en) * 2019-05-15 2022-08-02 中国矿业大学 Drive circuit for inhibiting gate crosstalk and oscillation of SiC MOSFET (Metal-oxide-semiconductor field Effect transistor)
JP7338279B2 (en) 2019-07-11 2023-09-05 富士電機株式会社 Power semiconductor module and its leakage current test method
FR3105650B1 (en) * 2019-12-19 2022-02-25 Commissariat Energie Atomique Control lock of a switch
DE102020103874B3 (en) * 2020-02-14 2021-06-10 Infineon Technologies Ag PROCEDURE AND CIRCUIT FOR CHECKING THE FUNCTIONALITY OF A TRANSISTOR COMPONENT

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60160393A (en) * 1984-01-31 1985-08-21 Toshiba Corp Drive circuit for motor
JP2002290224A (en) * 2001-03-23 2002-10-04 Tdk Corp Semiconductor element
JP4317825B2 (en) * 2005-02-25 2009-08-19 三菱重工業株式会社 Inverter device
JP2007215389A (en) * 2006-01-12 2007-08-23 Hitachi Ltd Power semiconductor element and semiconductor circuit using same
US7852125B2 (en) * 2006-05-29 2010-12-14 Koninklijke Philips Electronics N.V. Switching circuit arrangement
JP4916964B2 (en) * 2007-07-12 2012-04-18 ルネサスエレクトロニクス株式会社 DC-DC converter, driver IC, and system-in-package

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012165649A1 (en) 2012-12-06
JP2013013051A (en) 2013-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5482815B2 (en) Power MOSFET drive circuit and element value determination method thereof
KR101863014B1 (en) Short-circuit protection circuit for self-arc-extinguishing semiconductor element
US20160105175A1 (en) Power semiconductor drive circuit, power semiconductor circuit, and power module circuit device
US7382116B2 (en) Semiconductor device configured to control a gate voltage between a threshold voltage and ground
EP2884664A1 (en) High performance IGBT gate drive
US7551004B2 (en) Inverter apparatus with improved gate drive for power MOSFET
US11152857B2 (en) Gate driver circuit for half bridge MOSFET switches providing protection of the switch devices
CN107979360B (en) Configurable circuit, operation method thereof and integrated circuit
JP2005192394A (en) Driving device of semiconductor element and its control method
JP6556712B2 (en) Power converter configured to limit switching overvoltage
US8829836B2 (en) Driver for switching element and control system for rotary machine using the same
Paredes et al. A novel active gate driver for silicon carbide MOSFET
US9876425B2 (en) Control circuit for power converter
JP5139793B2 (en) Power converter
JP5761656B2 (en) Gate drive circuit
US12021517B2 (en) Gate driver with feed forward control of gate current
JP2006353093A (en) Method for controlling semiconductor device
CN115580278A (en) High speed gate driver circuit
US6813169B2 (en) Inverter device capable of reducing through current
WO2005119912A1 (en) Coil load drive output circuit
JP2018074676A (en) Gate drive circuit
JP6033737B2 (en) Inverter control device
JP6758486B2 (en) Semiconductor element drive and power converter
KR20170104164A (en) Level shifter circuit with improved time response and control method thereof
JP6459917B2 (en) Energizing element driving device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120919

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130809

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130820

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131021

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140121

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140203

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5482815

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees