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JP2006296119A - Drive circuit of semiconductor switching element - Google Patents

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JP2006296119A
JP2006296119A JP2005115529A JP2005115529A JP2006296119A JP 2006296119 A JP2006296119 A JP 2006296119A JP 2005115529 A JP2005115529 A JP 2005115529A JP 2005115529 A JP2005115529 A JP 2005115529A JP 2006296119 A JP2006296119 A JP 2006296119A
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Japan
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gate
circuit
power transistor
signal
semiconductor switching
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JP2005115529A
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Japanese (ja)
Inventor
Raita Nakanishi
雷太 中西
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Nichicon Corp
Original Assignee
Nichicon Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a drive fluctuation in an arm short circuit preventing circuit, and prevent a malfunction due to an external noise in a drive circuit of semiconductor switching elements. <P>SOLUTION: The drive circuit drives turnon/turnoff by connecting a switch between gates and emitters of the first and second semiconductor switching elements connected in series between output terminals of a DC power supply and inputting a control signal to the element. The drive circuit has a detector for detecting the control signal and a gate input signal in a off-state and short-circuiting between the gates and the emitters of the elements using the switch. The detector comprises a logic circuit, and does not detect a transition mode in which only the gate input signal transits to an on-state from a state that the control signal and the gate input signal are in the off-state. The gates and the emitters are continuously short-circuited in the transition mode. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体スイッチング素子をオンまたはオフする駆動回路に関するものである。   The present invention relates to a drive circuit for turning on or off a semiconductor switching element.

直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する電力変換回路として、インバータ回路が知られている。インバータ回路においては、2個の半導体スイッチング素子を直列接続した回路を、単相インバータの場合は2組、3相インバータの場合は3組を並列接続して、これらの並列回路を直流電源に接続している。
上記の2個の半導体スイッチング素子を直列接続した回路を、以下の説明においてアームと呼ぶ。例えば、単相インバータにおいては、U相、V相の2組のアームが直流電源に接続されており、3相インバータにおいては、U相、V相、W相の3組のアームが直流電源に接続されている。
さらに、各相アームの2個の半導体スイッチング素子のうち、直流電源の(+)側に接続されるスイッチング素子を「P側」の素子とよび、直流電源の(−)側に接続されるスイッチング素子を「N側」の素子と呼んで区別する。
An inverter circuit is known as a power conversion circuit that converts DC power into AC power and supplies it to a load. In the inverter circuit, connect two semiconductor switching elements in series, connect two sets of single-phase inverters in parallel and three sets of three-phase inverters, and connect these parallel circuits to a DC power supply. is doing.
A circuit in which the two semiconductor switching elements are connected in series is referred to as an arm in the following description. For example, in a single-phase inverter, two sets of U-phase and V-phase arms are connected to a DC power supply, and in a three-phase inverter, three sets of U-phase, V-phase, and W-phase arms are connected to a DC power supply. It is connected.
Further, of the two semiconductor switching elements of each phase arm, the switching element connected to the (+) side of the DC power supply is called the “P side” element, and the switching connected to the (−) side of the DC power supply. The elements are called “N-side” elements to distinguish them.

上記インバータ回路においては、各相アームの2個の半導体スイッチング素子が同時に導通すると電源短絡を引き起こすので、各相アームを同時にオンしないように制御する必要がある。
従って、各相のP側およびN側スイッチング素子を交互にスイッチングしてオンする際には、デッドタイムを設定して、両スイッチング素子がともにオフとなる期間を設けることで、同時にオンしないように制御されている。
In the above inverter circuit, if the two semiconductor switching elements of each phase arm are simultaneously turned on, a power supply short circuit is caused. Therefore, it is necessary to control each phase arm not to be turned on simultaneously.
Therefore, when the P-side and N-side switching elements of each phase are switched on and turned on alternately, a dead time is set and a period in which both switching elements are both off is provided so that they do not turn on at the same time. It is controlled.

図1に一般的な単相インバータ回路を示す。
図1の半導体スイッチング素子には、MOS入力型のパワートランジスタ3〜6(例えば、IGBT、FET)が用いられ、直流電源1の直流電力を交流電力に変換して負荷2に供給している。
この単相インバータ回路では、パワートランジスタ3、4がU相アーム、パワートランジスタ5、6がV相アームを構成し、パワートランジスタ3、5のP側素子が直流電源1の(+)端子、パワートランジスタ4、6のN側素子が直流電源1の(−)端子に接続されている。
パワートランジスタ3〜6のゲートとエミッタとの間には、それぞれゲート駆動回路7〜10が接続され、これらのゲート駆動回路により各パワートランジスタ3〜6のオン/オフを制御している。
FIG. 1 shows a general single-phase inverter circuit.
The semiconductor switching element of FIG. 1 uses MOS input type power transistors 3 to 6 (for example, IGBT, FET), and converts the DC power of the DC power source 1 into AC power and supplies it to the load 2.
In this single-phase inverter circuit, the power transistors 3 and 4 constitute a U-phase arm, the power transistors 5 and 6 constitute a V-phase arm, the P-side element of the power transistors 3 and 5 is the (+) terminal of the DC power source 1, the power The N-side elements of the transistors 4 and 6 are connected to the (−) terminal of the DC power supply 1.
Gate drive circuits 7 to 10 are respectively connected between the gates and emitters of the power transistors 3 to 6, and these gate drive circuits control on / off of the power transistors 3 to 6.

図2に従来のパワートランジスタのゲート駆動回路を示す。一例として、図1のゲート駆動回路7を示すが、ゲート駆動回路8〜10も同様の回路構成である。
ゲート駆動回路7は、パワートランジスタ3をオンするためのNPNトランジスタ11とオフするためのPNPトランジスタ12が直列接続され、この直列回路がパワートランジスタ3の駆動用電源13の両端に接続されている。
また、NPNトランジスタ11のコレクタは駆動用電源13の(+)極側、PNPトランジスタ12のエミッタは駆動用電源13の(−)極側に接続されている。
さらに、各トランジスタ11、12のベース端子には、制御端子14を介してパワートランジスタ3をオンまたはオフするための制御信号が供給される。
FIG. 2 shows a conventional gate drive circuit for a power transistor. As an example, the gate drive circuit 7 of FIG. 1 is shown, but the gate drive circuits 8 to 10 have the same circuit configuration.
In the gate drive circuit 7, an NPN transistor 11 for turning on the power transistor 3 and a PNP transistor 12 for turning off the power transistor 3 are connected in series, and this series circuit is connected to both ends of a power supply 13 for driving the power transistor 3.
The collector of the NPN transistor 11 is connected to the (+) pole side of the driving power supply 13, and the emitter of the PNP transistor 12 is connected to the (−) pole side of the driving power supply 13.
Further, a control signal for turning on or off the power transistor 3 is supplied to the base terminals of the transistors 11 and 12 via the control terminal 14.

上記のとおり、インバータの各相における上下アームを同時に導通させることは許されないため、どちらか一方のパワートランジスタはオンしないようにゲートとエミッタ間の電圧VGEを0にした状態で、他方のパワートランジスタをオン/オフしなければならない。
ところが、図1に示す単相インバータにおいて、U相アームのP側パワートランジスタ3がオフしている状態で、N側パワートランジスタ4がオン/オフすると、N側パワートランジスタ4のターンオン時にP側パワートランジスタ3のゲート電圧が過渡的に上昇し、これによってP側パワートランジスタ3もターンオンし、P側パワートランジスタ3とN側パワートランジスタ4が同時に導通してU相アーム短絡を引き起こす問題がある。
Since the upper and lower arms in each phase of the inverter are not allowed to conduct at the same time as described above, the other power transistor is set with the voltage VGE between the gate and the emitter being zero so that one of the power transistors is not turned on. Must be turned on / off.
However, in the single-phase inverter shown in FIG. 1, when the N-side power transistor 4 is turned on / off with the P-side power transistor 3 of the U-phase arm turned off, the P-side power is turned on when the N-side power transistor 4 is turned on. There is a problem in that the gate voltage of the transistor 3 rises transiently, which causes the P-side power transistor 3 to turn on, causing the P-side power transistor 3 and the N-side power transistor 4 to conduct simultaneously and causing a U-phase arm short circuit.

このような原因に起因したアーム短絡が発生する原因は以下のように説明できる。
図1に示すように、P側パワートランジスタ3とN側パワートランジスタ4の直列接続回路は直流電源1に接続されており、N側パワートランジスタ4のターンオン時にコレクタとエミッタ間の電圧が急激に減少するのにともない、P側パワートランジスタ3のコレクタとエミッタ間の電圧が急激に上昇する。
この際、P側パワートランジスタ3のゲートとエミッタ間の抵抗が充分に小さくないと、P側パワートランジスタ3のコレクタの急激な電位上昇が、P側パワートランジスタ3のコレクタとゲート間の寄生容量を通じてゲートに伝わり、ゲートの電位を急激に上昇させて、P側パワートランジスタ3を瞬間的に導通させてしまい、アーム短絡を引き起こす原因となってしまう。
The cause of the arm short circuit due to such a cause can be explained as follows.
As shown in FIG. 1, the series connection circuit of the P-side power transistor 3 and the N-side power transistor 4 is connected to the DC power source 1, and the voltage between the collector and the emitter decreases rapidly when the N-side power transistor 4 is turned on. As a result, the voltage between the collector and the emitter of the P-side power transistor 3 rapidly increases.
At this time, if the resistance between the gate and the emitter of the P-side power transistor 3 is not sufficiently small, a sudden rise in the potential of the collector of the P-side power transistor 3 is caused through the parasitic capacitance between the collector and the gate of the P-side power transistor 3. This is transmitted to the gate, and the potential of the gate is suddenly increased, and the P-side power transistor 3 is instantaneously turned on, causing an arm short circuit.

このような現象に起因したアーム短絡を防止するために、ゲート駆動回路7には、図2に示すようにパワートランジスタ3がオフしている間、ゲートとエミッタ間を短絡するためのスイッチとして、NMOS入力型のFET16を備えたアーム短絡防止回路17が設けられている。
このようなアーム短絡防止回路17の例として、制御端子14に供給される制御信号の立下りを所定時間遅延させるための信号遅延回路18を設け、パワートランジスタ3のゲートとエミッタ間を短絡するFET16をオン/オフする回路が提案されている(例えば特許文献1参照)。
特開2000−059189号公報
In order to prevent an arm short circuit due to such a phenomenon, the gate drive circuit 7 includes a switch for short-circuiting the gate and the emitter while the power transistor 3 is turned off as shown in FIG. An arm short circuit prevention circuit 17 including an NMOS input type FET 16 is provided.
As an example of such an arm short circuit prevention circuit 17, a signal delay circuit 18 for delaying the fall of the control signal supplied to the control terminal 14 for a predetermined time is provided, and an FET 16 that short-circuits between the gate and the emitter of the power transistor 3. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
JP 2000-059189 A

上記のアーム短絡防止回路について説明する。
図2の信号遅延回路18は、抵抗器19、コンデンサ20、およびNOR型ロジック素子21から構成され、NOR型ロジック素子21の一方の入力端子IN1に制御信号が供給され、他方の入力端子IN2には、抵抗器19とコンデンサ20によるCR時定数回路により遅延された制御信号が供給される。
図3は図2に示すゲート駆動回路7の各動作を示すタイムチャートである。時刻t1において、ハイレベルの制御信号が制御端子14に供給されると、NPNトランジスタ11がオンし、駆動用電源13からNPNトランジスタ11と抵抗器15を介してパワートランジスタ3のゲートへ電圧が印加され、ゲート電圧VGEの上昇により、パワートランジスタ3がターンオンする。
この時、同時にNOR型ロジック素子21の入力端子IN1にもハイレベルの制御信号が供給されるために、NOR型ロジック素子21はローレベルを出力し、その結果、FET16がオフしてパワートランジスタ3のゲートをエミッタから解放する。
The arm short circuit prevention circuit will be described.
The signal delay circuit 18 shown in FIG. 2 includes a resistor 19, a capacitor 20, and a NOR type logic element 21, and a control signal is supplied to one input terminal IN1 of the NOR type logic element 21, and the other input terminal IN2 is supplied with the control signal. Is supplied with a control signal delayed by a CR time constant circuit comprising a resistor 19 and a capacitor 20.
FIG. 3 is a time chart showing each operation of the gate drive circuit 7 shown in FIG. When a high-level control signal is supplied to the control terminal 14 at time t1, the NPN transistor 11 is turned on, and a voltage is applied from the driving power supply 13 to the gate of the power transistor 3 via the NPN transistor 11 and the resistor 15. As the gate voltage VGE increases, the power transistor 3 is turned on.
At this time, since a high level control signal is also supplied to the input terminal IN1 of the NOR type logic element 21, the NOR type logic element 21 outputs a low level. As a result, the FET 16 is turned off and the power transistor 3 is turned off. Release the gate from the emitter.

次に、時刻t2で制御端子14へ供給される制御信号がローレベルになると、NPNトランジスタ11がオフし、代わってPNPトランジスタ12がオンする。これにより、パワートランジスタ3のゲートが抵抗器15とPNPトランジスタ12を介して、パワートランジスタ3のエミッタへ接続され、ゲート電圧VGEが下降してパワートランジスタ3がターンオフする。
この時、同時にNOR型ロジック素子21の入力端子IN1に供給されていた制御信号もローレベルになるが、他の入力端子IN2には、信号遅延回路の残留電圧が印加されたままとなり、NOR型ロジック素子21はローレベル信号を出力し続ける。
この結果、FET16は依然としてオフ状態を維持することとなる。
Next, when the control signal supplied to the control terminal 14 becomes low level at time t2, the NPN transistor 11 is turned off, and the PNP transistor 12 is turned on instead. As a result, the gate of the power transistor 3 is connected to the emitter of the power transistor 3 via the resistor 15 and the PNP transistor 12, and the gate voltage VGE falls to turn off the power transistor 3.
At this time, the control signal supplied to the input terminal IN1 of the NOR type logic element 21 is also at a low level, but the residual voltage of the signal delay circuit is still applied to the other input terminal IN2, and the NOR type The logic element 21 continues to output a low level signal.
As a result, the FET 16 still maintains the off state.

