ゲート駆動回路
【課題】ゲート駆動信号の伝達遅延時間のばらつきを低減することができるゲート駆動回路を提供する。
【解決手段】ゲート駆動回路１は、トランス２を駆動するトランス駆動回路部３と、トランス２の一次側の駆動タイミングを生成すると共に、入力ゲート駆動信号のＯＮ状態時とＯＦＦ状態時とでトランス２の一次側駆動電圧変化率を異なるように設定するタイミング生成部４と、トランス２の二次側電圧を微分することで、トランス２の二次側電圧変化率を検出する微分回路部５と、入力ゲート駆動信号のＯＦＦ状態時の微分値レベルを検出するレベル検出回路部６と、入力ゲート駆動信号のＯＮ状態時の微分値レベルを検出するレベル検出回路部７と、検出レベル検出回路部６，７と接続されたＲ端子及びＳ端子を有し、出力ゲート駆動信号を生成・保持するフリップフロップ回路部８とを有している。
【解決手段】ゲート駆動回路１は、トランス２を駆動するトランス駆動回路部３と、トランス２の一次側の駆動タイミングを生成すると共に、入力ゲート駆動信号のＯＮ状態時とＯＦＦ状態時とでトランス２の一次側駆動電圧変化率を異なるように設定するタイミング生成部４と、トランス２の二次側電圧を微分することで、トランス２の二次側電圧変化率を検出する微分回路部５と、入力ゲート駆動信号のＯＦＦ状態時の微分値レベルを検出するレベル検出回路部６と、入力ゲート駆動信号のＯＮ状態時の微分値レベルを検出するレベル検出回路部７と、検出レベル検出回路部６，７と接続されたＲ端子及びＳ端子を有し、出力ゲート駆動信号を生成・保持するフリップフロップ回路部８とを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング素子のゲートを駆動するゲート駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のゲート駆動回路としては、例えば特許文献１に記載されているように、スイッチング素子のゲートを駆動するためのゲート駆動信号を、信号絶縁トランスを用いて絶縁伝達するようにしたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平２−１１９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
トランスを用いてゲート駆動信号を絶縁伝達するゲート駆動回路では、ゲート駆動信号の伝達遅延時間のばらつきを少なくすることが要求されている。しかし、上記従来技術においては、そのような要求については何ら考慮されていない。
【０００５】
本発明の目的は、ゲート駆動信号の伝達遅延時間のばらつきを低減することができるゲート駆動回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、スイッチング素子のゲートを駆動するためのゲート駆動信号をトランスにより絶縁伝達して出力するゲート駆動回路において、入力ゲート駆動信号の動作状態に応じてトランスの一次側電圧変化率を複数設定する電圧変化率設定手段と、電圧変化率設定手段により設定された一次側電圧変化率に応じてトランスの一次側を駆動するトランス駆動手段と、トランスの二次側電圧変化率に基づいて、スイッチング素子に対する出力ゲート駆動信号を生成する出力ゲート駆動信号生成手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００７】
このような本発明のゲート駆動回路においては、入力ゲート駆動信号に応じてトランスの一次側電圧変化率を複数設定し、これらの一次側電圧変化率に応じてトランスを駆動し、その時に得られるトランスの二次側電圧変化率に基づいて、スィッチング素子に対する出力ゲート駆動信号を生成する。このとき、入力ゲート駆動信号のＯＮ状態時とＯＦＦ状態時とで異なる一次側電圧変化率を設定しても良いし、入力ゲート駆動信号が変化する時と入力ゲート駆動信号が変化しない時とで異なる一次側電圧変化率を設定しても良い。例えば入力ゲート駆動信号の立ち上がり時及び立ち下がり時にトランスの一次側電圧を変化させれば、ほぼ同じタイミングでトランスの二次側電圧が変化する。このため、トランスの二次側電圧変化率に基づいて出力ゲート駆動信号を生成する際には、入力ゲート駆動信号の立ち上がり時に対応する二次側電圧変化率と入力ゲート駆動信号の立ち下がり時に対応する二次側電圧変化率とに基づいて、出力ゲート駆動信号が生成される。つまり、入力ゲート駆動信号の変化のタイミングに応じて変化するような出力ゲート駆動信号が生成されることになる。これにより、トランスによるゲート駆動信号の絶縁伝達の遅延時間のばらつきを低減することができる。
【０００８】
好ましくは、出力ゲート駆動信号生成手段は、トランスの二次側電圧を微分することで二次側電圧変化率を検出し、二次側電圧変化率に応じた微分値を出力する手段を有し、二次側電圧変化率に応じた微分値に基づいて出力ゲート駆動信号を生成する。
【０００９】
このようにトランスの二次側電圧を微分することにより、トランスの二次側電圧変化率を簡単に検出することができる。
【００１０】
このとき、好ましくは、電圧変化率設定手段は、入力ゲート駆動信号のＯＮ状態時とＯＦＦ状態時とで異なる一次側電圧変化率を設定し、出力ゲート駆動信号生成手段は、入力ゲート駆動信号のＯＮ状態時に対応する微分値を検出する手段と、入力ゲート駆動信号のＯＦＦ状態時に対応する微分値を検出する手段と、ＯＮ状態時に対応する微分値とＯＦＦ状態時に対応する微分値とに基づいて、出力ゲート駆動信号を生成・保持する手段とを有する。
【００１１】
この場合には、例えば入力ゲート駆動信号の立ち上がり時にはＯＮ状態時の一次側電圧変化率が設定され、入力ゲート駆動信号の立ち下がり時にはＯＦＦ状態時の一次側電圧変化率が設定される。このため、入力ゲート駆動信号のＯＮ状態時に対応する微分値と入力ゲート駆動信号のＯＦＦ状態時に対応する微分値とを検出し、これらの微分値に基づいて出力ゲート駆動信号を生成・保持することにより、入力ゲート駆動信号の変化のタイミングに応じて変化するような出力ゲート駆動信号を確実に生成することができる。
【００１２】
また、電圧変化率設定手段は、入力ゲート駆動信号が変化する時と入力ゲート駆動信号が変化しない時とで異なる一次側電圧変化率を設定し、出力ゲート駆動信号生成手段は、入力ゲート駆動信号が変化する時に対応する微分値に応じたパルスを発生させる手段と、パルスに基づいて、トランスの二次側電圧をラッチして出力ゲート駆動信号を生成する手段とを有しても良い。
【００１３】
この場合には、入力ゲート駆動信号が変化する時、つまり入力ゲート駆動信号の立ち上がり時及び立ち下がり時に対応する微分値に応じたパルスをそれぞれ発生させ、これらのパルスに基づいて、トランスの二次側電圧をラッチして出力ゲート駆動信号を生成することにより、入力ゲート駆動信号の変化のタイミングに応じて変化するような出力ゲート駆動信号を確実に生成することができる。
【００１４】
このとき、電圧変化率設定手段は、入力ゲート駆動信号が変化しない時でも、入力ゲート駆動信号が変化する時と同等の一次側電圧変化率を定期的なタイミングで発生させるように設定し、パルスを発生させる手段は、入力ゲート駆動信号が変化する時及び定期的なタイミング時に対応する微分値に応じたパルスを発生させることが好ましい。
【００１５】
このように入力ゲート駆動信号が変化する時に対応する微分値に応じたパルスだけでなく、定期的なタイミング時に対応する微分値に応じたパルスを発生させることにより、例えばノイズ等の原因によって、入力ゲート駆動信号の立ち上がり時に対応する微分値に応じたパルスのタイミングで出力ゲート駆動信号がラッチされなくても、その後に得られたパルスのタイミングで出力ゲート駆動信号がラッチされるようになるため、出力ゲート駆動信号を確実に生成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ゲート駆動信号の伝達遅延時間のばらつきを低減することができる。これにより、スイッチング素子に対して品質の良いゲート駆動回路を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係わるゲート駆動回路の一実施形態を示す回路構成図である。
【図２】図１に示したゲート駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明に係わるゲート駆動回路の他の実施形態を示す回路構成図である。
【図４】図３に示したゲート駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】図３に示したゲート駆動回路の動作の変形例を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係わるゲート駆動回路の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係わるゲート駆動回路の一実施形態を示す回路構成図である。同図において、本実施形態のゲート駆動回路１は、図示しないＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等のパワースイッチング素子のゲートを駆動する回路である。
【００２０】
ゲート駆動回路１は、トランス２と、トランス駆動回路部３と、タイミング生成部４と、微分回路部５と、レベル検出回路部６，７と、フリップフロップ回路部８とを有している。
【００２１】
トランス２は、パワースイッチング素子のゲートを駆動するためのゲート駆動信号を絶縁伝達する絶縁電源回路である。トランス２の一次側は、トランス駆動回路部３と接続されている。トランス２の二次側は、ダイオード９を介して電圧源１０と接続されている。
【００２２】
タイミング生成部４は、トランス２の一次側の駆動周期及び駆動タイミングを生成すると共に、トランス２の一次側駆動電圧の時間変化率（傾き）を２種類設定する。タイミング生成部４は、図２に示すように、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦ（Ｈ／Ｌ）が変化する際に、トランス２の一次側駆動電圧ＶＴ１の極性（Ｈ／Ｌ）を強制的に反転させる。ここでは、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎの立ち上がりタイミングで、トランス２の一次側駆動電圧ＶＴ１を強制的にＯＦＦからＯＮ（ＬからＨ）に切り替え、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎの立ち下がりタイミングで、トランス２の一次側駆動電圧ＶＴ１を強制的にＯＮからＯＦＦ（ＨからＬ）に切り替える。
【００２３】
また、タイミング生成部４は、図２に示すように、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ状態時とＯＦＦ状態時とで、トランス２の一次側駆動電圧ＶＴ１の立ち上がり及び立ち下がりの時間変化率（トランス一次側駆動電圧変化率）を異なるように設定する。具体的には、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ（Ｈ）状態時のトランス一次側駆動電圧変化率は、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＦＦ（Ｌ）状態時のトランス一次側駆動変化率よりも高くなっている。
【００２４】
トランス駆動回路部３は、タイミング生成部４により得られたトランス２の一次側の駆動周期及び駆動タイミングとトランス２の一次側駆動電圧変化率とに応じて、トランス２の一次側を駆動する。トランス２の二次側電圧ＶＴ２は、図２に示すように、トランス２の巻き線数比に応じて一次側駆動電圧ＶＴ１と同じタイミングで振幅が変化する。
【００２５】
微分回路部５は、トランス２の二次側と接続されている。微分回路部５は、図２に示すように、トランス２の二次側電圧ＶＴ２を微分することで、トランス２の二次側電圧ＶＴ２の時間変化率（トランス二次側電圧変化率）を検出し、このトランス二次側電圧変化率に応じた微分出力（微分値）Ｄｏｕｔを得る。
【００２６】
このとき、上述したように入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ状態時とＯＦＦ状態時とでトランス一次側駆動電圧変化率が異なるため、両状態時で微分値Ｄｏｕｔも異なるようになる。具体的には、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ状態時では、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＦＦ状態時に比べて、微分値Ｄｏｕｔの高さ（レベル）が大きくなり、微分値Ｄｏｕｔの時間幅が小さくなる。
【００２７】
レベル検出回路部６，７は、微分回路部５と並列に接続されている。レベル検出回路部６は、図２に示すように、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＦＦ状態時における微分値Ｄｏｕｔのレベルを検出し、レベル検出出力Ｌｏｕｔ１を得る。レベル検出回路部７は、図２に示すように、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ状態時における微分値Ｄｏｕｔのレベルを検出し、レベル検出出力Ｌｏｕｔ２を得る。
【００２８】
このとき、レベル検出回路部７で検出される微分値Ｄｏｕｔのレベル範囲は、レベル検出回路部６で検出される微分値Ｄｏｕｔのレベル範囲よりも高くなっている。レベル検出出力Ｌｏｕｔ１の時間幅は、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＦＦ状態時における微分値Ｄｏｕｔの時間幅と等しく、レベル検出出力Ｌｏｕｔ２の時間幅は、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ状態時における微分値Ｄｏｕｔの時間幅と等しくなっている。
【００２９】
フリップフロップ回路部８は、ＲＳ−ＦＦで構成され、レベル検出回路部６，７と接続されている。フリップフロップ回路部８のＲ（リセット）端子はレベル検出回路部６と接続され、フリップフロップ回路部８のＳ（セット）端子はレベル検出回路部７と接続されている。これにより、図２に示すように、パワースイッチング素子に対する出力ゲート駆動信号ＳＧｏｕｔが生成され保持される。
【００３０】
具体的には、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎの立ち上がりタイミングに対応するトランス一次側駆動電圧変化率に応じたレベル検出出力Ｌｏｕｔ２の立ち上がりタイミングで立ち上がり、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎの立ち下がりタイミングに対応するトランス一次側駆動電圧変化率に応じたレベル検出出力値Ｌｏｕｔ１の立ち上がりタイミングで立ち下がるような出力ゲート駆動信号ＳＧｏｕｔが生成される。このように入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎから出力ゲート駆動信号ＳＧｏｕｔが復元されることとなる。
【００３１】
以上において、タイミング生成部４は、入力ゲート駆動信号の動作状態に応じてトランス２の一次側電圧変化率を複数設定する電圧変化率設定手段を構成する。トランス駆動回路部３は、電圧変化率設定手段により設定された一次側電圧変化率に応じてトランス２の一次側を駆動するトランス駆動手段を構成する。微分回路部５、レベル検出回路部６，７及びフリップフロップ回路部８は、トランス２の二次側電圧変化率に基づいて、スイッチング素子に対する出力ゲート駆動信号を生成する出力ゲート駆動信号生成手段を構成する。
【００３２】
また、微分回路部５は、トランス２の二次側電圧を微分することで二次側電圧変化率を検出し、二次側電圧変化率に応じた微分値を出力する手段を構成する。レベル検出回路部７は、入力ゲート駆動信号のＯＮ状態時に対応する微分値を検出する手段を構成する。レベル検出回路部６は、入力ゲート駆動信号のＯＦＦ状態時に対応する微分値を検出する手段を構成する。フリップフロップ回路部８は、ＯＮ状態時に対応する微分値とＯＦＦ状態時に対応する微分値とに基づいて、出力ゲート駆動信号を生成・保持する手段を構成する。
【００３３】
以上のように本実施形態にあっては、タイミング生成部４によって入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ状態時とＯＦＦ状態時とで異なるトランス一次側駆動電圧変化率を設定し、微分回路部５によってトランス二次側電圧変化率を検出して微分値Ｄｏｕｔを出力し、レベル検出回路部６，７によって微分値Ｄｏｕｔのレベルを検出し、その時のレベル検出出力Ｌｏｕｔ１，Ｌｏｕｔ２をフリップフロップ回路部８のＲ端子及びＳ端子に入力する。従って、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎの立ち上がりタイミングに応じて立ち上がり、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎの立ち下がりタイミングに応じて立ち下がるような出力ゲート駆動信号ＳＧｏｕｔが得られる。これにより、トランス２によるゲート駆動信号の絶縁伝達の遅延時間を一定としつつ、ゲート駆動信号の絶縁伝達の遅延自体を十分少なくすることができる。
【００３４】
なお、本実施形態では、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ状態時とＯＦＦ状態時とで、トランス２の一次側駆動電圧ＶＴ１の立ち上がり及び立ち下がり双方の時間変化率を変えているが、特にそれには限られず、一次側駆動電圧ＶＴ１の立ち上がり及び立ち下がりのいずれか一方のみの時間変化率を変化させても良い。
【００３５】
図３は、本発明に係わるゲート駆動回路の他の実施形態を示す回路構成図である。図中、上述した実施形態と同一または同等の要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３６】
同図において、本実施形態のゲート駆動回路１は、上記のトランス２及びトランス駆動回路部３と、タイミング生成部４と、微分回路部５と、パルス検出回路部１１と、ラッチ回路部１２とを有している。
【００３７】
タイミング生成部４は、図４に示すように、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦ（Ｈ／Ｌ）が変化する際に、トランス２の一次側駆動電圧ＶＴ１の極性（Ｈ／Ｌ）を強制的に反転させる。ここでは、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎの立ち上がり及び立ち下がりのタイミングで、トランス２の一次側駆動電圧ＶＴ１を強制的にＯＮからＯＦＦ（ＨからＬ）に切り替える。
【００３８】
また、タイミング生成部４は、図４に示すように、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化する時と入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化しない時（通常動作時）とで、トランス２の一次側駆動電圧ＶＴ１の立ち下がりの時間変化率（トランス一次側駆動電圧変化率）を異なるように設定する。
【００３９】
具体的には、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化する時は、トランス２の一次側駆動電圧ＶＴ１を時間Ｔ１でＨからＬに切り替えるようにする。なお、通常動作時には、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化する時に比べて、トランス一次側駆動変化率が十分高くなっている。
【００４０】
さらに、タイミング生成部４は、図４に示すように、トランス２の一次側駆動電圧ＶＴ１がＨからＬに切り替わってから時間Ｔ２経過後は、トランス２の一次側駆動電圧ＶＴ１を入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＨ／Ｌに応じた駆動極性に設定し、その後通常動作時の駆動周期でトランス２が駆動されるようにする。
【００４１】
微分回路部５は、図４に示すように、トランス２の二次側電圧ＶＴ２を微分することで、トランス２の二次側電圧変化率（トランス二次側電圧変化率）を検出し、このトランス二次側電圧変化率に応じた微分出力（微分値）Ｄｏｕｔを得る。
【００４２】
このとき、上述したように入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化する時と通常動作時とでトランス一次側駆動電圧変化率が異なるため、両動作時で微分値Ｄｏｕｔの時間幅が異なるようになる。具体的には、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化する時は、通常動作時に比べて微分値Ｄｏｕｔの時間幅が大きくなる。
【００４３】
なお、微分回路部５は、特に図示はしないが、微分値Ｄｏｕｔの上限をクランプ（制限）する機能を有している。このため、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化する時と通常動作時とで微分値Ｄｏｕｔのレベルが等しくなっている。
【００４４】
パルス検出回路部１１は、微分回路部５と接続されている。パルス検出回路部１１は、図４に示すように、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化する時の微分値Ｄｏｕｔの時間幅を検出し、当該微分値Ｄｏｕｔに応じたパルス信号（クロック）Ｐｏｕｔを出力する。
【００４５】
具体的には、パルス検出回路部１１は、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化する時の微分値Ｄｏｕｔの立ち下がりタイミングから時間Ｔ３経過すると、時間幅Ｔ４をもったパルス信号Ｐｏｕｔを出力する。このとき、Ｔ１＋Ｔ２＜Ｔ３＋Ｔ４、Ｔ１＞Ｔ３とすることにより、時間幅Ｔ４経過後におけるトランス２の二次側電圧ＶＴ２は、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＨ／Ｌに応じた電圧極性となる。
【００４６】
ラッチ回路部１２は、トランス２の二次側及びパルス検出回路部１１と接続されている。ラッチ回路部１２は、パルス検出回路部１１から出力されたパルス信号Ｐｏｕｔの立ち下がりタイミングでトランス２の二次側電圧ＶＴ２の極性（Ｈ／Ｌ）をラッチする。これにより、図４に示すように、パワースイッチング素子に対する出力ゲート駆動信号ＳＧｏｕｔが生成される。
【００４７】
具体的には、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎの立ち上がりタイミングに対応するトランス一次側駆動電圧変化率に応じたパルス信号Ｐｏｕｔの立ち下がりタイミングで立ち上がり、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎの立ち下がりタイミングに対応するトランス一次側駆動電圧変化率に応じたパルス信号Ｐｏｕｔの立ち下がりタイミングで立ち下がるような出力ゲート駆動信号ＳＧｏｕｔが生成される。このように入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎから出力ゲート駆動信号ＳＧｏｕｔが復元されることとなる。
【００４８】
以上において、微分回路部５、パルス検出回路部１１及びラッチ回路部１２は、トランス２の二次側電圧変化率に基づいて、スイッチング素子に対する出力ゲート駆動信号を生成する出力ゲート駆動信号生成手段を構成する。
【００４９】
また、パルス検出回路部１１は、入力ゲート駆動信号が変化する時に対応する微分値に応じたパルスを発生させる手段を構成する。ラッチ回路部１２は、パルスに基づいて、トランス２の二次側電圧をラッチして出力ゲート駆動信号を生成する手段を構成する。
【００５０】
以上のように本実施形態にあっては、タイミング生成部４によって入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎが変化する時と変化しない時とで異なるトランス一次側駆動電圧変化率を設定し、微分回路部５によってトランス二次側電圧変化率を検出して微分値Ｄｏｕｔを出力し、パルス検出回路部１１によって入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎが変化する時に対応する微分値Ｄｏｕｔに応じたパルス信号Ｐｏｕｔを発生させ、ラッチ回路部１２によって当該パルス信号Ｐｏｕｔに応じたタイミングでトランス２の二次側電圧ＶＴ２をラッチする。従って、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎの立ち上がりタイミングに応じて立ち上がり、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎの立ち下がりタイミングに応じて立ち下がるような出力ゲート駆動信号ＳＧｏｕｔが得られる。これにより、トランス２によるゲート駆動信号の絶縁伝達の遅延時間を一定とすることができる。
【００５１】
また、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎが変化する時のトランス一次側駆動電圧変化率とパルス信号（クロック）Ｐｏｕｔの時間幅とを適切に設定することで、トランス２によるゲート駆動信号の絶縁伝達の遅延を少なくすることが可能となる。
【００５２】
なお、本実施形態では、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化する時のみ、パルス検出回路部１１によりパルス信号Ｐｏｕｔを発生させるようにしたが、図５に示すように、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化する時以外でも、定期的にパルス信号Ｐｏｕｔを発生させても良い。
【００５３】
この場合、タイミング生成部４は、図５に示すように、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化しない時でも、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化する時と同等のトランス一次側駆動電圧変化率を定期的に発生させるように設定する。すると、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化しない時でも、定期的にパルス信号（クロック）Ｐｏｕｔが出力されるようになり、そのパルス信号Ｐｏｕｔに応じたタイミングでトランス２の二次側電圧ＶＴ２がラッチされることで、出力ゲート駆動信号ＳＧｏｕｔが生成される。
【００５４】
このように構成することで、万が一ノイズ等が原因で、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎがＯＦＦからＯＮに変化する時に対応するパルス信号Ｐｏｕｔのタイミングでトランス２の二次側電圧ＶＴ２がラッチされなくても、その後に入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎがＯＮ状態となっている期間内に発生するパルス信号Ｐｏｕｔのタイミングでトランス２の二次側電圧ＶＴ２がラッチされるようになる。従って、出力ゲート駆動信号ＳＧｏｕｔをパワースイッチング素子に確実に供給することができる。
【００５５】
また、本実施形態では、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎが変化する時と変化しない通常動作時とで、トランス２の一次側駆動電圧ＶＴ１の立ち下がり及び立ち上がりのいずれか一方のみの時間変化率を変えているが、特にそれには限られず、一次側駆動電圧ＶＴ１の立ち下がり及び立ち上がり双方の時間変化率を変化させても良い。
【００５６】
以上、本発明に係わるゲート駆動回路の好適な実施形態について幾つか説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、フルブリッジ方式の電源トランス駆動を示したが、本発明は、ハーフブリッジ方式やプッシュプル方式等、トランスを用いた絶縁電源であれば、適用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１…ゲート駆動回路、２…トランス、３…トランス駆動回路部（トランス駆動手段）、４…タイミング生成部（電圧変化率設定手段）、５…微分回路部（出力ゲート駆動信号生成手段）、６…レベル検出回路部（出力ゲート駆動信号生成手段）、７…レベル検出回路部（出力ゲート駆動信号生成手段）、８…フリップフロップ回路部（出力ゲート駆動信号生成手段）、１１…パルス検出回路部（出力ゲート駆動信号生成手段）、１２…ラッチ回路部（出力ゲート駆動信号生成手段）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング素子のゲートを駆動するゲート駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のゲート駆動回路としては、例えば特許文献１に記載されているように、スイッチング素子のゲートを駆動するためのゲート駆動信号を、信号絶縁トランスを用いて絶縁伝達するようにしたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平２−１１９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
トランスを用いてゲート駆動信号を絶縁伝達するゲート駆動回路では、ゲート駆動信号の伝達遅延時間のばらつきを少なくすることが要求されている。しかし、上記従来技術においては、そのような要求については何ら考慮されていない。
【０００５】
本発明の目的は、ゲート駆動信号の伝達遅延時間のばらつきを低減することができるゲート駆動回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、スイッチング素子のゲートを駆動するためのゲート駆動信号をトランスにより絶縁伝達して出力するゲート駆動回路において、入力ゲート駆動信号の動作状態に応じてトランスの一次側電圧変化率を複数設定する電圧変化率設定手段と、電圧変化率設定手段により設定された一次側電圧変化率に応じてトランスの一次側を駆動するトランス駆動手段と、トランスの二次側電圧変化率に基づいて、スイッチング素子に対する出力ゲート駆動信号を生成する出力ゲート駆動信号生成手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００７】
このような本発明のゲート駆動回路においては、入力ゲート駆動信号に応じてトランスの一次側電圧変化率を複数設定し、これらの一次側電圧変化率に応じてトランスを駆動し、その時に得られるトランスの二次側電圧変化率に基づいて、スィッチング素子に対する出力ゲート駆動信号を生成する。このとき、入力ゲート駆動信号のＯＮ状態時とＯＦＦ状態時とで異なる一次側電圧変化率を設定しても良いし、入力ゲート駆動信号が変化する時と入力ゲート駆動信号が変化しない時とで異なる一次側電圧変化率を設定しても良い。例えば入力ゲート駆動信号の立ち上がり時及び立ち下がり時にトランスの一次側電圧を変化させれば、ほぼ同じタイミングでトランスの二次側電圧が変化する。このため、トランスの二次側電圧変化率に基づいて出力ゲート駆動信号を生成する際には、入力ゲート駆動信号の立ち上がり時に対応する二次側電圧変化率と入力ゲート駆動信号の立ち下がり時に対応する二次側電圧変化率とに基づいて、出力ゲート駆動信号が生成される。つまり、入力ゲート駆動信号の変化のタイミングに応じて変化するような出力ゲート駆動信号が生成されることになる。これにより、トランスによるゲート駆動信号の絶縁伝達の遅延時間のばらつきを低減することができる。
【０００８】
好ましくは、出力ゲート駆動信号生成手段は、トランスの二次側電圧を微分することで二次側電圧変化率を検出し、二次側電圧変化率に応じた微分値を出力する手段を有し、二次側電圧変化率に応じた微分値に基づいて出力ゲート駆動信号を生成する。
【０００９】
このようにトランスの二次側電圧を微分することにより、トランスの二次側電圧変化率を簡単に検出することができる。
【００１０】
このとき、好ましくは、電圧変化率設定手段は、入力ゲート駆動信号のＯＮ状態時とＯＦＦ状態時とで異なる一次側電圧変化率を設定し、出力ゲート駆動信号生成手段は、入力ゲート駆動信号のＯＮ状態時に対応する微分値を検出する手段と、入力ゲート駆動信号のＯＦＦ状態時に対応する微分値を検出する手段と、ＯＮ状態時に対応する微分値とＯＦＦ状態時に対応する微分値とに基づいて、出力ゲート駆動信号を生成・保持する手段とを有する。
【００１１】
この場合には、例えば入力ゲート駆動信号の立ち上がり時にはＯＮ状態時の一次側電圧変化率が設定され、入力ゲート駆動信号の立ち下がり時にはＯＦＦ状態時の一次側電圧変化率が設定される。このため、入力ゲート駆動信号のＯＮ状態時に対応する微分値と入力ゲート駆動信号のＯＦＦ状態時に対応する微分値とを検出し、これらの微分値に基づいて出力ゲート駆動信号を生成・保持することにより、入力ゲート駆動信号の変化のタイミングに応じて変化するような出力ゲート駆動信号を確実に生成することができる。
【００１２】
また、電圧変化率設定手段は、入力ゲート駆動信号が変化する時と入力ゲート駆動信号が変化しない時とで異なる一次側電圧変化率を設定し、出力ゲート駆動信号生成手段は、入力ゲート駆動信号が変化する時に対応する微分値に応じたパルスを発生させる手段と、パルスに基づいて、トランスの二次側電圧をラッチして出力ゲート駆動信号を生成する手段とを有しても良い。
【００１３】
この場合には、入力ゲート駆動信号が変化する時、つまり入力ゲート駆動信号の立ち上がり時及び立ち下がり時に対応する微分値に応じたパルスをそれぞれ発生させ、これらのパルスに基づいて、トランスの二次側電圧をラッチして出力ゲート駆動信号を生成することにより、入力ゲート駆動信号の変化のタイミングに応じて変化するような出力ゲート駆動信号を確実に生成することができる。
【００１４】
このとき、電圧変化率設定手段は、入力ゲート駆動信号が変化しない時でも、入力ゲート駆動信号が変化する時と同等の一次側電圧変化率を定期的なタイミングで発生させるように設定し、パルスを発生させる手段は、入力ゲート駆動信号が変化する時及び定期的なタイミング時に対応する微分値に応じたパルスを発生させることが好ましい。
【００１５】
このように入力ゲート駆動信号が変化する時に対応する微分値に応じたパルスだけでなく、定期的なタイミング時に対応する微分値に応じたパルスを発生させることにより、例えばノイズ等の原因によって、入力ゲート駆動信号の立ち上がり時に対応する微分値に応じたパルスのタイミングで出力ゲート駆動信号がラッチされなくても、その後に得られたパルスのタイミングで出力ゲート駆動信号がラッチされるようになるため、出力ゲート駆動信号を確実に生成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ゲート駆動信号の伝達遅延時間のばらつきを低減することができる。これにより、スイッチング素子に対して品質の良いゲート駆動回路を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係わるゲート駆動回路の一実施形態を示す回路構成図である。
【図２】図１に示したゲート駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明に係わるゲート駆動回路の他の実施形態を示す回路構成図である。
【図４】図３に示したゲート駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】図３に示したゲート駆動回路の動作の変形例を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係わるゲート駆動回路の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係わるゲート駆動回路の一実施形態を示す回路構成図である。同図において、本実施形態のゲート駆動回路１は、図示しないＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等のパワースイッチング素子のゲートを駆動する回路である。
【００２０】
ゲート駆動回路１は、トランス２と、トランス駆動回路部３と、タイミング生成部４と、微分回路部５と、レベル検出回路部６，７と、フリップフロップ回路部８とを有している。
【００２１】
トランス２は、パワースイッチング素子のゲートを駆動するためのゲート駆動信号を絶縁伝達する絶縁電源回路である。トランス２の一次側は、トランス駆動回路部３と接続されている。トランス２の二次側は、ダイオード９を介して電圧源１０と接続されている。
【００２２】
タイミング生成部４は、トランス２の一次側の駆動周期及び駆動タイミングを生成すると共に、トランス２の一次側駆動電圧の時間変化率（傾き）を２種類設定する。タイミング生成部４は、図２に示すように、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦ（Ｈ／Ｌ）が変化する際に、トランス２の一次側駆動電圧ＶＴ１の極性（Ｈ／Ｌ）を強制的に反転させる。ここでは、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎの立ち上がりタイミングで、トランス２の一次側駆動電圧ＶＴ１を強制的にＯＦＦからＯＮ（ＬからＨ）に切り替え、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎの立ち下がりタイミングで、トランス２の一次側駆動電圧ＶＴ１を強制的にＯＮからＯＦＦ（ＨからＬ）に切り替える。
【００２３】
また、タイミング生成部４は、図２に示すように、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ状態時とＯＦＦ状態時とで、トランス２の一次側駆動電圧ＶＴ１の立ち上がり及び立ち下がりの時間変化率（トランス一次側駆動電圧変化率）を異なるように設定する。具体的には、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ（Ｈ）状態時のトランス一次側駆動電圧変化率は、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＦＦ（Ｌ）状態時のトランス一次側駆動変化率よりも高くなっている。
