電圧駆動型素子を駆動する駆動装置
【課題】出力電圧の異なる複数の電源を備えた、電圧駆動型素子を駆動する駆動装置で、駆動電源と電圧駆動型素子との接続部の電圧降下を抑制する。
【解決手段】 駆動装置の駆動電源は、複数の直流電源を備えており、複数の直流電源のうち、最も出力電圧の絶対値が大きい第1直流電源は、第1スイッチング素子を介して接続部と接続しており、複数の直流電源のうち、第1直流電源よりも出力電圧の絶対値が小さい1つ以上の第2直流電源の各々は、第2スイッチング素子および電流低減素子を介して接続部と接続している。第1スイッチング素子および第2スイッチング素子のそれぞれは、対応する直流電源と接続部とを導通状態と非導通状態とに切替えると共に、導通状態としたときに流れる電流と逆方向の電流の向きを順方向とする寄生ダイオードを有する半導体素子である。
【解決手段】 駆動装置の駆動電源は、複数の直流電源を備えており、複数の直流電源のうち、最も出力電圧の絶対値が大きい第1直流電源は、第1スイッチング素子を介して接続部と接続しており、複数の直流電源のうち、第1直流電源よりも出力電圧の絶対値が小さい1つ以上の第2直流電源の各々は、第2スイッチング素子および電流低減素子を介して接続部と接続している。第1スイッチング素子および第2スイッチング素子のそれぞれは、対応する直流電源と接続部とを導通状態と非導通状態とに切替えると共に、導通状態としたときに流れる電流と逆方向の電流の向きを順方向とする寄生ダイオードを有する半導体素子である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電圧駆動型素子を駆動する駆動装置に関する。
【背景技術】
【0002】
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等の電圧駆動型素子を駆動するに際して、電圧駆動型素子の動作を安定化させる等の目的で、オン電圧の大きさを制御する場合がある。例えば、特許文献1に記載の駆動装置は、オン電圧発生用に、出力電圧の異なる2つの電源VL,VS(電圧VL>電圧VS)と、各電源VL,VSに直列接続するスイッチング素子SL,SSとを備えている。この駆動装置では、2つの電源VL,VSのいずれか一方が出力端子から出力されるようにスイッチング素子SL,SSを制御して、オン電圧の大きさを切り替える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2001−352748号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載の駆動回路において、スイッチング素子SL,SSとしてMOSFET等の寄生ダイオードを有する半導体素子を用いる場合がある。この場合に、スイッチング素子SLをオン状態にし、出力電圧が大きい電源VLを出力端子に接続すると、スイッチング素子SSをオフ状態にしていても、出力端子からスイッチング素子SSの寄生ダイオードを経由して電源VSに向かって電流が流れてしまうことがある。このため、出力端子の電圧が設計値(電源VLに応じた電圧)よりも低くなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、駆動電源と、電圧駆動型素子のゲートと駆動電源とに接続している接続部とを備え、駆動電源から接続部を介して電圧駆動型素子に駆動電圧を供給して電圧駆動型素子を駆動する駆動装置を提供する。この駆動装置では、駆動電源は、複数の直流電源を備えている。複数の直流電源のうち、最も出力電圧の絶対値が大きい第1直流電源は、第1スイッチング素子を介して接続部と接続している。複数の直流電源のうち、第1直流電源よりも出力電圧の絶対値が小さい1つ以上の第2直流電源の各々は、第2スイッチング素子および電流低減素子を介して接続部と接続している。第1スイッチング素子および第2スイッチング素子のそれぞれは、対応する直流電源と接続部とを導通状態と非導通状態とに切替えると共に、導通状態としたときに流れる電流と逆方向の電流の向きを順方向とする寄生ダイオードを有する半導体素子である。
【0006】
上記の駆動装置では、第1スイッチング素子をオン状態し、第1直流電源と接続部とを導通状態とした場合に、電流低減素子が、第2スイッチング素子が第2直流電源と接続部とを導通状態としたときに流れる電流と逆方向の電流を低減するため、接続部の電圧の絶対値が小さくなることが抑制される。
【0007】
電流低減素子は、第2スイッチング素子と接続部、又は、第2直流電源と第2スイッチング素子とを導通状態と非導通状態とに切替えると共に、導通状態としたときに流れる電流の向きを順方向とする寄生ダイオードを有するスイッチング素子であってもよい。この場合、第2スイッチング素子の寄生ダイオードの順方向と、電流低減素子の寄生ダイオードの順方向が逆向きになるように電流低減素子と第2スイッチング素子とが接続される。
【0008】
電流低減素子は、ダイオードであってもよい。この場合、第2スイッチング素子の寄生ダイオードの順方向と、電流低減素子のダイオードの順方向が逆向きになるように電流低減素子と第2スイッチング素子とが接続される。
【0009】
電流低減素子は、第1スイッチング素子よりも抵抗値の大きい抵抗素子であってもよい。また、一端が接続部に接続すると共に他端が接地されているキャパシタと、電圧駆動型素子のゲート抵抗と接続部とを導通状態と非導通状態とに切替えるゲート用スイッチング素子をさらに備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】実施例1の駆動装置の回路構成を示す概略図。
【図2】変形例の駆動装置の回路構成を示す概略図。
【図3】実施例2の駆動装置の回路構成を示す概略図。
【図4】実施例3の駆動装置の回路構成を示す概略図。
【図5】変形例の駆動装置の回路構成を示す概略図。
【図6】変形例の駆動装置の回路構成を示す概略図。
【図7】実施例4の駆動装置の回路構成を示す概略図。
【図8】変形例の駆動装置の回路構成を示す概略図。
【図9】変形例の駆動装置の回路構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本願に係る、電圧駆動型素子を駆動する駆動装置の実施形態を例示的に説明する。なお、本願に係る電圧駆動型素子は、絶縁ゲートを有する電圧駆動型スイッチング素子とすることができ、特にパワー半導体スイッチング素子とすることができる。パワー半導体スイッチング素子には、IGBT、MOSFET、サイリスタが含まれる。
【0012】
(第1実施形態)
本願に係る駆動装置では、電流低減素子は、第1スイッチング素子よりも抵抗値の大きい抵抗素子とすることができる。本実施形態に係る駆動装置を具現化した実施例について、以下、説明する。
【実施例1】
【0013】
図1は、実施例1に係る駆動装置10の回路構成を示す概略図である。駆動装置10は、電圧駆動型素子120の絶縁ゲートに接続される第1ゲート抵抗素子RD1および第2ゲート抵抗素子RD2と、第1ゲート用スイッチング素子MD1および第2ゲート用スイッチング素子MD2と、第1直流電源V1と、第1スイッチング素子M1と、第2直流電源V2と、第2スイッチング素子M2と、抵抗素子R2と、第1ゲート用スイッチング素子MD1の一端と第1スイッチング素子M1の一端と抵抗素子R2の一端が接続されている第1接続部101と、各スイッチング素子M1、M2、MD1、MD2を制御する制御ブロック130とを備えている。
【0014】
第1直流電源V1、第2直流電源V2、第1スイッチング素子M1、第2スイッチング素子M2、抵抗素子R2は、駆動電源を構成している。第1接続部101は、駆動電源に接続していると共に、第1ゲート用スイッチング素子MD1を介して電圧駆動型素子120のゲート抵抗部である第1ゲート抵抗素子RD1に接続している。第1直流電源V1および第2直流電源V2は、低電位側が接地され、かつ高電位側が第1接続部101側に接続されており、正電圧を出力する。第1直流電源V1および第2直流電源V2は、第1接続部101を介して電圧駆動型素子120に駆動電圧を供給して電圧駆動型素子120を駆動する。
【0015】
第1直流電源V1の出力電圧値は、第2直流電源V2の出力電圧値よりも大きい。第1直流電源V1は、第1スイッチング素子M1を介して第1接続部101と接続している。第2直流電源V2は、第2スイッチング素子M2と接続しており、第2スイッチング素子M2は、抵抗素子R2を介して第1接続部101と接続している。
【0016】
第1スイッチング素子M1は、寄生ダイオードを有する半導体素子であり、より具体的には、p型のMOSFETである。第1スイッチング素子M1のドレイン端子は第1接続部101に接続されており、ソース端子は第1直流電源V1に接続されている。第1スイッチング素子M1は、第1直流電源V1と第1接続部101とを導通状態と非導通状態とに切替える。具体的には、第1スイッチング素子M1のゲート端子に入力する電圧に応じて、第1スイッチング素子M1のソース端子とドレイン端子の間を導通状態と非導通状態とに切替える。第1スイッチング素子M1を非導通状態としたときに、第1スイッチング素子M1の寄生ダイオードの順方向は、第1接続部101から第1直流電源V1とへ向かう方向となる。すなわち、第1スイッチング素子M1の寄生ダイオードの順方向は、ドレイン端子からソース端子に向かう方向である。
【0017】
第2スイッチング素子M2も、第1スイッチング素子M1と同様、寄生ダイオードを有する半導体素子であり、本実施例では、p型のMOSFETを用いている。第2スイッチング素子M2のドレイン端子は、固定抵抗素子である抵抗素子R2を介して第1接続部101に接続されており、ソース端子は第2直流電源V2に接続されている。第2スイッチング素子M2は、第2直流電源V2と第1接続部101とを導通状態と非導通状態とに切替える。具体的には、第2スイッチング素子M2のゲート端子に入力する電圧に応じて、第2スイッチング素子M2のソース端子とドレイン端子の間を導通状態と非導通状態とに切替える。第2スイッチング素子M2を非導通状態としたときに、第2スイッチング素子M2の寄生ダイオードの順方向は、第1接続部101から第2直流電源V2へと向かう方向となる。
【0018】
第1ゲート抵抗素子RD1は、固定抵抗素子であり、一端が電圧駆動型素子120の絶縁ゲートに接続されており、他端が第1ゲート用スイッチング素子MD1に接続されている。第1ゲート抵抗素子RD1は、電圧駆動型素子120のゲート電流の充電速度を決定している。第2ゲート抵抗素子RD2は、固定抵抗素子であり、一端が電圧駆動型素子120の絶縁ゲートに接続されており、他端が第2ゲート用スイッチング素子MD2に接続されている。第2ゲート抵抗素子RD2は、電圧駆動型素子120のゲート電流の放電速度を決定している。抵抗素子R2の抵抗値は、第1ゲート抵抗素子RD1の抵抗値よりも十分小さく、第1スイッチング素子M1の抵抗値よりも十分大きい。
【0019】
第1ゲート用スイッチング素子MD1は、p型のMOSFETである。第1ゲート用スイッチング素子MD1は、ドレイン端子が第1ゲート抵抗素子RD1を介して電圧駆動型素子120の絶縁ゲートに接続されており、ソース端子が第1接続部101を介して駆動電源に接続されている。
【0020】
電圧駆動型素子120がターンオンするとき、第1スイッチング素子M1と第2スイッチング素子M2のいずれか一方がターンオンするとともに第1ゲート用スイッチング素子M1がターンオンすることによって、第1ゲート用スイッチング素子M1を介して駆動電源から正の駆動電圧が電圧駆動型素子120の絶縁ゲートに供給される。
【0021】
第2ゲート用スイッチング素子MD2は、n型のMOSFETであり、電圧駆動型素子120と接地端子の間に設けられている。第2ゲート用スイッチング素子MD2は、ドレイン端子が第2ゲート抵抗素子RD2を介して電圧駆動型素子120の絶縁ゲートに接続されており、ソース端子が接地端子に接続されている。電圧駆動型素子120がターンオフするとき、第2ゲート用スイッチング素子MD2がターンオンすることによって、第2ゲート用スイッチング素子MD2を介して電圧駆動型素子120の絶縁ゲートに接地電圧が供給される。
【0022】
制御ブロック130は、図示しない電子制御ユニット(ECU)から供給される制御信号に基づいて、第1スイッチング素子M1に駆動信号S10を出力し、第2スイッチング素子M2に駆動信号S20を出力し、第1ゲート用スイッチング素子MD1に駆動信号S30を出力し、第2ゲート用スイッチング素子MD2に駆動信号S40を出力する。
【0023】
次に、駆動装置10の動作を説明する。制御ブロック130から出力される駆動信号S10およびS30に基づいて第1スイッチング素子M1、第1ゲート用スイッチング素子MD1をオン状態とすると、第1直流電源V1から第1接続部101に、駆動電圧V1が供給される。この時、制御ブロック130から出力される駆動信号S20、S40に基づいて、第2スイッチング素子M2および第2ゲート用スイッチング素子MD2はオフ状態となっている。
【0024】
第2スイッチング素子M2は、第1接続部101側から第2直流電源V2側に向かう方向を順方向とする寄生ダイオードを備えているため、抵抗素子R2が接続されていない場合には、第1接続部101側から第2直流電源V2側に電流が流れて、第1接続部101の電圧VAが降下してしまう現象が起こる。本実施例では、抵抗素子R2が電流低減素子として用いられており、抵抗素子R2によって第1接続部101側から第2直流電源V2側に向かう電流を制限することができる。特に、本実施例では、抵抗素子R2の抵抗値が、第1スイッチング素子M1の抵抗値よりも十分大きくされている。このため、第2スイッチング素子M2が寄生ダイオードを備えていても、第1接続部101の電圧VAが降下することが抑制され、第1直流電源V1の電圧により近い値にすることができる。
【0025】
一方、制御ブロック130から出力される駆動信号S20に基づいて第2スイッチング素子M2をオン状態にして、駆動信号S30に基づいて第1ゲート用スイッチング素子MD1をターンオンすると、第2直流電源V2から、第2スイッチング素子M2、抵抗素子R2を経由して、第1接続部101に向かって電流が流れる。これによって、第2直流電源V2から第1接続部101に、駆動電圧V2が供給される。この時、制御ブロック130から出力される駆動信号S10、S40に基づいて、第1スイッチング素子M1および第2ゲート用スイッチング素子MD2はオフ状態となっている。なお、第1スイッチング素子M1、第2スイッチング素子M2の切り替えは、第1ゲート用スイッチング素子MD1のオン時に行ってもよいし、オフ時に行ってもよい。特に、本実施例では、抵抗素子R2の抵抗値が第1ゲート抵抗素子RD1の抵抗値よりも十分小さくされているため、第1接続部101の電圧VAを、第2直流電源V2の電圧とほぼ等しくすることができる。
【0026】
上記のとおり、本実施例に係る駆動装置によれば、電圧の異なる2つの直流電源を有する駆動電源を用いた場合でも、第1接続部101の電圧VAを高精度に切り替えて制御することができるので、電圧駆動型素子120のゲート電圧を高精度に制御できる。
【0027】
なお、本実施例に係る駆動装置は、第1接続部101と電圧駆動型素子120のゲートとの間に第1ゲート用スイッチング素子MD1と第1ゲート抵抗素子RD1のいずれか一方もしくは双方を含まない回路構成としてもよい。第1ゲート用スイッチング素子MD1を含まない場合、電圧駆動型素子120をターンオンするタイミングに合わせて、第1スイッチング素子M2または第2スイッチング素子M2をオン状態にすればよい。
【0028】
また、駆動装置は、出力電圧の相違する第2直流電源を2つ以上備えていてもよい。この場合、複数の第2直流電源のうち、出力電圧がより低い直流電源V2Lowに対応する電流低減素子としての抵抗素子の抵抗値R2Lowは、出力電圧がより高い直流電源V2Highに対応する電流低減素子としての抵抗素子の抵抗値R2Highよりも高いことが好ましい。直流電源V2Highが第1接続部に接続した場合に、第1接続部の電圧VAが低下することを抑制できる。
【0029】
また、上述した実施例では、第2直流電源V2に第2スイッチング素子M2を接続し、第2スイッチング素子M2を抵抗素子R2を介して第1接続部101に接続したが、第2直流電源V2に抵抗素子R2を接続し、抵抗素子R2を第2スイッチング素子M2を介して第1接続部101に接続するようにしてもよい。
【0030】
(変形例)
本願に係る駆動装置は、図2に示すように、電圧駆動型素子のオフ時の電圧を制御するオフ側の駆動電源をさらに備えていてもよい。
【0031】
図2に示す駆動装置11では、第2ゲート用スイッチング素子MD2は第2接続部102を介してオフ側の駆動電源に接続されている。オフ側の駆動電源は、第3直流電源V3と、第4直流電源V4と、第3スイッチング素子M3と、第4スイッチング素子M4と、抵抗素子R4を備えている。第3直流電源V3の高電位側は接地されており、低電位側は第3スイッチング素子M3を介して第2接続部102に接続されている。第4直流電源V4の高電位側は接地されており、低電位側は第4スイッチング素子M4および抵抗素子R4を介して第2接続部102に接続されている。第3直流電源V3の電圧値は、第4直流電源V4の電圧値よりも大きい。第3スイッチング素子M3および第4スイッチング素子M4は、n型のMOSFETであり、直流電源側V3、V4側から第2接続部102側に向かう方向を順方向とする寄生ダイオードを有している。第3スイッチング素子M3および第4スイッチング素子M4は、制御ブロック130から出力される駆動信号S50、駆動信号S60によって制御されている。その他の構成は、図1に示す駆動装置10と同様であるから、同一の参照番号を付すことによって重複説明を省略する。
【0032】
電圧駆動型素子120がターンオフするとき、第2ゲート用スイッチング素子MD2がターンオンすると共に第3スイッチング素子M3と第4スイッチング素子M4のいずれか一方をターンオンすることによって、第2ゲート用スイッチング素子MD2を介して電圧駆動型素子120の絶縁ゲートにオフ側の駆動電圧が供給される。第3スイッチング素子M3と第4スイッチング素子M4のオン/オフを制御することによって、第2接続部102に供給する負の駆動電圧を切り替えることができる。第4スイッチング素子M4をオフ状態にすると共に第3スイッチング素子M3をオン状態にする際には、第4スイッチング素子M4が寄生ダイオードを有していても、抵抗素子R4によって第4直流電源V4側から第2接続部102に向かう電流を制限することができる。このため、第2接続部102の電圧VBの絶対値が低下することを抑制でき、第3直流電源V3から供給される電圧(−V3)により近くすることができる。
【0033】
なお、図2に示す変形例においても、第1接続部101と電圧駆動型素子120のゲートとの間に第1ゲート用スイッチング素子MD1と第1ゲート抵抗素子RD1のいずれか一方または双方を含まない回路構成としてもよい。第1ゲート用スイッチング素子MD1を含まない場合、電圧駆動型素子120をターンオンするタイミングに合わせて、第1スイッチング素子M1または第2スイッチング素子M2をターンオンすればよい。また、第2接続部102と電圧駆動型素子120のゲートとの間に第2ゲート用スイッチング素子MD2と第2ゲート抵抗素子RD2のいずれか一方または双方を含まない回路構成としてもよい。第2ゲート用スイッチング素子MD2を含まない場合、電圧駆動型素子120をターンオフするタイミングに合わせて、第3スイッチング素子M3または第4スイッチング素子M4をオン状態にすればよい。
【実施例2】
【0034】
本願に係る駆動装置は、さらに、キャパシタを備えていてもよい。図3は、実施例2に係る駆動装置20の回路構成を示す概略図である。図3に示すように、駆動装置20は、キャパシタC1をさらに備えており、キャパシタC1の一方は第1接続部201及び抵抗素子R2に接続され、他方は接地されている。なお、キャパシタC1の容量は、電圧駆動型素子220のゲート容量よりも十分大きい。その他の構成は、図1に示す駆動装置10と同様であるから、同一の符号を付すことによって、もしくは、図1における100番台の参照番号を200番台に読み替えることによって、重複説明を省略する。
【0035】
図1に示す駆動装置10では、第1スイッチング素子M2がオフ状態で、かつ、第2スイッチング素子M2がオン状態のときに、第1ゲート用スイッチング素子MD1をターンオンすると、第2直流電源V2から第2スイッチング素子M2、抵抗素子R2及び第1接続部101を介して電圧駆動型素子のゲート側へ突入電流が流れ、第1接続部101の電圧が低下する。この際、抵抗素子R2の抵抗値が大きい場合には、第1接続部101の電圧低下が大きくなる。
【0036】
図3に示す駆動装置では、第1接続部101に接続するキャパシタC1を備えているため、第1ゲート用スイッチング素子MD1をオフ状態とした上で、第1スイッチング素子M2をオフ状態とすると共に第2スイッチング素子M2をオン状態とすると、第2直流電源V2から第2スイッチング素子M2及び抵抗素子R2を介してキャパシタC1に電荷が蓄積される。キャパシタC1に電荷が蓄積された状態から第1ゲート用スイッチング素子MD1をターンオンすると、キャパシタC1に蓄積された電荷が第1接続部201を介して電圧駆動型素子220のゲート側へ電流が流れ込む。キャパシタC1の容量が電圧駆動型素子220のゲート容量よりも十分大きい場合には、キャパシタC1から十分な電流が電圧駆動型素子220のゲート側へ流れるため、第2直流電源V2から第2スイッチング素子M2、抵抗素子R2及び第1接続部201を介して電圧駆動型素子のゲート側へ流れる電流量を抑制することができる。このため、第1接続部201の電圧が低下することを抑制できる。
【0037】
(第2実施形態)
本願に係る駆動装置では、電流低減素子は、ダイオードであり、第2スイッチング素子の寄生ダイオードの順方向と、電流低減素子のダイオードの順方向が逆向きになるように電流低減素子を接続することができる。本実施形態に係る駆動装置を具現化した実施例について、以下、説明する。
【実施例3】
【0038】
図4は、実施例3に係る駆動装置30の回路構成を示す概略図である。図4に示すように、実施例3に係る駆動装置30では、実施例1に係る駆動装置10における抵抗素子R2に代えて、ダイオードD2が設けられている。ダイオードD2は、第2スイッチング素子M2と第1接続部301との間に、第2スイッチング素子M2から第1接続部301に向かう方向が順方向となる向きで接続されている。その他の構成は、図1に示す駆動装置10と同様であるから、同一の符号を付すことによって、もしくは、図1における100番台の参照番号を300番台に読み替えることによって、重複説明を省略する。
【0039】
本実施例では、抵抗素子R2に代えて、ダイオードD2によって第1接続部301側から第2直流電源V2側に向かう電流を制限することができる。このため、第2スイッチング素子M2をオフ状態とすると共に第1スイッチング素子M1をオン状態としたときに、第1接続部301の電圧VAを、第1直流電源V1の電圧とほぼ等しくすることができる。本実施例のようにダイオードD2を用いた場合には、第1接続部301側から第2直流電源V2側に向かう電流が実質流れないようにすることができるため、電流低減素子として抵抗素子R2を用いる場合と比べて、第1接続部301の電圧VAを、第1直流電源V1の電圧により近づけることが可能となる。
【0040】
実施例1のように、電流低減素子として抵抗素子R2を用いる場合には、第1直流電源V1の電圧V1を第1接続部101に供給する際には、第1接続部101の電圧VAの低下を抑制するために、抵抗素子R2の抵抗値は大きい方が好ましい。一方、第2直流電源V2の電圧V2を第1接続部101に供給する際には、抵抗素子R2の抵抗値が大きいと、上述したように第1ゲート用スイッチング素子MD1をターンオンした瞬間の突入電流によって、第1接続部101の電圧VAが低下してしまう。このため、抵抗素子R2の抵抗値は小さい方が好ましい。さらに、2つ以上の第2直流電源を有する場合には、複数の第2直流電源のうち、出力電圧がより低い直流電源V2Lowに対応する抵抗素子の抵抗値R2Lowは、出力電圧がより高い直流電源V2Highに対応する抵抗素子の抵抗値R2Highよりも高いことが好ましい。このように、電流低減素子として抵抗素子R2を用いる場合には、抵抗素子R2の抵抗値を適宜設計する必要がある。本実施例においては、電流低減素子としてダイオードD2を用いているため、かかる抵抗素子の抵抗値の設計が不要となり、3つ以上の出力電圧が相違する直流電源を含む駆動電源を比較的容易に設計することができる。
【0041】
(変形例)
なお、本実施例に係る駆動装置では、第1接続部301と電圧駆動型素子320のゲートとの間に第1ゲート用スイッチング素子MD1と第1ゲート抵抗素子RD1のいずれか一方または双方を含まない回路構成としてもよい。例えば、図5に示す駆動装置31のように、第1接続部302と電圧駆動型素子320のゲートとの間に第1ゲート用スイッチング素子MD1を含まない回路構成とすることもできる。また、図6に示す駆動装置32のように、第1接続部303と電圧駆動型素子320のゲートとの間に第1ゲート用スイッチング素子MD1および第1ゲート抵抗素子RD1を含まない回路構成とすることもできる。駆動装置32では、抵抗素子RD11は、第1スイッチング素子M1と第1接続部303との間に接続されており、抵抗素子RD12は、ダイオードD2と第1接続部303との間に接続されている。実施例1等と同様に、第1ゲート用スイッチング素子MD1を含まない場合、電圧駆動型素子320をターンオンするタイミングに合わせて、第1スイッチング素子M2または第2スイッチング素子M2をターンオンすればよい。また、実施例1の変形例において説明したように、電圧駆動型素子のオフ時の電圧を制御するオフ側の駆動電源をさらに備えている駆動装置であってもよい。
【0042】
(第3実施形態)
本願に係る駆動装置では、電流低減素子は、第2スイッチング素子と第1接続部、又は、第2直流電源と第2スイッチング素子とを導通状態と非導通状態とに切替えると共に、導通状態としたときに流れる電流の向きを順方向とする寄生ダイオードを有するスイッチング素子とすることができる。この場合、電流低減素子であるスイッチング素子は、第2スイッチング素子の寄生ダイオードの順方向と、電流低減素子の寄生ダイオードの順方向とが逆向きになるように接続することができる。本実施形態に係る駆動装置を具現化した実施例について、以下、説明する。
【実施例4】
【0043】
図7は、実施例4に係る駆動装置40の回路構成を示す概略図である。図7に示すように、実施例4に係る駆動装置40では、実施例1に係る駆動装置10における抵抗素子R2に代えて(または実施例3に係る駆動装置30におけるダイオードD2に代えて)、スイッチング素子Mr2が設けられている。スイッチング素子Mr2は、第2スイッチング素子M2と第1接続部401との間に接続されている。スイッチング素子Mr2は、p型のMOSFETであり、寄生ダイオードを有している。スイッチング素子Mr2は、第2スイッチング素子M2から第1接続部401に向かう方向がスイッチング素子Mr2の寄生ダイオードの順方向となる向きで接続されている。制御ブロック430は、駆動信号S21によって第2スイッチング素子M2をオン/オフ制御し、駆動信号S22によってスイッチング素子Mr2をオン/オフ制御する。その他の構成は、図1に示す駆動装置10と同様であるから、同一の符号を付すことによって、もしくは、図1における100番台の参照番号を400番台に読み替えることによって、重複説明を省略する。
【0044】
本実施例では、スイッチング素子Mr2の寄生ダイオードよって第1接続部401側から第2直流電源V2側に向かう電流を制限することができる。このため、第1直流電源V1の電圧V1を第1接続部401に供給する場合に、第1接続部401の電圧VAを、第1直流電源V1の電圧V1とほぼ等しくすることができる。本実施例のようにスイッチング素子Mr2を用いた場合には、第1接続部401側から第2直流電源V2側に向かう電流が実質流れないようにすることができるため、電流低減素子として抵抗素子R2を用いる場合と比べて、第1接続部401の電圧VAを、第1直流電源V1の電圧V1により近づけることが可能となる。
【0045】
実施例3のように、電流低減素子としてダイオードD2を用いた場合には、第2直流電源V2の電圧V2を第1接続部301に供給する場合に、第1接続部301の電圧VAは、ダイオードD2の順方向電圧降下の分だけ第2直流電源V2の電圧よりも低くなる。ダイオードD2の順方向電圧降下は温度依存性があるため、駆動装置30が電圧駆動型素子320を駆動する速度が温度によって変化し、安定に駆動できない。本実施例においては、電流低減素子として、スイッチング素子Mr2を用いているため、第2スイッチング素子M2とスイッチング素子Mr2を同時にターンオンする制御を行うことによって、駆動装置40の温度が変化しても、電圧駆動型素子420を安定して駆動することができる。
【0046】
また、電流低減素子としてスイッチング素子Mr2を用い、その寄生ダイオードを利用して第1接続部401側から第2直流電源V2側に向かう電流を制限しているため、実施例3と同様に、3つ以上の出力電圧の相違する直流電源を含む駆動電源を比較的容易に設計することができる。
【0047】
(変形例)
なお、第1接続部401と電圧駆動型素子420のゲートとの間に第1ゲート用スイッチング素子MD1と第1ゲート抵抗素子RD1のいずれか一方または双方を含まない回路構成としてもよい。例えば、図8に示す駆動装置41のように、第1接続部402と電圧駆動型素子420のゲートとの間に第1ゲート用スイッチング素子MD1を含まない回路構成とすることもできる(図5に示す駆動装置31と同様)。図5に示す駆動装置31と同様に、第1ゲート用スイッチング素子MD1を含まない場合、電圧駆動型素子420をターンオンするタイミングに合わせて、第1スイッチング素子M1をターンオンし、あるいは、第2スイッチング素子M2及びスイッチング素子Mr2をターンオンすればよい。また、図9に示す駆動装置42のように、第1接続部403と電圧駆動型素子420のゲートとの間に第1ゲート用スイッチング素子MD1および第1ゲート抵抗素子RD1を含まない回路構成とすることもできる(図6に示す駆動装置32と同様)。駆動装置42では、抵抗素子RD11は、第1スイッチング素子M1と第1接続部403との間に接続されており、抵抗素子RD12は、スイッチング素子Mr2と第1接続部401との間に接続されている。また、実施例1の変形例において説明したように、電圧駆動型素子のオフ時の電圧を制御するオフ側の駆動電源をさらに備えている駆動装置であってもよい。
【0048】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【0049】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【0050】
10,11,20,30〜32,40〜42 駆動装置
101,201,301〜303,401〜403 第1接続部
102 第2接続部
120,220,320,420 電圧駆動型素子
130,230,330,430 制御ブロック
【技術分野】
【0001】
本発明は、電圧駆動型素子を駆動する駆動装置に関する。
【背景技術】
【0002】
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等の電圧駆動型素子を駆動するに際して、電圧駆動型素子の動作を安定化させる等の目的で、オン電圧の大きさを制御する場合がある。例えば、特許文献1に記載の駆動装置は、オン電圧発生用に、出力電圧の異なる2つの電源VL,VS(電圧VL>電圧VS)と、各電源VL,VSに直列接続するスイッチング素子SL,SSとを備えている。この駆動装置では、2つの電源VL,VSのいずれか一方が出力端子から出力されるようにスイッチング素子SL,SSを制御して、オン電圧の大きさを切り替える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2001−352748号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載の駆動回路において、スイッチング素子SL,SSとしてMOSFET等の寄生ダイオードを有する半導体素子を用いる場合がある。この場合に、スイッチング素子SLをオン状態にし、出力電圧が大きい電源VLを出力端子に接続すると、スイッチング素子SSをオフ状態にしていても、出力端子からスイッチング素子SSの寄生ダイオードを経由して電源VSに向かって電流が流れてしまうことがある。このため、出力端子の電圧が設計値(電源VLに応じた電圧)よりも低くなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、駆動電源と、電圧駆動型素子のゲートと駆動電源とに接続している接続部とを備え、駆動電源から接続部を介して電圧駆動型素子に駆動電圧を供給して電圧駆動型素子を駆動する駆動装置を提供する。この駆動装置では、駆動電源は、複数の直流電源を備えている。複数の直流電源のうち、最も出力電圧の絶対値が大きい第1直流電源は、第1スイッチング素子を介して接続部と接続している。複数の直流電源のうち、第1直流電源よりも出力電圧の絶対値が小さい1つ以上の第2直流電源の各々は、第2スイッチング素子および電流低減素子を介して接続部と接続している。第1スイッチング素子および第2スイッチング素子のそれぞれは、対応する直流電源と接続部とを導通状態と非導通状態とに切替えると共に、導通状態としたときに流れる電流と逆方向の電流の向きを順方向とする寄生ダイオードを有する半導体素子である。