時刻t3において、信号遅延回路18のコンデンサ20の放電にともなって、その端子電圧がNOR型ロジック素子21の入力しきい値Vthよりも低くなると、NOR型ロジック素子21がハイレベルの制御信号を出力して、FET16をオンし、パワートランジスタ3のゲートとエミッタ間を短絡する。
なお、時刻t2で制御信号がローレベルに変化してからコンデンサ20の端子電圧がしきい値Vth以下に低下するまでの時間は、信号遅延回路18の抵抗器19とコンデンサ20により決まる時定数を調整して、P側パワートランジスタ3のターンオフ動作終了から、N側パワートランジスタ4のターンオン動作開始までの時間とされる。
At time t3, when the terminal voltage of the capacitor 20 of the signal delay circuit 18 becomes lower than the input threshold value Vth of the NOR logic element 21, the NOR logic element 21 outputs a high level control signal. Then, the FET 16 is turned on, and the gate and emitter of the power transistor 3 are short-circuited.
Note that the time from when the control signal changes to low level at time t2 until the terminal voltage of the capacitor 20 drops below the threshold value Vth is a time constant determined by the resistor 19 and the capacitor 20 of the signal delay circuit 18. The time from the end of the turn-off operation of the P-side power transistor 3 to the start of the turn-on operation of the N-side power transistor 4 is adjusted.

次に、U相アームのN側パワートランジスタ4のターンオン動作が開始されると、N側パワートランジスタ4のコレクタとエミッタ間の電圧が急激に減少し、これにより時刻t4でP側パワートランジスタ3のコレクタとエミッタ間の電圧が急激に上昇する。
この電圧VCEの急激な上昇はP側パワートランジスタ3のコレクタとゲート間の浮遊容量を介してゲートに伝わり、ゲートとエミッタ間の電圧を急激に上昇させようとする。
ところが、N相パワートランジスタ4のターンオン動作を開始する前に、FET16をオンしてP側パワートランジスタ3のゲートとエミッタ間を短絡させているため、P側パワートランジスタ3のゲート電圧VGEは上昇せず、P側パワートランジスタ3はターンオンしない。これにより、U相アームのP側とN側のパワートランジスタ3、4の同時ターンオンによるアーム短絡は防止される。
Next, when the turn-on operation of the N-side power transistor 4 of the U-phase arm is started, the voltage between the collector and the emitter of the N-side power transistor 4 rapidly decreases, thereby causing the P-side power transistor 3 to turn off at time t4. The voltage between the collector and emitter rises rapidly.
This rapid rise in voltage VCE is transmitted to the gate via the stray capacitance between the collector and gate of the P-side power transistor 3, and attempts to rapidly raise the voltage between the gate and emitter.
However, before the turn-on operation of the N-phase power transistor 4 is started, the FET 16 is turned on to short-circuit the gate and the emitter of the P-side power transistor 3, so that the gate voltage VGE of the P-side power transistor 3 increases. In other words, the P-side power transistor 3 is not turned on. Thereby, an arm short circuit due to simultaneous turn-on of the power transistors 3 and 4 on the P side and the N side of the U-phase arm is prevented.

上記の半導体スイッチング素子の駆動回路7において、N相パワートランジスタ4のターンオン動作開始時、P側パワートランジスタ3のコレクタとエミッタ間の電圧VCE の急上昇(時刻t4)は、駆動回路を実装したプリント基板などを介してアーム短絡防止回路にノイズとして伝達される場合がある。
この際、コンデンサ20両端の電圧が上昇してしまい、NOR型ロジック素子21を誤動作させて、FET16をオフしてしまう。このため、N側パワートランジスタ4のゲートとエミッタ間の短絡が中断されることになり、ゲート電圧VGEが上昇してP側パワートランジスタ3もターンオンし、U相アームのP側とN側のパワートランジスタ3、4が同時にオンしてU相アームの短絡が発生する。このような現象に起因したアーム短絡を防止するための回路が提案されている(例えば特許文献2参照)。
特開2000−059189号公報
In the semiconductor switching element drive circuit 7 described above, when the turn-on operation of the N-phase power transistor 4 starts, the voltage VCE between the collector and the emitter of the P-side power transistor 3 suddenly rises (time t4). May be transmitted as noise to the arm short circuit prevention circuit via the above.
At this time, the voltage across the capacitor 20 rises, causing the NOR logic element 21 to malfunction and turn off the FET 16. For this reason, the short circuit between the gate and the emitter of the N-side power transistor 4 is interrupted, the gate voltage VGE rises and the P-side power transistor 3 is turned on, and the P-side and N-side powers of the U-phase arm are turned on. Transistors 3 and 4 are simultaneously turned on, causing a short circuit of the U-phase arm. A circuit for preventing an arm short circuit due to such a phenomenon has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
JP 2000-059189 A

上記のアーム短絡防止回路を用いた半導体スイッチング素子の駆動回路を図4に示す。図4のアーム短絡防止回路17において、コンデンサ20と並列にNMOS入力型FET22を接続し、NOR型ロジック素子21の出力端子とFET22のゲートとを接続することにより、N側パワートランジスタ4がターンオン動作に入る際、コンデンサ20の両端をFET22で短絡しておく。これにより、P側パワートランジスタ3のコレクタとエミッタ間の電圧VCEの急上昇によるノイズによって、コンデンサ20両端の電圧が上昇することなくアーム短絡を防止している。   FIG. 4 shows a drive circuit for a semiconductor switching element using the arm short circuit prevention circuit. In the arm short circuit prevention circuit 17 of FIG. 4, the NMOS input FET 22 is connected in parallel with the capacitor 20, and the output terminal of the NOR logic element 21 and the gate of the FET 22 are connected, whereby the N-side power transistor 4 is turned on. When entering, both ends of the capacitor 20 are short-circuited by the FET 22. As a result, the arm short circuit is prevented without increasing the voltage across the capacitor 20 due to noise caused by the sudden rise in the voltage VCE between the collector and emitter of the P-side power transistor 3.

しかしながら、上述した従来の半導体スイッチング素子の駆動回路では次のような課題がある。
図4のアーム短絡防止回路17における信号遅延回路18では、遅延時間を決める抵抗器19とコンデンサ20は、おのおの公差ばらつきを有している。
さらに、コンデンサ20は温度によって静電容量が変化するため、温度範囲まで考慮した信号遅延時間ばらつきは、±30〜40%に及ぶことがあり、実使用上好ましくない。
また、各相のP側およびN側パワートランジスタを交互にスイッチングしてオンする際には、デッドタイムを設定して上下アームがともにオフとなる期間を設けているが、信号遅延時間のばらつきを考慮するために、デッドタイムを長く設定する必要が生じるなど、制御プロセスにおける制約条件が発生する問題がある。
However, the conventional semiconductor switching element driving circuit described above has the following problems.
In the signal delay circuit 18 in the arm short circuit prevention circuit 17 shown in FIG. 4, the resistor 19 and the capacitor 20 that determine the delay time have tolerance variations.
Furthermore, since the capacitance of the capacitor 20 changes depending on the temperature, the signal delay time variation considering the temperature range may reach ± 30 to 40%, which is not preferable in practical use.
In addition, when the P-side and N-side power transistors of each phase are switched on and turned on alternately, a dead time is set and a period in which both the upper and lower arms are turned off is provided. There is a problem that a constraint condition in the control process occurs, for example, it is necessary to set a long dead time for consideration.