【００２４】
トランス駆動回路部３は、タイミング生成部４により得られたトランス２の一次側の駆動周期及び駆動タイミングとトランス２の一次側駆動電圧変化率とに応じて、トランス２の一次側を駆動する。トランス２の二次側電圧ＶＴ２は、図２に示すように、トランス２の巻き線数比に応じて一次側駆動電圧ＶＴ１と同じタイミングで振幅が変化する。
【００２５】
微分回路部５は、トランス２の二次側と接続されている。微分回路部５は、図２に示すように、トランス２の二次側電圧ＶＴ２を微分することで、トランス２の二次側電圧ＶＴ２の時間変化率（トランス二次側電圧変化率）を検出し、このトランス二次側電圧変化率に応じた微分出力（微分値）Ｄｏｕｔを得る。
【００２６】
このとき、上述したように入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ状態時とＯＦＦ状態時とでトランス一次側駆動電圧変化率が異なるため、両状態時で微分値Ｄｏｕｔも異なるようになる。具体的には、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ状態時では、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＦＦ状態時に比べて、微分値Ｄｏｕｔの高さ（レベル）が大きくなり、微分値Ｄｏｕｔの時間幅が小さくなる。
【００２７】
レベル検出回路部６，７は、微分回路部５と並列に接続されている。レベル検出回路部６は、図２に示すように、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＦＦ状態時における微分値Ｄｏｕｔのレベルを検出し、レベル検出出力Ｌｏｕｔ１を得る。レベル検出回路部７は、図２に示すように、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ状態時における微分値Ｄｏｕｔのレベルを検出し、レベル検出出力Ｌｏｕｔ２を得る。
【００２８】
このとき、レベル検出回路部７で検出される微分値Ｄｏｕｔのレベル範囲は、レベル検出回路部６で検出される微分値Ｄｏｕｔのレベル範囲よりも高くなっている。レベル検出出力Ｌｏｕｔ１の時間幅は、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＦＦ状態時における微分値Ｄｏｕｔの時間幅と等しく、レベル検出出力Ｌｏｕｔ２の時間幅は、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ状態時における微分値Ｄｏｕｔの時間幅と等しくなっている。
【００２９】
フリップフロップ回路部８は、ＲＳ−ＦＦで構成され、レベル検出回路部６，７と接続されている。フリップフロップ回路部８のＲ（リセット）端子はレベル検出回路部６と接続され、フリップフロップ回路部８のＳ（セット）端子はレベル検出回路部７と接続されている。これにより、図２に示すように、パワースイッチング素子に対する出力ゲート駆動信号ＳＧｏｕｔが生成され保持される。
【００３０】
具体的には、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎの立ち上がりタイミングに対応するトランス一次側駆動電圧変化率に応じたレベル検出出力Ｌｏｕｔ２の立ち上がりタイミングで立ち上がり、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎの立ち下がりタイミングに対応するトランス一次側駆動電圧変化率に応じたレベル検出出力値Ｌｏｕｔ１の立ち上がりタイミングで立ち下がるような出力ゲート駆動信号ＳＧｏｕｔが生成される。このように入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎから出力ゲート駆動信号ＳＧｏｕｔが復元されることとなる。
【００３１】
以上において、タイミング生成部４は、入力ゲート駆動信号の動作状態に応じてトランス２の一次側電圧変化率を複数設定する電圧変化率設定手段を構成する。トランス駆動回路部３は、電圧変化率設定手段により設定された一次側電圧変化率に応じてトランス２の一次側を駆動するトランス駆動手段を構成する。微分回路部５、レベル検出回路部６，７及びフリップフロップ回路部８は、トランス２の二次側電圧変化率に基づいて、スイッチング素子に対する出力ゲート駆動信号を生成する出力ゲート駆動信号生成手段を構成する。
【００３２】
また、微分回路部５は、トランス２の二次側電圧を微分することで二次側電圧変化率を検出し、二次側電圧変化率に応じた微分値を出力する手段を構成する。レベル検出回路部７は、入力ゲート駆動信号のＯＮ状態時に対応する微分値を検出する手段を構成する。レベル検出回路部６は、入力ゲート駆動信号のＯＦＦ状態時に対応する微分値を検出する手段を構成する。フリップフロップ回路部８は、ＯＮ状態時に対応する微分値とＯＦＦ状態時に対応する微分値とに基づいて、出力ゲート駆動信号を生成・保持する手段を構成する。
【００３３】
以上のように本実施形態にあっては、タイミング生成部４によって入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ状態時とＯＦＦ状態時とで異なるトランス一次側駆動電圧変化率を設定し、微分回路部５によってトランス二次側電圧変化率を検出して微分値Ｄｏｕｔを出力し、レベル検出回路部６，７によって微分値Ｄｏｕｔのレベルを検出し、その時のレベル検出出力Ｌｏｕｔ１，Ｌｏｕｔ２をフリップフロップ回路部８のＲ端子及びＳ端子に入力する。従って、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎの立ち上がりタイミングに応じて立ち上がり、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎの立ち下がりタイミングに応じて立ち下がるような出力ゲート駆動信号ＳＧｏｕｔが得られる。これにより、トランス２によるゲート駆動信号の絶縁伝達の遅延時間を一定としつつ、ゲート駆動信号の絶縁伝達の遅延自体を十分少なくすることができる。
【００３４】
なお、本実施形態では、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ状態時とＯＦＦ状態時とで、トランス２の一次側駆動電圧ＶＴ１の立ち上がり及び立ち下がり双方の時間変化率を変えているが、特にそれには限られず、一次側駆動電圧ＶＴ１の立ち上がり及び立ち下がりのいずれか一方のみの時間変化率を変化させても良い。
【００３５】
図３は、本発明に係わるゲート駆動回路の他の実施形態を示す回路構成図である。図中、上述した実施形態と同一または同等の要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３６】
同図において、本実施形態のゲート駆動回路１は、上記のトランス２及びトランス駆動回路部３と、タイミング生成部４と、微分回路部５と、パルス検出回路部１１と、ラッチ回路部１２とを有している。
【００３７】
タイミング生成部４は、図４に示すように、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦ（Ｈ／Ｌ）が変化する際に、トランス２の一次側駆動電圧ＶＴ１の極性（Ｈ／Ｌ）を強制的に反転させる。ここでは、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎの立ち上がり及び立ち下がりのタイミングで、トランス２の一次側駆動電圧ＶＴ１を強制的にＯＮからＯＦＦ（ＨからＬ）に切り替える。
【００３８】