【0006】
上記の駆動装置では、第1スイッチング素子をオン状態し、第1直流電源と接続部とを導通状態とした場合に、電流低減素子が、第2スイッチング素子が第2直流電源と接続部とを導通状態としたときに流れる電流と逆方向の電流を低減するため、接続部の電圧の絶対値が小さくなることが抑制される。
【0007】
電流低減素子は、第2スイッチング素子と接続部、又は、第2直流電源と第2スイッチング素子とを導通状態と非導通状態とに切替えると共に、導通状態としたときに流れる電流の向きを順方向とする寄生ダイオードを有するスイッチング素子であってもよい。この場合、第2スイッチング素子の寄生ダイオードの順方向と、電流低減素子の寄生ダイオードの順方向が逆向きになるように電流低減素子と第2スイッチング素子とが接続される。
【0008】
電流低減素子は、ダイオードであってもよい。この場合、第2スイッチング素子の寄生ダイオードの順方向と、電流低減素子のダイオードの順方向が逆向きになるように電流低減素子と第2スイッチング素子とが接続される。
【0009】
電流低減素子は、第1スイッチング素子よりも抵抗値の大きい抵抗素子であってもよい。また、一端が接続部に接続すると共に他端が接地されているキャパシタと、電圧駆動型素子のゲート抵抗と接続部とを導通状態と非導通状態とに切替えるゲート用スイッチング素子をさらに備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】実施例1の駆動装置の回路構成を示す概略図。
【図2】変形例の駆動装置の回路構成を示す概略図。
【図3】実施例2の駆動装置の回路構成を示す概略図。
【図4】実施例3の駆動装置の回路構成を示す概略図。
【図5】変形例の駆動装置の回路構成を示す概略図。
【図6】変形例の駆動装置の回路構成を示す概略図。
【図7】実施例4の駆動装置の回路構成を示す概略図。
【図8】変形例の駆動装置の回路構成を示す概略図。
【図9】変形例の駆動装置の回路構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本願に係る、電圧駆動型素子を駆動する駆動装置の実施形態を例示的に説明する。なお、本願に係る電圧駆動型素子は、絶縁ゲートを有する電圧駆動型スイッチング素子とすることができ、特にパワー半導体スイッチング素子とすることができる。パワー半導体スイッチング素子には、IGBT、MOSFET、サイリスタが含まれる。
【0012】
(第1実施形態)
本願に係る駆動装置では、電流低減素子は、第1スイッチング素子よりも抵抗値の大きい抵抗素子とすることができる。本実施形態に係る駆動装置を具現化した実施例について、以下、説明する。
【実施例1】
【0013】
図1は、実施例1に係る駆動装置10の回路構成を示す概略図である。駆動装置10は、電圧駆動型素子120の絶縁ゲートに接続される第1ゲート抵抗素子RD1および第2ゲート抵抗素子RD2と、第1ゲート用スイッチング素子MD1および第2ゲート用スイッチング素子MD2と、第1直流電源V1と、第1スイッチング素子M1と、第2直流電源V2と、第2スイッチング素子M2と、抵抗素子R2と、第1ゲート用スイッチング素子MD1の一端と第1スイッチング素子M1の一端と抵抗素子R2の一端が接続されている第1接続部101と、各スイッチング素子M1、M2、MD1、MD2を制御する制御ブロック130とを備えている。
【0014】
第1直流電源V1、第2直流電源V2、第1スイッチング素子M1、第2スイッチング素子M2、抵抗素子R2は、駆動電源を構成している。第1接続部101は、駆動電源に接続していると共に、第1ゲート用スイッチング素子MD1を介して電圧駆動型素子120のゲート抵抗部である第1ゲート抵抗素子RD1に接続している。第1直流電源V1および第2直流電源V2は、低電位側が接地され、かつ高電位側が第1接続部101側に接続されており、正電圧を出力する。第1直流電源V1および第2直流電源V2は、第1接続部101を介して電圧駆動型素子120に駆動電圧を供給して電圧駆動型素子120を駆動する。
【0015】
第1直流電源V1の出力電圧値は、第2直流電源V2の出力電圧値よりも大きい。第1直流電源V1は、第1スイッチング素子M1を介して第1接続部101と接続している。第2直流電源V2は、第2スイッチング素子M2と接続しており、第2スイッチング素子M2は、抵抗素子R2を介して第1接続部101と接続している。
【0016】
第1スイッチング素子M1は、寄生ダイオードを有する半導体素子であり、より具体的には、p型のMOSFETである。第1スイッチング素子M1のドレイン端子は第1接続部101に接続されており、ソース端子は第1直流電源V1に接続されている。第1スイッチング素子M1は、第1直流電源V1と第1接続部101とを導通状態と非導通状態とに切替える。具体的には、第1スイッチング素子M1のゲート端子に入力する電圧に応じて、第1スイッチング素子M1のソース端子とドレイン端子の間を導通状態と非導通状態とに切替える。第1スイッチング素子M1を非導通状態としたときに、第1スイッチング素子M1の寄生ダイオードの順方向は、第1接続部101から第1直流電源V1とへ向かう方向となる。すなわち、第1スイッチング素子M1の寄生ダイオードの順方向は、ドレイン端子からソース端子に向かう方向である。
【0017】
第2スイッチング素子M2も、第1スイッチング素子M1と同様、寄生ダイオードを有する半導体素子であり、本実施例では、p型のMOSFETを用いている。第2スイッチング素子M2のドレイン端子は、固定抵抗素子である抵抗素子R2を介して第1接続部101に接続されており、ソース端子は第2直流電源V2に接続されている。第2スイッチング素子M2は、第2直流電源V2と第1接続部101とを導通状態と非導通状態とに切替える。具体的には、第2スイッチング素子M2のゲート端子に入力する電圧に応じて、第2スイッチング素子M2のソース端子とドレイン端子の間を導通状態と非導通状態とに切替える。第2スイッチング素子M2を非導通状態としたときに、第2スイッチング素子M2の寄生ダイオードの順方向は、第1接続部101から第2直流電源V2へと向かう方向となる。
【0018】
第1ゲート抵抗素子RD1は、固定抵抗素子であり、一端が電圧駆動型素子120の絶縁ゲートに接続されており、他端が第1ゲート用スイッチング素子MD1に接続されている。第1ゲート抵抗素子RD1は、電圧駆動型素子120のゲート電流の充電速度を決定している。第2ゲート抵抗素子RD2は、固定抵抗素子であり、一端が電圧駆動型素子120の絶縁ゲートに接続されており、他端が第2ゲート用スイッチング素子MD2に接続されている。第2ゲート抵抗素子RD2は、電圧駆動型素子120のゲート電流の放電速度を決定している。抵抗素子R2の抵抗値は、第1ゲート抵抗素子RD1の抵抗値よりも十分小さく、第1スイッチング素子M1の抵抗値よりも十分大きい。
【0019】
第1ゲート用スイッチング素子MD1は、p型のMOSFETである。第1ゲート用スイッチング素子MD1は、ドレイン端子が第1ゲート抵抗素子RD1を介して電圧駆動型素子120の絶縁ゲートに接続されており、ソース端子が第1接続部101を介して駆動電源に接続されている。
【0020】
電圧駆動型素子120がターンオンするとき、第1スイッチング素子M1と第2スイッチング素子M2のいずれか一方がターンオンするとともに第1ゲート用スイッチング素子M1がターンオンすることによって、第1ゲート用スイッチング素子M1を介して駆動電源から正の駆動電圧が電圧駆動型素子120の絶縁ゲートに供給される。