また、パワートランジスタ3のゲートとエミッタ間を短絡するためのFET16があらゆる外部ノイズによって誤動作することがないよう、フェールセーフに基づいた短絡防止回路であることが望ましい。   Further, it is desirable that the FET 16 for short-circuiting between the gate and emitter of the power transistor 3 is a short-circuit prevention circuit based on fail-safe so as not to malfunction due to any external noise.

以上のような問題があったため、直列接続された2つの半導体スイッチング素子によるインバータ回路のアーム短絡防止において、短絡防止回路の駆動タイミングばらつきを抑制するとともに、フェールセーフ機能を備えた半導体スイッチング素子の駆動回路が要求されていた。   Due to the problems described above, in the prevention of arm short circuit of the inverter circuit by two semiconductor switching elements connected in series, the drive timing variation of the short circuit prevention circuit is suppressed and the driving of the semiconductor switching element having a fail safe function is performed. A circuit was required.

本発明は、上記課題を解決するものであって、直流電源の出力端子間に直列接続した第1および第2の半導体スイッチング素子と、制御信号を入力することにより、上記素子をオン/オフ駆動する駆動回路とを有する半導体スイッチング素子の駆動回路において、
第1および第2の半導体スイッチング素子のゲートとエミッタ間にスイッチを接続し、
上記の制御信号と半導体スイッチング素子のゲート入力信号がともにオフ状態にあることを検出して、第1および第2の半導体スイッチング素子のゲートとエミッタ間を、上記スイッチをオンして短絡させる検出器を有することを特徴とする半導体スイッチング素子の駆動回路である。
The present invention solves the above-described problem, and the first and second semiconductor switching elements connected in series between the output terminals of the DC power source and the control signal are input to drive the elements on / off. In the drive circuit of the semiconductor switching element having the drive circuit to
A switch is connected between the gate and emitter of the first and second semiconductor switching elements;
A detector that detects that both the control signal and the gate input signal of the semiconductor switching element are in an OFF state, and shorts the gate and emitter of the first and second semiconductor switching elements by turning on the switch. It is a drive circuit of the semiconductor switching element characterized by having.

また、上記の検出器が論理回路で構成され、上記の制御信号とゲート入力信号がともにオフ状態から、ゲート入力信号のみがオン状態に移行する遷移モードを検出しないものとし、上記遷移モードでは半導体スイッチング素子のゲートとエミッタ間の短絡が継続して行われることを特徴とする半導体スイッチング素子の駆動回路である。   Further, the detector is configured by a logic circuit, and the transition mode in which only the gate input signal shifts from the off state to the on state is not detected from the control signal and the gate input signal. A short circuit between a gate and an emitter of a switching element is continuously performed.

さらに、上記の検出器に、上記の制御信号および/またはゲート入力信号のオン/オフ信号を検出する判定器が接続され、該判定器がヒステリシス機能を有し、上記2つの入力信号を判定するとともに、2つの入力信号のオフ信号判定基準をゼロ以上に設定したことを特徴とする半導体スイッチング素子の駆動回路である。   Further, the detector is connected to a detector for detecting the on / off signal of the control signal and / or the gate input signal, and the detector has a hysteresis function to determine the two input signals. In addition, the semiconductor switching element drive circuit is characterized in that the off signal determination criterion of two input signals is set to zero or more.

直列接続された2つの半導体スイッチング素子によるインバータ回路のアーム短絡防止において、制御信号とゲート入力信号のいずれもがオフ信号であることを検出して、半導体スイッチング素子のゲート・エミッタ間を短絡する方式をとるため、ゲート・エミッタ間を短絡する際の信号遅延時間を設定する必要がなく、駆動タイミングばらつきを生じることがない。
また、同相アームの他のスイッチング素子がターンオン動作を開始する際のノイズによって、半導体スイッチング素子のゲート入力信号がターンオンしても、アーム短絡防止回路内の検出器がこれを検出せず、継続して半導体スイッチング素子のゲートとエミッタ間を短絡し続けるため、アーム短絡を防止することができる。
さらに、制御信号および/またはゲート入力信号のオン/オフ信号を検出する判定器を有し、該判定器がヒステリシス機能を有し、上記2つの入力信号を判定するとともに、オフ信号判定基準をゼロ以上の値に設定することで、半導体のスイッチング時に信号ラインに重畳するノイズに対して誤動作を発生しにくくすることが可能となった。
A method of short-circuiting between the gate and emitter of a semiconductor switching element by detecting that both the control signal and the gate input signal are off signals in preventing arm short circuit of the inverter circuit by two semiconductor switching elements connected in series Therefore, it is not necessary to set a signal delay time when the gate and the emitter are short-circuited, and the drive timing does not vary.
Also, even if the gate input signal of the semiconductor switching element is turned on due to noise when other switching elements of the common-mode arm start turning on, the detector in the arm short circuit prevention circuit does not detect this and continues. Since the gate and the emitter of the semiconductor switching element are continuously short-circuited, an arm short circuit can be prevented.
Furthermore, it has a determiner that detects the ON / OFF signal of the control signal and / or the gate input signal, the determiner has a hysteresis function, determines the two input signals, and sets the OFF signal determination criterion to zero. By setting to the above values, it becomes possible to make it difficult for malfunction to occur with respect to noise superimposed on the signal line during semiconductor switching.

以下、本発明による実施例について、図面を参照して説明する。
[実施例1]
図5に、本発明の実施例によるパワートランジスタのゲート駆動回路を示す。これは、図1のゲート駆動回路7の記載例であるが、ゲート駆動回路8〜10も同様の回路構成である。
ゲート駆動回路7では、パワートランジスタ3をオンするためのNPNトランジスタ11とオフするためのPNPトランジスタ12が直列接続され、この直列回路がパワートランジスタ3の駆動用電源13の出力間に接続されている。
また、NPNトランジスタ11のコレクタは駆動用電源13の(+)極出力端子、PNPトランジスタ12のコレクタは駆動用電源13の(−)極出力端子に接続されている。
さらに、各トランジスタ11、12のベース端子には、制御端子14を介してパワートランジスタ3をオンまたはオフするための制御信号が供給される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[Example 1]
FIG. 5 shows a power transistor gate drive circuit according to an embodiment of the present invention. This is a description example of the gate drive circuit 7 of FIG. 1, but the gate drive circuits 8 to 10 have the same circuit configuration.
In the gate drive circuit 7, an NPN transistor 11 for turning on the power transistor 3 and a PNP transistor 12 for turning off the power transistor 3 are connected in series, and this series circuit is connected between outputs of the power supply 13 for driving the power transistor 3. .
The collector of the NPN transistor 11 is connected to the (+) pole output terminal of the driving power supply 13, and the collector of the PNP transistor 12 is connected to the (−) pole output terminal of the driving power supply 13.
Further, a control signal for turning on or off the power transistor 3 is supplied to the base terminals of the transistors 11 and 12 via the control terminal 14.