また、タイミング生成部４は、図４に示すように、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化する時と入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化しない時（通常動作時）とで、トランス２の一次側駆動電圧ＶＴ１の立ち下がりの時間変化率（トランス一次側駆動電圧変化率）を異なるように設定する。
【００３９】
具体的には、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化する時は、トランス２の一次側駆動電圧ＶＴ１を時間Ｔ１でＨからＬに切り替えるようにする。なお、通常動作時には、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化する時に比べて、トランス一次側駆動変化率が十分高くなっている。
【００４０】
さらに、タイミング生成部４は、図４に示すように、トランス２の一次側駆動電圧ＶＴ１がＨからＬに切り替わってから時間Ｔ２経過後は、トランス２の一次側駆動電圧ＶＴ１を入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＨ／Ｌに応じた駆動極性に設定し、その後通常動作時の駆動周期でトランス２が駆動されるようにする。
【００４１】
微分回路部５は、図４に示すように、トランス２の二次側電圧ＶＴ２を微分することで、トランス２の二次側電圧変化率（トランス二次側電圧変化率）を検出し、このトランス二次側電圧変化率に応じた微分出力（微分値）Ｄｏｕｔを得る。
【００４２】
このとき、上述したように入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化する時と通常動作時とでトランス一次側駆動電圧変化率が異なるため、両動作時で微分値Ｄｏｕｔの時間幅が異なるようになる。具体的には、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化する時は、通常動作時に比べて微分値Ｄｏｕｔの時間幅が大きくなる。
【００４３】
なお、微分回路部５は、特に図示はしないが、微分値Ｄｏｕｔの上限をクランプ（制限）する機能を有している。このため、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化する時と通常動作時とで微分値Ｄｏｕｔのレベルが等しくなっている。
【００４４】
パルス検出回路部１１は、微分回路部５と接続されている。パルス検出回路部１１は、図４に示すように、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化する時の微分値Ｄｏｕｔの時間幅を検出し、当該微分値Ｄｏｕｔに応じたパルス信号（クロック）Ｐｏｕｔを出力する。
【００４５】
具体的には、パルス検出回路部１１は、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化する時の微分値Ｄｏｕｔの立ち下がりタイミングから時間Ｔ３経過すると、時間幅Ｔ４をもったパルス信号Ｐｏｕｔを出力する。このとき、Ｔ１＋Ｔ２＜Ｔ３＋Ｔ４、Ｔ１＞Ｔ３とすることにより、時間幅Ｔ４経過後におけるトランス２の二次側電圧ＶＴ２は、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＨ／Ｌに応じた電圧極性となる。
【００４６】
ラッチ回路部１２は、トランス２の二次側及びパルス検出回路部１１と接続されている。ラッチ回路部１２は、パルス検出回路部１１から出力されたパルス信号Ｐｏｕｔの立ち下がりタイミングでトランス２の二次側電圧ＶＴ２の極性（Ｈ／Ｌ）をラッチする。これにより、図４に示すように、パワースイッチング素子に対する出力ゲート駆動信号ＳＧｏｕｔが生成される。
【００４７】
具体的には、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎの立ち上がりタイミングに対応するトランス一次側駆動電圧変化率に応じたパルス信号Ｐｏｕｔの立ち下がりタイミングで立ち上がり、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎの立ち下がりタイミングに対応するトランス一次側駆動電圧変化率に応じたパルス信号Ｐｏｕｔの立ち下がりタイミングで立ち下がるような出力ゲート駆動信号ＳＧｏｕｔが生成される。このように入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎから出力ゲート駆動信号ＳＧｏｕｔが復元されることとなる。
【００４８】
以上において、微分回路部５、パルス検出回路部１１及びラッチ回路部１２は、トランス２の二次側電圧変化率に基づいて、スイッチング素子に対する出力ゲート駆動信号を生成する出力ゲート駆動信号生成手段を構成する。
【００４９】
また、パルス検出回路部１１は、入力ゲート駆動信号が変化する時に対応する微分値に応じたパルスを発生させる手段を構成する。ラッチ回路部１２は、パルスに基づいて、トランス２の二次側電圧をラッチして出力ゲート駆動信号を生成する手段を構成する。
【００５０】
以上のように本実施形態にあっては、タイミング生成部４によって入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎが変化する時と変化しない時とで異なるトランス一次側駆動電圧変化率を設定し、微分回路部５によってトランス二次側電圧変化率を検出して微分値Ｄｏｕｔを出力し、パルス検出回路部１１によって入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎが変化する時に対応する微分値Ｄｏｕｔに応じたパルス信号Ｐｏｕｔを発生させ、ラッチ回路部１２によって当該パルス信号Ｐｏｕｔに応じたタイミングでトランス２の二次側電圧ＶＴ２をラッチする。従って、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎの立ち上がりタイミングに応じて立ち上がり、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎの立ち下がりタイミングに応じて立ち下がるような出力ゲート駆動信号ＳＧｏｕｔが得られる。これにより、トランス２によるゲート駆動信号の絶縁伝達の遅延時間を一定とすることができる。
【００５１】
また、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎが変化する時のトランス一次側駆動電圧変化率とパルス信号（クロック）Ｐｏｕｔの時間幅とを適切に設定することで、トランス２によるゲート駆動信号の絶縁伝達の遅延を少なくすることが可能となる。
【００５２】
なお、本実施形態では、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化する時のみ、パルス検出回路部１１によりパルス信号Ｐｏｕｔを発生させるようにしたが、図５に示すように、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化する時以外でも、定期的にパルス信号Ｐｏｕｔを発生させても良い。
【００５３】
この場合、タイミング生成部４は、図５に示すように、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化しない時でも、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化する時と同等のトランス一次側駆動電圧変化率を定期的に発生させるように設定する。すると、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎのＯＮ／ＯＦＦが変化しない時でも、定期的にパルス信号（クロック）Ｐｏｕｔが出力されるようになり、そのパルス信号Ｐｏｕｔに応じたタイミングでトランス２の二次側電圧ＶＴ２がラッチされることで、出力ゲート駆動信号ＳＧｏｕｔが生成される。