【0021】
第2ゲート用スイッチング素子MD2は、n型のMOSFETであり、電圧駆動型素子120と接地端子の間に設けられている。第2ゲート用スイッチング素子MD2は、ドレイン端子が第2ゲート抵抗素子RD2を介して電圧駆動型素子120の絶縁ゲートに接続されており、ソース端子が接地端子に接続されている。電圧駆動型素子120がターンオフするとき、第2ゲート用スイッチング素子MD2がターンオンすることによって、第2ゲート用スイッチング素子MD2を介して電圧駆動型素子120の絶縁ゲートに接地電圧が供給される。
【0022】
制御ブロック130は、図示しない電子制御ユニット(ECU)から供給される制御信号に基づいて、第1スイッチング素子M1に駆動信号S10を出力し、第2スイッチング素子M2に駆動信号S20を出力し、第1ゲート用スイッチング素子MD1に駆動信号S30を出力し、第2ゲート用スイッチング素子MD2に駆動信号S40を出力する。
【0023】
次に、駆動装置10の動作を説明する。制御ブロック130から出力される駆動信号S10およびS30に基づいて第1スイッチング素子M1、第1ゲート用スイッチング素子MD1をオン状態とすると、第1直流電源V1から第1接続部101に、駆動電圧V1が供給される。この時、制御ブロック130から出力される駆動信号S20、S40に基づいて、第2スイッチング素子M2および第2ゲート用スイッチング素子MD2はオフ状態となっている。
【0024】
第2スイッチング素子M2は、第1接続部101側から第2直流電源V2側に向かう方向を順方向とする寄生ダイオードを備えているため、抵抗素子R2が接続されていない場合には、第1接続部101側から第2直流電源V2側に電流が流れて、第1接続部101の電圧VAが降下してしまう現象が起こる。本実施例では、抵抗素子R2が電流低減素子として用いられており、抵抗素子R2によって第1接続部101側から第2直流電源V2側に向かう電流を制限することができる。特に、本実施例では、抵抗素子R2の抵抗値が、第1スイッチング素子M1の抵抗値よりも十分大きくされている。このため、第2スイッチング素子M2が寄生ダイオードを備えていても、第1接続部101の電圧VAが降下することが抑制され、第1直流電源V1の電圧により近い値にすることができる。
【0025】
一方、制御ブロック130から出力される駆動信号S20に基づいて第2スイッチング素子M2をオン状態にして、駆動信号S30に基づいて第1ゲート用スイッチング素子MD1をターンオンすると、第2直流電源V2から、第2スイッチング素子M2、抵抗素子R2を経由して、第1接続部101に向かって電流が流れる。これによって、第2直流電源V2から第1接続部101に、駆動電圧V2が供給される。この時、制御ブロック130から出力される駆動信号S10、S40に基づいて、第1スイッチング素子M1および第2ゲート用スイッチング素子MD2はオフ状態となっている。なお、第1スイッチング素子M1、第2スイッチング素子M2の切り替えは、第1ゲート用スイッチング素子MD1のオン時に行ってもよいし、オフ時に行ってもよい。特に、本実施例では、抵抗素子R2の抵抗値が第1ゲート抵抗素子RD1の抵抗値よりも十分小さくされているため、第1接続部101の電圧VAを、第2直流電源V2の電圧とほぼ等しくすることができる。
【0026】
上記のとおり、本実施例に係る駆動装置によれば、電圧の異なる2つの直流電源を有する駆動電源を用いた場合でも、第1接続部101の電圧VAを高精度に切り替えて制御することができるので、電圧駆動型素子120のゲート電圧を高精度に制御できる。
【0027】
なお、本実施例に係る駆動装置は、第1接続部101と電圧駆動型素子120のゲートとの間に第1ゲート用スイッチング素子MD1と第1ゲート抵抗素子RD1のいずれか一方もしくは双方を含まない回路構成としてもよい。第1ゲート用スイッチング素子MD1を含まない場合、電圧駆動型素子120をターンオンするタイミングに合わせて、第1スイッチング素子M2または第2スイッチング素子M2をオン状態にすればよい。
【0028】
また、駆動装置は、出力電圧の相違する第2直流電源を2つ以上備えていてもよい。この場合、複数の第2直流電源のうち、出力電圧がより低い直流電源V2Lowに対応する電流低減素子としての抵抗素子の抵抗値R2Lowは、出力電圧がより高い直流電源V2Highに対応する電流低減素子としての抵抗素子の抵抗値R2Highよりも高いことが好ましい。直流電源V2Highが第1接続部に接続した場合に、第1接続部の電圧VAが低下することを抑制できる。
【0029】
また、上述した実施例では、第2直流電源V2に第2スイッチング素子M2を接続し、第2スイッチング素子M2を抵抗素子R2を介して第1接続部101に接続したが、第2直流電源V2に抵抗素子R2を接続し、抵抗素子R2を第2スイッチング素子M2を介して第1接続部101に接続するようにしてもよい。
【0030】
(変形例)
本願に係る駆動装置は、図2に示すように、電圧駆動型素子のオフ時の電圧を制御するオフ側の駆動電源をさらに備えていてもよい。
【0031】
図2に示す駆動装置11では、第2ゲート用スイッチング素子MD2は第2接続部102を介してオフ側の駆動電源に接続されている。オフ側の駆動電源は、第3直流電源V3と、第4直流電源V4と、第3スイッチング素子M3と、第4スイッチング素子M4と、抵抗素子R4を備えている。第3直流電源V3の高電位側は接地されており、低電位側は第3スイッチング素子M3を介して第2接続部102に接続されている。第4直流電源V4の高電位側は接地されており、低電位側は第4スイッチング素子M4および抵抗素子R4を介して第2接続部102に接続されている。第3直流電源V3の電圧値は、第4直流電源V4の電圧値よりも大きい。第3スイッチング素子M3および第4スイッチング素子M4は、n型のMOSFETであり、直流電源側V3、V4側から第2接続部102側に向かう方向を順方向とする寄生ダイオードを有している。第3スイッチング素子M3および第4スイッチング素子M4は、制御ブロック130から出力される駆動信号S50、駆動信号S60によって制御されている。その他の構成は、図1に示す駆動装置10と同様であるから、同一の参照番号を付すことによって重複説明を省略する。
【0032】
電圧駆動型素子120がターンオフするとき、第2ゲート用スイッチング素子MD2がターンオンすると共に第3スイッチング素子M3と第4スイッチング素子M4のいずれか一方をターンオンすることによって、第2ゲート用スイッチング素子MD2を介して電圧駆動型素子120の絶縁ゲートにオフ側の駆動電圧が供給される。第3スイッチング素子M3と第4スイッチング素子M4のオン/オフを制御することによって、第2接続部102に供給する負の駆動電圧を切り替えることができる。第4スイッチング素子M4をオフ状態にすると共に第3スイッチング素子M3をオン状態にする際には、第4スイッチング素子M4が寄生ダイオードを有していても、抵抗素子R4によって第4直流電源V4側から第2接続部102に向かう電流を制限することができる。このため、第2接続部102の電圧VBの絶対値が低下することを抑制でき、第3直流電源V3から供給される電圧(−V3)により近くすることができる。
【0033】
なお、図2に示す変形例においても、第1接続部101と電圧駆動型素子120のゲートとの間に第1ゲート用スイッチング素子MD1と第1ゲート抵抗素子RD1のいずれか一方または双方を含まない回路構成としてもよい。第1ゲート用スイッチング素子MD1を含まない場合、電圧駆動型素子120をターンオンするタイミングに合わせて、第1スイッチング素子M1または第2スイッチング素子M2をターンオンすればよい。また、第2接続部102と電圧駆動型素子120のゲートとの間に第2ゲート用スイッチング素子MD2と第2ゲート抵抗素子RD2のいずれか一方または双方を含まない回路構成としてもよい。第2ゲート用スイッチング素子MD2を含まない場合、電圧駆動型素子120をターンオフするタイミングに合わせて、第3スイッチング素子M3または第4スイッチング素子M4をオン状態にすればよい。
【実施例2】
【0034】