ゲート駆動回路7には、図5に示すようにパワートランジスタ3をオフしている間にゲートとエミッタ間を短絡するためのスイッチとして、NMOS入力型のFET16を備えたアーム短絡防止回路17が設けられている。
上記アーム短絡防止回路17について説明する。図5のアーム短絡防止回路17はNOR型ロジック素子21から構成され、NOR型ロジック素子21の一方の入力端子IN2に制御信号が供給され、他方の入力端子IN1には、パワートランジスタ3のゲート入力信号が供給される。
NOR型ロジック素子21の出力は、FET16のゲートに接続され、NOR型ロジック素子21で制御信号とゲート入力信号がともにローレベル(オフ状態)である期間を検出して、FET16により、パワートランジスタ3のゲート・エミッタ間を短絡して低インピーダンスとすることで、N側パワートランジスタのターンオン動作時にP側パワートランジスタのゲート・エミッタ間のVGE電圧が上昇してターンオンすることを防止している。
As shown in FIG. 5, the gate drive circuit 7 is provided with an arm short circuit prevention circuit 17 having an NMOS input type FET 16 as a switch for short-circuiting the gate and the emitter while the power transistor 3 is turned off. It has been.
The arm short circuit prevention circuit 17 will be described. The arm short circuit prevention circuit 17 shown in FIG. 5 includes a NOR logic element 21, a control signal is supplied to one input terminal IN 2 of the NOR logic element 21, and the gate input of the power transistor 3 is connected to the other input terminal IN 1. A signal is supplied.
The output of the NOR type logic element 21 is connected to the gate of the FET 16. The NOR type logic element 21 detects a period in which both the control signal and the gate input signal are at a low level (off state). By short-circuiting between the gate and emitter of the N-side power transistor, a low impedance is prevented, so that the VGE voltage between the gate and the emitter of the P-side power transistor is prevented from rising and turning on when the N-side power transistor is turned on.

図6は、図5に示すゲート駆動回路7の各動作を示すタイムチャートであり、時刻t1において、ハイレベル(オン状態)の制御信号が制御端子14に供給されるとNPNトランジスタ11がオンし、駆動用電源13からNPNトランジスタ11と抵抗器15を介してパワートランジスタ3のゲートへ電圧が印加され、ゲート電圧VGEの上昇により、パワートランジスタ3がターンオンする。
このとき、同時にNOR型ロジック素子21の入力端子IN2にもハイレベルの制御信号が供給されるために、NOR型ロジック素子21はローレベル信号を出力し、その結果、FET16がオフしてパワートランジスタ3のゲートをエミッタから解放する。
FIG. 6 is a time chart showing each operation of the gate drive circuit 7 shown in FIG. 5. When a high-level (on state) control signal is supplied to the control terminal 14 at time t1, the NPN transistor 11 is turned on. A voltage is applied from the driving power supply 13 to the gate of the power transistor 3 via the NPN transistor 11 and the resistor 15, and the power transistor 3 is turned on by the rise of the gate voltage VGE.
At this time, since a high level control signal is also supplied to the input terminal IN2 of the NOR type logic element 21, the NOR type logic element 21 outputs a low level signal. As a result, the FET 16 is turned off and the power transistor is turned off. Release the gate of 3 from the emitter.

次に、時刻t2で制御端子14へ供給される制御信号がローレベルになると、NPNトランジスタ11がオフし、PNPトランジスタ12がオンする。これにより、パワートランジスタ3のゲートが抵抗器15とPNPトランジスタ12を介して、パワートランジスタ3のエミッタへ導通し、ゲート電圧VGEが下降してパワートランジスタ3がターンオフする。
このとき、同時にNOR型ロジック素子21の入力端子IN2に供給されていた制御信号もローレベルになるが、他の入力端子IN1には、パワートランジスタ3のゲート入力信号の残留電圧が印加されたままとなり、NOR型ロジック素子21はローレベル信号を出力し続ける。
この結果、FET16は依然としてオフ状態を維持することとなる。
Next, when the control signal supplied to the control terminal 14 becomes low level at time t2, the NPN transistor 11 is turned off and the PNP transistor 12 is turned on. As a result, the gate of the power transistor 3 is conducted to the emitter of the power transistor 3 via the resistor 15 and the PNP transistor 12, and the gate voltage VGE is lowered to turn off the power transistor 3.
At this time, the control signal supplied to the input terminal IN2 of the NOR type logic element 21 is also at a low level, but the remaining voltage of the gate input signal of the power transistor 3 is still applied to the other input terminal IN1. Thus, the NOR type logic element 21 continues to output a low level signal.
As a result, the FET 16 still maintains the off state.

時刻t3において、パワートランジスタ3のゲート信号がNOR型ロジック素子21の入力しきい値Vthよりも低くなると、NOR型ロジック素子21がハイレベル信号を出力して、FET16をオンし、パワートランジスタ3のゲートとエミッタ間を短絡する。   At time t3, when the gate signal of the power transistor 3 becomes lower than the input threshold value Vth of the NOR type logic element 21, the NOR type logic element 21 outputs a high level signal, turns on the FET 16, and turns on the power transistor 3. Short circuit between gate and emitter.

次に、U相のN側のパワートランジスタ4のターンオン動作が開始されると、N側パワートランジスタ4のコレクタとエミッタ間の電圧が急激に減少し、これにより時刻t4でP側スイッチング素子3のコレクタとエミッタ間の電圧が急激に上昇する。
この電圧VCEの急激な上昇はP側パワートランジスタ3のコレクタとゲート間の浮遊容量を介してゲートに伝わり、ゲートとエミッタ間の電圧を急激に上昇させようとするが、N側パワートランジスタ4のターンオン動作を開始する前にFET16がオンしてP側パワートランジスタ3のゲートとエミッタ間を短絡させるため、P側パワートランジスタ3のゲート電圧VGEは上昇せず、P側パワートランジスタ3はターンオンしない。
これにより、U相アームのP側とN側のパワートランジスタ3、4の同時ターンオンによるアーム短絡は防止される。
Next, when the turn-on operation of the U-phase N-side power transistor 4 is started, the voltage between the collector and the emitter of the N-side power transistor 4 rapidly decreases, thereby causing the P-side switching element 3 to turn off at time t4. The voltage between the collector and emitter rises rapidly.
This rapid rise in voltage VCE is transmitted to the gate via the stray capacitance between the collector and gate of the P-side power transistor 3 and tries to rapidly increase the voltage between the gate and emitter. Before starting the turn-on operation, the FET 16 is turned on to short-circuit the gate and the emitter of the P-side power transistor 3, so that the gate voltage VGE of the P-side power transistor 3 does not rise and the P-side power transistor 3 does not turn on.
Thereby, an arm short circuit due to simultaneous turn-on of the power transistors 3 and 4 on the P side and the N side of the U-phase arm is prevented.

図7は、アーム短絡防止回路17における状態遷移表である。FET16のゲート信号を決定するのは、NOR型ロジック素子21の出力信号である。
NOR型ロジック素子21の一方の入力端子IN1には、パワートランジスタ3のゲート入力信号が供給され、他方の入力端子IN2には、制御信号が供給されているため、NOR型ロジック素子21の出力がハイレベル信号になる(すなわち、パワートランジスタ3のゲートとエミッタ間が短絡状態になる)のは、制御信号とパワートランジスタ3のゲート入力信号がともにローレベル信号の間だけである。
さらに、状態1〜4において、制御信号がL→L→H→Hと遷移するのに対し、パワートランジスタ3のゲート入力信号がL→H→H→Lと一状態ずつ遅れて遷移するのは、制御信号に対してゲート駆動回路のスイッチングが若干遅れるためである。
FIG. 7 is a state transition table in the arm short-circuit prevention circuit 17. It is the output signal of the NOR logic element 21 that determines the gate signal of the FET 16.
Since the gate input signal of the power transistor 3 is supplied to one input terminal IN1 of the NOR type logic element 21 and the control signal is supplied to the other input terminal IN2, the output of the NOR type logic element 21 is output. The high level signal (that is, the gate and emitter of the power transistor 3 are short-circuited) is only between the low level signal and the control signal and the gate input signal of the power transistor 3.
Furthermore, in the states 1 to 4, the control signal changes from L → L → H → H, whereas the gate input signal of the power transistor 3 changes from L → H → H → L one state at a time. This is because the switching of the gate driving circuit is slightly delayed with respect to the control signal.