【００５４】
このように構成することで、万が一ノイズ等が原因で、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎがＯＦＦからＯＮに変化する時に対応するパルス信号Ｐｏｕｔのタイミングでトランス２の二次側電圧ＶＴ２がラッチされなくても、その後に入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎがＯＮ状態となっている期間内に発生するパルス信号Ｐｏｕｔのタイミングでトランス２の二次側電圧ＶＴ２がラッチされるようになる。従って、出力ゲート駆動信号ＳＧｏｕｔをパワースイッチング素子に確実に供給することができる。
【００５５】
また、本実施形態では、入力ゲート駆動信号ＳＧｉｎが変化する時と変化しない通常動作時とで、トランス２の一次側駆動電圧ＶＴ１の立ち下がり及び立ち上がりのいずれか一方のみの時間変化率を変えているが、特にそれには限られず、一次側駆動電圧ＶＴ１の立ち下がり及び立ち上がり双方の時間変化率を変化させても良い。
【００５６】
以上、本発明に係わるゲート駆動回路の好適な実施形態について幾つか説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、フルブリッジ方式の電源トランス駆動を示したが、本発明は、ハーフブリッジ方式やプッシュプル方式等、トランスを用いた絶縁電源であれば、適用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１…ゲート駆動回路、２…トランス、３…トランス駆動回路部（トランス駆動手段）、４…タイミング生成部（電圧変化率設定手段）、５…微分回路部（出力ゲート駆動信号生成手段）、６…レベル検出回路部（出力ゲート駆動信号生成手段）、７…レベル検出回路部（出力ゲート駆動信号生成手段）、８…フリップフロップ回路部（出力ゲート駆動信号生成手段）、１１…パルス検出回路部（出力ゲート駆動信号生成手段）、１２…ラッチ回路部（出力ゲート駆動信号生成手段）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子のゲートを駆動するためのゲート駆動信号をトランスにより絶縁伝達して出力するゲート駆動回路において、
入力ゲート駆動信号の動作状態に応じて前記トランスの一次側電圧変化率を複数設定する電圧変化率設定手段と、
前記電圧変化率設定手段により設定された前記一次側電圧変化率に応じて前記トランスの一次側を駆動するトランス駆動手段と、
前記トランスの二次側電圧変化率に基づいて、前記スイッチング素子に対する出力ゲート駆動信号を生成する出力ゲート駆動信号生成手段とを備えることを特徴とするゲート駆動回路。
【請求項２】
前記出力ゲート駆動信号生成手段は、前記トランスの二次側電圧を微分することで前記二次側電圧変化率を検出し、前記二次側電圧変化率に応じた微分値を出力する手段を有し、前記二次側電圧変化率に応じた微分値に基づいて前記出力ゲート駆動信号を生成することを特徴とする請求項１記載のゲート駆動回路。
【請求項３】
前記電圧変化率設定手段は、前記入力ゲート駆動信号のＯＮ状態時とＯＦＦ状態時とで異なる前記一次側電圧変化率を設定し、
前記出力ゲート駆動信号生成手段は、前記入力ゲート駆動信号のＯＮ状態時に対応する前記微分値を検出する手段と、前記入力ゲート駆動信号のＯＦＦ状態時に対応する前記微分値を検出する手段と、前記ＯＮ状態時に対応する微分値と前記ＯＦＦ状態時に対応する微分値とに基づいて、前記出力ゲート駆動信号を生成・保持する手段とを有することを特徴とする請求項２記載のゲート駆動回路。
【請求項４】
前記電圧変化率設定手段は、前記入力ゲート駆動信号が変化する時と前記入力ゲート駆動信号が変化しない時とで異なる前記一次側電圧変化率を設定し、
前記出力ゲート駆動信号生成手段は、前記入力ゲート駆動信号が変化する時に対応する前記微分値に応じたパルスを発生させる手段と、前記パルスに基づいて、前記トランスの二次側電圧をラッチして前記出力ゲート駆動信号を生成する手段とを有することを特徴とする請求項２記載のゲート駆動回路。
【請求項５】
前記電圧変化率設定手段は、前記入力ゲート駆動信号が変化しない時でも、前記入力ゲート駆動信号が変化する時と同等の前記一次側電圧変化率を定期的なタイミングで発生させるように設定し、
前記パルスを発生させる手段は、前記入力ゲート駆動信号が変化する時及び前記定期的なタイミング時に対応する前記微分値に応じたパルスを発生させることを特徴とする請求項４記載のゲート駆動回路。
【請求項１】
スイッチング素子のゲートを駆動するためのゲート駆動信号をトランスにより絶縁伝達して出力するゲート駆動回路において、
入力ゲート駆動信号の動作状態に応じて前記トランスの一次側電圧変化率を複数設定する電圧変化率設定手段と、
前記電圧変化率設定手段により設定された前記一次側電圧変化率に応じて前記トランスの一次側を駆動するトランス駆動手段と、
前記トランスの二次側電圧変化率に基づいて、前記スイッチング素子に対する出力ゲート駆動信号を生成する出力ゲート駆動信号生成手段とを備えることを特徴とするゲート駆動回路。
【請求項２】
前記出力ゲート駆動信号生成手段は、前記トランスの二次側電圧を微分することで前記二次側電圧変化率を検出し、前記二次側電圧変化率に応じた微分値を出力する手段を有し、前記二次側電圧変化率に応じた微分値に基づいて前記出力ゲート駆動信号を生成することを特徴とする請求項１記載のゲート駆動回路。
【請求項３】
前記電圧変化率設定手段は、前記入力ゲート駆動信号のＯＮ状態時とＯＦＦ状態時とで異なる前記一次側電圧変化率を設定し、
前記出力ゲート駆動信号生成手段は、前記入力ゲート駆動信号のＯＮ状態時に対応する前記微分値を検出する手段と、前記入力ゲート駆動信号のＯＦＦ状態時に対応する前記微分値を検出する手段と、前記ＯＮ状態時に対応する微分値と前記ＯＦＦ状態時に対応する微分値とに基づいて、前記出力ゲート駆動信号を生成・保持する手段とを有することを特徴とする請求項２記載のゲート駆動回路。
【請求項４】
前記電圧変化率設定手段は、前記入力ゲート駆動信号が変化する時と前記入力ゲート駆動信号が変化しない時とで異なる前記一次側電圧変化率を設定し、
前記出力ゲート駆動信号生成手段は、前記入力ゲート駆動信号が変化する時に対応する前記微分値に応じたパルスを発生させる手段と、前記パルスに基づいて、前記トランスの二次側電圧をラッチして前記出力ゲート駆動信号を生成する手段とを有することを特徴とする請求項２記載のゲート駆動回路。
【請求項５】
前記電圧変化率設定手段は、前記入力ゲート駆動信号が変化しない時でも、前記入力ゲート駆動信号が変化する時と同等の前記一次側電圧変化率を定期的なタイミングで発生させるように設定し、
前記パルスを発生させる手段は、前記入力ゲート駆動信号が変化する時及び前記定期的なタイミング時に対応する前記微分値に応じたパルスを発生させることを特徴とする請求項４記載のゲート駆動回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１２４８３０（Ｐ２０１２−１２４８３０Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７５７９９（Ｐ２０１０−２７５７９９）
【出願日】平成２２年１２月１０日（２０１０．１２．１０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１０日（２０１０．１２．１０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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