本願に係る駆動装置は、さらに、キャパシタを備えていてもよい。図3は、実施例2に係る駆動装置20の回路構成を示す概略図である。図3に示すように、駆動装置20は、キャパシタC1をさらに備えており、キャパシタC1の一方は第1接続部201及び抵抗素子R2に接続され、他方は接地されている。なお、キャパシタC1の容量は、電圧駆動型素子220のゲート容量よりも十分大きい。その他の構成は、図1に示す駆動装置10と同様であるから、同一の符号を付すことによって、もしくは、図1における100番台の参照番号を200番台に読み替えることによって、重複説明を省略する。
【0035】
図1に示す駆動装置10では、第1スイッチング素子M2がオフ状態で、かつ、第2スイッチング素子M2がオン状態のときに、第1ゲート用スイッチング素子MD1をターンオンすると、第2直流電源V2から第2スイッチング素子M2、抵抗素子R2及び第1接続部101を介して電圧駆動型素子のゲート側へ突入電流が流れ、第1接続部101の電圧が低下する。この際、抵抗素子R2の抵抗値が大きい場合には、第1接続部101の電圧低下が大きくなる。
【0036】
図3に示す駆動装置では、第1接続部101に接続するキャパシタC1を備えているため、第1ゲート用スイッチング素子MD1をオフ状態とした上で、第1スイッチング素子M2をオフ状態とすると共に第2スイッチング素子M2をオン状態とすると、第2直流電源V2から第2スイッチング素子M2及び抵抗素子R2を介してキャパシタC1に電荷が蓄積される。キャパシタC1に電荷が蓄積された状態から第1ゲート用スイッチング素子MD1をターンオンすると、キャパシタC1に蓄積された電荷が第1接続部201を介して電圧駆動型素子220のゲート側へ電流が流れ込む。キャパシタC1の容量が電圧駆動型素子220のゲート容量よりも十分大きい場合には、キャパシタC1から十分な電流が電圧駆動型素子220のゲート側へ流れるため、第2直流電源V2から第2スイッチング素子M2、抵抗素子R2及び第1接続部201を介して電圧駆動型素子のゲート側へ流れる電流量を抑制することができる。このため、第1接続部201の電圧が低下することを抑制できる。
【0037】
(第2実施形態)
本願に係る駆動装置では、電流低減素子は、ダイオードであり、第2スイッチング素子の寄生ダイオードの順方向と、電流低減素子のダイオードの順方向が逆向きになるように電流低減素子を接続することができる。本実施形態に係る駆動装置を具現化した実施例について、以下、説明する。
【実施例3】
【0038】
図4は、実施例3に係る駆動装置30の回路構成を示す概略図である。図4に示すように、実施例3に係る駆動装置30では、実施例1に係る駆動装置10における抵抗素子R2に代えて、ダイオードD2が設けられている。ダイオードD2は、第2スイッチング素子M2と第1接続部301との間に、第2スイッチング素子M2から第1接続部301に向かう方向が順方向となる向きで接続されている。その他の構成は、図1に示す駆動装置10と同様であるから、同一の符号を付すことによって、もしくは、図1における100番台の参照番号を300番台に読み替えることによって、重複説明を省略する。
【0039】
本実施例では、抵抗素子R2に代えて、ダイオードD2によって第1接続部301側から第2直流電源V2側に向かう電流を制限することができる。このため、第2スイッチング素子M2をオフ状態とすると共に第1スイッチング素子M1をオン状態としたときに、第1接続部301の電圧VAを、第1直流電源V1の電圧とほぼ等しくすることができる。本実施例のようにダイオードD2を用いた場合には、第1接続部301側から第2直流電源V2側に向かう電流が実質流れないようにすることができるため、電流低減素子として抵抗素子R2を用いる場合と比べて、第1接続部301の電圧VAを、第1直流電源V1の電圧により近づけることが可能となる。
【0040】
実施例1のように、電流低減素子として抵抗素子R2を用いる場合には、第1直流電源V1の電圧V1を第1接続部101に供給する際には、第1接続部101の電圧VAの低下を抑制するために、抵抗素子R2の抵抗値は大きい方が好ましい。一方、第2直流電源V2の電圧V2を第1接続部101に供給する際には、抵抗素子R2の抵抗値が大きいと、上述したように第1ゲート用スイッチング素子MD1をターンオンした瞬間の突入電流によって、第1接続部101の電圧VAが低下してしまう。このため、抵抗素子R2の抵抗値は小さい方が好ましい。さらに、2つ以上の第2直流電源を有する場合には、複数の第2直流電源のうち、出力電圧がより低い直流電源V2Lowに対応する抵抗素子の抵抗値R2Lowは、出力電圧がより高い直流電源V2Highに対応する抵抗素子の抵抗値R2Highよりも高いことが好ましい。このように、電流低減素子として抵抗素子R2を用いる場合には、抵抗素子R2の抵抗値を適宜設計する必要がある。本実施例においては、電流低減素子としてダイオードD2を用いているため、かかる抵抗素子の抵抗値の設計が不要となり、3つ以上の出力電圧が相違する直流電源を含む駆動電源を比較的容易に設計することができる。
【0041】
(変形例)
なお、本実施例に係る駆動装置では、第1接続部301と電圧駆動型素子320のゲートとの間に第1ゲート用スイッチング素子MD1と第1ゲート抵抗素子RD1のいずれか一方または双方を含まない回路構成としてもよい。例えば、図5に示す駆動装置31のように、第1接続部302と電圧駆動型素子320のゲートとの間に第1ゲート用スイッチング素子MD1を含まない回路構成とすることもできる。また、図6に示す駆動装置32のように、第1接続部303と電圧駆動型素子320のゲートとの間に第1ゲート用スイッチング素子MD1および第1ゲート抵抗素子RD1を含まない回路構成とすることもできる。駆動装置32では、抵抗素子RD11は、第1スイッチング素子M1と第1接続部303との間に接続されており、抵抗素子RD12は、ダイオードD2と第1接続部303との間に接続されている。実施例1等と同様に、第1ゲート用スイッチング素子MD1を含まない場合、電圧駆動型素子320をターンオンするタイミングに合わせて、第1スイッチング素子M2または第2スイッチング素子M2をターンオンすればよい。また、実施例1の変形例において説明したように、電圧駆動型素子のオフ時の電圧を制御するオフ側の駆動電源をさらに備えている駆動装置であってもよい。
【0042】
(第3実施形態)
本願に係る駆動装置では、電流低減素子は、第2スイッチング素子と第1接続部、又は、第2直流電源と第2スイッチング素子とを導通状態と非導通状態とに切替えると共に、導通状態としたときに流れる電流の向きを順方向とする寄生ダイオードを有するスイッチング素子とすることができる。この場合、電流低減素子であるスイッチング素子は、第2スイッチング素子の寄生ダイオードの順方向と、電流低減素子の寄生ダイオードの順方向とが逆向きになるように接続することができる。本実施形態に係る駆動装置を具現化した実施例について、以下、説明する。
【実施例4】
【0043】
図7は、実施例4に係る駆動装置40の回路構成を示す概略図である。図7に示すように、実施例4に係る駆動装置40では、実施例1に係る駆動装置10における抵抗素子R2に代えて(または実施例3に係る駆動装置30におけるダイオードD2に代えて)、スイッチング素子Mr2が設けられている。スイッチング素子Mr2は、第2スイッチング素子M2と第1接続部401との間に接続されている。スイッチング素子Mr2は、p型のMOSFETであり、寄生ダイオードを有している。スイッチング素子Mr2は、第2スイッチング素子M2から第1接続部401に向かう方向がスイッチング素子Mr2の寄生ダイオードの順方向となる向きで接続されている。制御ブロック430は、駆動信号S21によって第2スイッチング素子M2をオン/オフ制御し、駆動信号S22によってスイッチング素子Mr2をオン/オフ制御する。その他の構成は、図1に示す駆動装置10と同様であるから、同一の符号を付すことによって、もしくは、図1における100番台の参照番号を400番台に読み替えることによって、重複説明を省略する。
【0044】
本実施例では、スイッチング素子Mr2の寄生ダイオードよって第1接続部401側から第2直流電源V2側に向かう電流を制限することができる。このため、第1直流電源V1の電圧V1を第1接続部401に供給する場合に、第1接続部401の電圧VAを、第1直流電源V1の電圧V1とほぼ等しくすることができる。本実施例のようにスイッチング素子Mr2を用いた場合には、第1接続部401側から第2直流電源V2側に向かう電流が実質流れないようにすることができるため、電流低減素子として抵抗素子R2を用いる場合と比べて、第1接続部401の電圧VAを、第1直流電源V1の電圧V1により近づけることが可能となる。