[実施例2]
図8に、本発明の他の実施例によるパワートランジスタのゲート駆動回路を示す。
図8のゲート駆動回路7は、図5に対してさらに耐ノイズ性を向上させた回路構成としている。図8のアーム短絡防止回路17において、AND型ロジック素子22とINV型ロジック素子23を追加している。
AND型ロジック素子22の入力端子IN3には、パワートランジスタ3のゲート入力信号が接続され、もう一方の入力端子IN4には、NOR型ロジック素子21の出力信号をINV型ロジック素子23を介して接続している。
また、AND型ロジック素子22の出力信号は、NOR型ロジック素子21の入力端子IN1に接続している。
[Example 2]
FIG. 8 shows a gate drive circuit of a power transistor according to another embodiment of the present invention.
The gate drive circuit 7 of FIG. 8 has a circuit configuration with further improved noise resistance compared to FIG. In the arm short circuit prevention circuit 17 of FIG. 8, an AND type logic element 22 and an INV type logic element 23 are added.
The gate input signal of the power transistor 3 is connected to the input terminal IN3 of the AND type logic element 22, and the output signal of the NOR type logic element 21 is connected to the other input terminal IN4 via the INV type logic element 23. is doing.
Further, the output signal of the AND logic element 22 is connected to the input terminal IN 1 of the NOR logic element 21.

図8におけるゲート駆動回路7の各動作を示すタイムチャートを図9に示す。
時刻t1において、ハイレベル(オン状態)の制御信号が制御端子14に供給されるとNPNトランジスタ11がオンし、駆動用電源13からNPNトランジスタ11と抵抗器15を介してパワートランジスタ3のゲートへ電圧が印加され、ゲート電圧VGEの上昇により、パワートランジスタ3がターンオンする。
このとき、同時にNOR型ロジック素子21の入力端子IN2にもハイレベルの制御信号が供給されるために、NOR型ロジック素子21はローレベル信号(オフ状態)を出力し、その結果、FET16がオフしてパワートランジスタ3のゲートをエミッタから解放する。
FIG. 9 is a time chart showing each operation of the gate drive circuit 7 in FIG.
At time t 1, when a high level (ON state) control signal is supplied to the control terminal 14, the NPN transistor 11 is turned on, and the drive power supply 13 passes through the NPN transistor 11 and the resistor 15 to the gate of the power transistor 3. A voltage is applied, and the power transistor 3 is turned on by the rise of the gate voltage VGE.
At this time, since a high level control signal is also supplied to the input terminal IN2 of the NOR type logic element 21, the NOR type logic element 21 outputs a low level signal (off state), and as a result, the FET 16 is turned off. Thus, the gate of the power transistor 3 is released from the emitter.

次に、時刻t2で制御端子14へ供給される制御信号がローレベルになると、NPNトランジスタ11がオフし、代わってPNPトランジスタ12がオンする。
これにより、パワートランジスタ3のゲートが抵抗器15とPNPトランジスタ12を介して、パワートランジスタ3のエミッタへ導通し、ゲート電圧VGEが下降してパワートランジスタ3がターンオフする。
このとき、NOR型ロジック素子21の入力端子IN2に供給されていた制御信号はローレベルになるが、他の入力端子IN1にはAND型ロジック素子22の出力信号がハイレベル信号で印加された状態であるため、NOR型ロジック素子21はローレベル信号を出力し続ける。
この結果、FET16は依然としてオフ状態を維持することとなる。
Next, when the control signal supplied to the control terminal 14 becomes low level at time t2, the NPN transistor 11 is turned off, and the PNP transistor 12 is turned on instead.
As a result, the gate of the power transistor 3 is conducted to the emitter of the power transistor 3 via the resistor 15 and the PNP transistor 12, and the gate voltage VGE is lowered to turn off the power transistor 3.
At this time, the control signal supplied to the input terminal IN2 of the NOR logic element 21 is at a low level, but the output signal of the AND logic element 22 is applied as a high level signal to the other input terminal IN1. Therefore, the NOR type logic element 21 continues to output a low level signal.
As a result, the FET 16 still maintains the off state.

時刻t3において、パワートランジスタ3のゲート入力信号が、AND型ロジック素子21の入力しきい値Vthよりも低くなると、AND型ロジック素子22がローレベル信号を出力して、NOR型ロジック素子21の入力端子IN1に入力されるため、NOR型ロジック素子21の出力がハイレベル信号に反転してFET16をオンし、パワートランジスタ3のゲートとエミッタ間を短絡する。   When the gate input signal of the power transistor 3 becomes lower than the input threshold value Vth of the AND type logic element 21 at time t3, the AND type logic element 22 outputs a low level signal and the NOR type logic element 21 is input. Since the signal is input to the terminal IN1, the output of the NOR logic element 21 is inverted to a high level signal to turn on the FET 16, and the gate and emitter of the power transistor 3 are short-circuited.

次に、U相のN側のパワートランジスタ4のターンオン動作が開始されると、N側パワートランジスタ4のコレクタとエミッタ間の電圧が急激に減少し、これにより時刻t4でP側スイッチング素子3のコレクタとエミッタ間の電圧が急激に上昇する。
この電圧VCEの急激な上昇は、駆動回路を実装したプリント基板などを介してアーム短絡防止回路にノイズとして伝達される場合がある。特に、パワートランジスタに直接接続されているゲート入力端子からノイズが伝達されるケースに対して考慮しておかなければならない。
Next, when the turn-on operation of the U-phase N-side power transistor 4 is started, the voltage between the collector and the emitter of the N-side power transistor 4 rapidly decreases, thereby causing the P-side switching element 3 to turn off at time t4. The voltage between the collector and emitter rises rapidly.
This sudden rise in voltage VCE may be transmitted as noise to the arm short circuit prevention circuit via a printed circuit board on which a drive circuit is mounted. In particular, consideration must be given to the case where noise is transmitted from the gate input terminal directly connected to the power transistor.

そこで、図8に示すように、AND型ロジック素子22とINV型ロジック素子23を追加することにより、制御信号とパワートランジスタ3のゲート入力信号がともにローレベル信号の間は、パワートランジスタ3のゲート入力信号が先にハイレベル信号に変化してもこれを検出しない回路構成としている。
すなわち、制御信号とパワートランジスタ3のゲート入力信号がともにローレベル信号の間は、NOR型ロジック素子21の出力はハイレベルであり、これをINV型ロジック素子23でローレベルに反転して、AND型ロジック素子22のIN4に入力する。
したがって、AND型ロジック素子22のIN4入力信号がローレベルの間は、AND型ロジック素子22のIN3入力信号にノイズが入力して、しきい値Vthを越えたとしても、AND論理演算で受け付けられないため、AND型ロジック素子22の出力はローレベルから変化せず、NOR型ロジック素子21の出力が反転して誤動作することはない。
そして、正規のルールに従って、NOR型ロジック素子21のIN2入力がハイレベルに変化すると、NOR型ロジック素子21の出力がローレベルに反転し、FET16をオフしてパワートランジスタ3のゲートとエミッタ間を短絡から開放する。
すなわち、図7の状態遷移表において、制御信号とパワートランジスタ3のゲート入力信号がともにローレベルの間は、パワートランジスタ3のゲート入力信号が先にハイレベルに変化することはないという特性を利用して、耐ノイズ性を向上させたものである。
Therefore, as shown in FIG. 8, by adding an AND-type logic element 22 and an INV-type logic element 23, the gate of the power transistor 3 is between the control signal and the gate input signal of the power transistor 3 while both are low level signals. Even if the input signal first changes to a high level signal, this is not detected.
That is, while the control signal and the gate input signal of the power transistor 3 are both at the low level signal, the output of the NOR type logic element 21 is at the high level. Input to IN4 of the type logic element 22.
Therefore, while the IN4 input signal of the AND-type logic element 22 is at a low level, even if noise is input to the IN3 input signal of the AND-type logic element 22 and exceeds the threshold value Vth, it is accepted by the AND logic operation. Therefore, the output of the AND type logic element 22 does not change from the low level, and the output of the NOR type logic element 21 is not inverted and does not malfunction.
When the IN2 input of the NOR type logic element 21 changes to a high level according to a normal rule, the output of the NOR type logic element 21 is inverted to a low level, the FET 16 is turned off, and the power transistor 3 is connected between the gate and the emitter. Release from short circuit.
That is, in the state transition table of FIG. 7, when the control signal and the gate input signal of the power transistor 3 are both low, the characteristic that the gate input signal of the power transistor 3 does not change to the high level first is used. Thus, the noise resistance is improved.

[実施例3]
図10に、本発明の他の実施例によるパワートランジスタのゲート駆動回路を示す。図10のゲート駆動回路は、図8の回路構成に対して、さらに制御信号および/または半導体スイッチング素子のゲート入力信号を、ヒステリシス機能を有してオン/オフ信号を検出する判定器24を通してアーム短絡防止回路17に入力することで、耐ノイズ性能を向上させた回路構成としている。図11(a)、(b)に判定器24の内部構成図を示す。
図12(a)、(b)は各々、図11(a)、(b)の入出力動作を示すタイムチャートである。
図11(a)に示す回路構成では、ヒステリシス機能を有する反転増幅器25とINV型ロジック素子26を直列接続して構成され、反転増幅器25の(+)入力端子と出力端子間に抵抗器27、(+)入力端子とGND間に抵抗器28を接続している。
反転増幅器25の最大出力電圧をVomとし、抵抗器27、28を同じ抵抗値とした場合、図12(a)のタイムチャートに示すように、反転増幅器25の(−)入力端子の入力信号が上昇してVom/2を越えた場合(時刻t1)にはローレベル信号(オフ状態)からハイレベル信号(オン状態)に出力が反転し、逆に(−)入力端子の入力信号が低下してゼロに達した時点(時刻t2)で、ハイレベル信号からローレベル信号に出力が反転することになる。
すなわち、反転増幅器25の(−)入力端子にノイズが重畳しても、Vom/2を越えない範囲で、誤動作することはない。
図11(b)の判定器24は、反転増幅器25の(+)入力端子と出力端子間に抵抗器27、(+)入力端子とVref電圧間に抵抗器28が接続されている。
上記と同様、図12(b)のタイムチャートで確認すると、反転増幅器25の(−)入力端子の入力信号が上昇してVom/2を越えた場合(時刻t1)にはローレベル信号からハイレベル信号に出力が反転し、逆に(−)入力端子の入力信号がVrefよりも低下した時点(時刻t2)で、制御信号あるいは半導体スイッチング素子のゲート入力信号をローレベルと判定するしきい値を設定することが可能である。
[Example 3]
FIG. 10 shows a gate drive circuit for a power transistor according to another embodiment of the present invention. 10 further includes a control signal and / or a gate input signal of the semiconductor switching element through a determination unit 24 that has a hysteresis function and detects an on / off signal in addition to the circuit configuration of FIG. By inputting the signal to the short-circuit prevention circuit 17, the circuit configuration is improved in noise resistance. 11A and 11B show an internal configuration diagram of the determiner 24. FIG.
12 (a) and 12 (b) are time charts showing the input / output operations of FIGS. 11 (a) and 11 (b), respectively.
In the circuit configuration shown in FIG. 11A, an inverting amplifier 25 having a hysteresis function and an INV type logic element 26 are connected in series, and a resistor 27 is connected between the (+) input terminal and the output terminal of the inverting amplifier 25. A resistor 28 is connected between the (+) input terminal and GND.
When the maximum output voltage of the inverting amplifier 25 is Vom and the resistors 27 and 28 have the same resistance value, the input signal at the (−) input terminal of the inverting amplifier 25 is as shown in the time chart of FIG. When the voltage rises and exceeds Vom / 2 (time t1), the output is inverted from the low level signal (off state) to the high level signal (on state), and conversely, the input signal at the (−) input terminal decreases. When the signal reaches zero (time t2), the output is inverted from the high level signal to the low level signal.
That is, even if noise is superimposed on the (−) input terminal of the inverting amplifier 25, no malfunction occurs within a range not exceeding Vom / 2.
11B, a resistor 27 is connected between the (+) input terminal and the output terminal of the inverting amplifier 25, and a resistor 28 is connected between the (+) input terminal and the Vref voltage.
Similarly to the above, when checking the time chart of FIG. 12B, when the input signal at the (−) input terminal of the inverting amplifier 25 rises and exceeds Vom / 2 (time t1), the low level signal is changed to the high level signal. Threshold value for determining that the control signal or the gate input signal of the semiconductor switching element is low level when the output is inverted to the level signal and the input signal of the (−) input terminal is lower than Vref (time t2). Can be set.

例えば、(+)入力端子とGND間に抵抗器28を接続した図11(a)の場合、反転増幅器25の(−)入力端子が完全にゼロまで低下しないと反転増幅器25の出力信号はハイレベルに変化しない。
従って、図11(b)の回路構成をとり、ゼロよりも若干高い値(例えば0.5〜1V)にVrefを設定することで、反転増幅器25の(−)入力端子がローレベルに変化したことを確実に検出することが可能となる。
For example, in the case of FIG. 11A in which the resistor 28 is connected between the (+) input terminal and the GND, the output signal of the inverting amplifier 25 is high unless the (−) input terminal of the inverting amplifier 25 is completely reduced to zero. Does not change to level.
Therefore, by taking the circuit configuration of FIG. 11B and setting Vref to a value slightly higher than zero (for example, 0.5 to 1 V), the (−) input terminal of the inverting amplifier 25 is changed to a low level. This can be reliably detected.