【0045】
実施例3のように、電流低減素子としてダイオードD2を用いた場合には、第2直流電源V2の電圧V2を第1接続部301に供給する場合に、第1接続部301の電圧VAは、ダイオードD2の順方向電圧降下の分だけ第2直流電源V2の電圧よりも低くなる。ダイオードD2の順方向電圧降下は温度依存性があるため、駆動装置30が電圧駆動型素子320を駆動する速度が温度によって変化し、安定に駆動できない。本実施例においては、電流低減素子として、スイッチング素子Mr2を用いているため、第2スイッチング素子M2とスイッチング素子Mr2を同時にターンオンする制御を行うことによって、駆動装置40の温度が変化しても、電圧駆動型素子420を安定して駆動することができる。
【0046】
また、電流低減素子としてスイッチング素子Mr2を用い、その寄生ダイオードを利用して第1接続部401側から第2直流電源V2側に向かう電流を制限しているため、実施例3と同様に、3つ以上の出力電圧の相違する直流電源を含む駆動電源を比較的容易に設計することができる。
【0047】
(変形例)
なお、第1接続部401と電圧駆動型素子420のゲートとの間に第1ゲート用スイッチング素子MD1と第1ゲート抵抗素子RD1のいずれか一方または双方を含まない回路構成としてもよい。例えば、図8に示す駆動装置41のように、第1接続部402と電圧駆動型素子420のゲートとの間に第1ゲート用スイッチング素子MD1を含まない回路構成とすることもできる(図5に示す駆動装置31と同様)。図5に示す駆動装置31と同様に、第1ゲート用スイッチング素子MD1を含まない場合、電圧駆動型素子420をターンオンするタイミングに合わせて、第1スイッチング素子M1をターンオンし、あるいは、第2スイッチング素子M2及びスイッチング素子Mr2をターンオンすればよい。また、図9に示す駆動装置42のように、第1接続部403と電圧駆動型素子420のゲートとの間に第1ゲート用スイッチング素子MD1および第1ゲート抵抗素子RD1を含まない回路構成とすることもできる(図6に示す駆動装置32と同様)。駆動装置42では、抵抗素子RD11は、第1スイッチング素子M1と第1接続部403との間に接続されており、抵抗素子RD12は、スイッチング素子Mr2と第1接続部401との間に接続されている。また、実施例1の変形例において説明したように、電圧駆動型素子のオフ時の電圧を制御するオフ側の駆動電源をさらに備えている駆動装置であってもよい。
【0048】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【0049】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【0050】
10,11,20,30〜32,40〜42 駆動装置
101,201,301〜303,401〜403 第1接続部
102 第2接続部
120,220,320,420 電圧駆動型素子
130,230,330,430 制御ブロック
【特許請求の範囲】
【請求項1】
駆動電源と、電圧駆動型素子のゲートと駆動電源とに接続している接続部とを備え、駆動電源から接続部を介して電圧駆動型素子に駆動電圧を供給して電圧駆動型素子を駆動する駆動装置であって、
駆動電源は、複数の直流電源を備えており、
複数の直流電源のうち、最も出力電圧の絶対値が大きい第1直流電源は、第1スイッチング素子を介して接続部と接続しており、
複数の直流電源のうち、第1直流電源よりも出力電圧の絶対値が小さい1つ以上の第2直流電源の各々は、第2スイッチング素子および電流低減素子を介して接続部と接続しており、
第1スイッチング素子および第2スイッチング素子のそれぞれは、対応する直流電源と接続部とを導通状態と非導通状態とに切替えると共に、導通状態としたときに流れる電流と逆方向の電流の向きを順方向とする寄生ダイオードを有する半導体素子である、駆動装置。
【請求項2】
電流低減素子は、第2スイッチング素子と接続部、又は、第2直流電源と第2スイッチング素子とを導通状態と非導通状態とに切替えると共に、導通状態としたときに流れる電流の向きを順方向とする寄生ダイオードを有するスイッチング素子であり、
第2スイッチング素子の寄生ダイオードの順方向と、電流低減素子の寄生ダイオードの順方向とが逆向きになるように電流低減素子と第2スイッチング素子とが接続されている、請求項1に記載の駆動装置。
【請求項3】
電流低減素子は、ダイオードであり、
第2スイッチング素子の寄生ダイオードの順方向と、電流低減素子のダイオードの順方向とが逆向きになるように電流低減素子と第2スイッチング素子とが接続されている、請求項1に記載の駆動装置。
【請求項4】
電流低減素子は、第1スイッチング素子よりも抵抗値の大きい抵抗素子である、請求項1に記載の駆動装置。
【請求項5】
一端が接続部に接続すると共に他端が接地されているキャパシタと、
電圧駆動型素子のゲート抵抗部と接続部とを導通状態と非導通状態とに切替えるゲート用スイッチング素子をさらに備える、請求項4に記載の駆動装置。
【請求項1】
駆動電源と、電圧駆動型素子のゲートと駆動電源とに接続している接続部とを備え、駆動電源から接続部を介して電圧駆動型素子に駆動電圧を供給して電圧駆動型素子を駆動する駆動装置であって、
駆動電源は、複数の直流電源を備えており、
複数の直流電源のうち、最も出力電圧の絶対値が大きい第1直流電源は、第1スイッチング素子を介して接続部と接続しており、
複数の直流電源のうち、第1直流電源よりも出力電圧の絶対値が小さい1つ以上の第2直流電源の各々は、第2スイッチング素子および電流低減素子を介して接続部と接続しており、
第1スイッチング素子および第2スイッチング素子のそれぞれは、対応する直流電源と接続部とを導通状態と非導通状態とに切替えると共に、導通状態としたときに流れる電流と逆方向の電流の向きを順方向とする寄生ダイオードを有する半導体素子である、駆動装置。
【請求項2】
電流低減素子は、第2スイッチング素子と接続部、又は、第2直流電源と第2スイッチング素子とを導通状態と非導通状態とに切替えると共に、導通状態としたときに流れる電流の向きを順方向とする寄生ダイオードを有するスイッチング素子であり、
第2スイッチング素子の寄生ダイオードの順方向と、電流低減素子の寄生ダイオードの順方向とが逆向きになるように電流低減素子と第2スイッチング素子とが接続されている、請求項1に記載の駆動装置。
【請求項3】
電流低減素子は、ダイオードであり、
第2スイッチング素子の寄生ダイオードの順方向と、電流低減素子のダイオードの順方向とが逆向きになるように電流低減素子と第2スイッチング素子とが接続されている、請求項1に記載の駆動装置。
【請求項4】
電流低減素子は、第1スイッチング素子よりも抵抗値の大きい抵抗素子である、請求項1に記載の駆動装置。
【請求項5】
一端が接続部に接続すると共に他端が接地されているキャパシタと、
電圧駆動型素子のゲート抵抗部と接続部とを導通状態と非導通状態とに切替えるゲート用スイッチング素子をさらに備える、請求項4に記載の駆動装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【公開番号】特開2012−49946(P2012−49946A)
【公開日】平成24年3月8日(2012.3.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−191887(P2010−191887)
【出願日】平成22年8月30日(2010.8.30)
【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3月8日(2012.3.8)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年8月30日(2010.8.30)
【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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