さらに、抵抗器28の抵抗値(R2)を抵抗器27(R1)の抵抗値よりも高く設定することで、反転増幅器25の出力がローレベルからハイレベル信号に反転するしきい値(=Vom×R2/(R1+R2))をVom/2よりも高く設定することができ、反転増幅器25の(−)入力端子にノイズが重畳した場合に誤動作を防止できる電圧範囲を高く設定することも可能である。   Further, by setting the resistance value (R2) of the resistor 28 to be higher than the resistance value of the resistor 27 (R1), the threshold value (= Vom) at which the output of the inverting amplifier 25 is inverted from the low level to the high level signal. XR2 / (R1 + R2)) can be set higher than Vom / 2, and a voltage range that can prevent malfunction when noise is superimposed on the (−) input terminal of the inverting amplifier 25 can be set high. is there.

[実施例4]
図13に、本発明の他の実施例によるパワートランジスタのゲート駆動回路を示す。
図13のゲート駆動回路は、パワートランジスタを駆動するための駆動用電源13を15V電源とし、制御信号およびアーム短絡防止回路17などのロジック素子の駆動用電源を5V電源としたものである。
制御信号は、駆動用電源13側の判定器24を介してFET31で15V信号レベルに変換してNPNトランジスタ11、およびPNPトランジスタ12を駆動する。
また、パワートランジスタ3のゲート入力信号はレベルシフト回路32を用い、抵抗器33、34で分圧して5V信号レベルに変換したのち、判定器24に入力されている。このように信号レベルを変換することにより、パワートランジスタの駆動回路と信号処理回路の電圧信号レベルを分けて制御することが可能となる。
[Example 4]
FIG. 13 shows a gate drive circuit for a power transistor according to another embodiment of the present invention.
In the gate drive circuit of FIG. 13, the drive power supply 13 for driving the power transistor is a 15V power supply, and the drive power supply for logic elements such as the control signal and the arm short circuit prevention circuit 17 is a 5V power supply.
The control signal is converted to a 15 V signal level by the FET 31 via the determination unit 24 on the drive power supply 13 side, and the NPN transistor 11 and the PNP transistor 12 are driven.
The gate input signal of the power transistor 3 is divided by resistors 33 and 34 using a level shift circuit 32 and converted to a 5V signal level, and then input to the determiner 24. By converting the signal level in this way, the voltage signal levels of the power transistor drive circuit and the signal processing circuit can be controlled separately.

上記実施例においては、MOS入力型のパワートランジスタとしてIGBTを例にあげたが、FETに置き換えることもできる。この場合は、パワートランジスタのエミッタ端子をソース端子に置き換えればよい。   In the above embodiment, the IGBT is exemplified as the MOS input type power transistor, but it can be replaced with an FET. In this case, the emitter terminal of the power transistor may be replaced with the source terminal.

上記実施例におけるアーム短絡防止回路17の回路構成は他のロジック回路素子を用いて構成しても、トランジスタやFETによる回路構成としても実現できる。
例えば、上記実施例においては、制御信号とゲート入力信号をNOR型ロジック素子21に入力しているが、これを図14のように負論理回路35に置き換えることも可能である。
The circuit configuration of the arm short-circuit prevention circuit 17 in the above embodiment can be realized by using other logic circuit elements or a circuit configuration using transistors or FETs.
For example, in the above embodiment, the control signal and the gate input signal are input to the NOR type logic element 21, but it is also possible to replace them with the negative logic circuit 35 as shown in FIG.

単相インバータの電力変換回路を示す図である。It is a figure which shows the power converter circuit of a single phase inverter. 従来例による半導体スイッチング素子の駆動回路を示す図である。It is a figure which shows the drive circuit of the semiconductor switching element by a prior art example. 図2の駆動回路の各動作を示すタイムチャートである。3 is a time chart showing each operation of the drive circuit of FIG. 2. 他の従来例による半導体スイッチング素子の駆動回路を示す図である。It is a figure which shows the drive circuit of the semiconductor switching element by another prior art example. 本発明の実施例による半導体スイッチング素子の駆動回路を示す図である。It is a figure which shows the drive circuit of the semiconductor switching element by the Example of this invention. 図5の駆動回路の各動作を示すタイムチャートである。6 is a time chart illustrating each operation of the drive circuit of FIG. 5. 図5のアーム短絡防止回路の状態遷移表である。6 is a state transition table of the arm short circuit prevention circuit of FIG. 5. 本発明の他の実施例による半導体スイッチング素子の駆動回路を示す図である。It is a figure which shows the drive circuit of the semiconductor switching element by the other Example of this invention. 図8の駆動回路の各動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows each operation | movement of the drive circuit of FIG. 本発明の他の実施例による半導体スイッチング素子の駆動回路を示す図である。It is a figure which shows the drive circuit of the semiconductor switching element by the other Example of this invention. 図10の半導体スイッチング素子の駆動回路に内蔵される判定器を示す図である。It is a figure which shows the determination device incorporated in the drive circuit of the semiconductor switching element of FIG. 図11の判定器におけるタイムチャートである。It is a time chart in the determination device of FIG. 本発明の他の実施例による半導体スイッチング素子の駆動回路を示す図である。It is a figure which shows the drive circuit of the semiconductor switching element by the other Example of this invention. NORロジック回路素子の他のロジック回路を示す図である。It is a figure which shows the other logic circuit of a NOR logic circuit element.

符号の説明Explanation of symbols

1 直流電源
2 負荷
3 パワートランジスタ
4 パワートランジスタ
5 パワートランジスタ
6 パワートランジスタ
7 ゲート駆動回路
8 ゲート駆動回路
9 ゲート駆動回路
10 ゲート駆動回路
11 NPNトランジスタ
12 PNPトランジスタ
13 駆動用電源
14 制御端子
15 抵抗器
16 FET
17 アーム短絡防止回路
18 信号遅延回路
19 抵抗器
20 コンデンサ
21 NOR型ロジック素子
22 AND型ロジック素子
23 INV型ロジック素子
24 判定器
25 反転増幅器
26 INV型ロジック素子
27 抵抗器
28 抵抗器
29 入力端子
30 出力端子
31 FET
32 レベルシフト回路
33 抵抗器
34 抵抗器
35 NOR型ロジック回路素子の他の適用例
36 検出器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 DC power supply 2 Load 3 Power transistor 4 Power transistor 5 Power transistor 6 Power transistor 7 Gate drive circuit 8 Gate drive circuit 9 Gate drive circuit 10 Gate drive circuit 11 NPN transistor 12 PNP transistor 13 Drive power supply 14 Control terminal 15 Resistor 16 FET
17 Arm short circuit prevention circuit 18 Signal delay circuit 19 Resistor 20 Capacitor 21 NOR type logic element 22 AND type logic element 23 INV type logic element 24 Judgment device 25 Inverting amplifier 26 INV type logic element 27 Resistor 28 Resistor 29 Input terminal 30 Output terminal 31 FET
32 Level shift circuit 33 Resistor 34 Resistor 35 Other application example of NOR type logic circuit element 36 Detector

Claims (3)

直流電源の出力端子間に直列接続した第1および第2の半導体スイッチング素子と、制御信号を入力することにより、上記素子をオン/オフ駆動する駆動回路とを有する半導体スイッチング素子の駆動回路において、
第1および第2の半導体スイッチング素子のゲートとエミッタ間にスイッチを接続し、
上記の制御信号と半導体スイッチング素子のゲート入力信号がともにオフ状態にあることを検出して、第1および第2の半導体スイッチング素子のゲートとエミッタ間を、上記スイッチをオンして短絡させる検出器を有することを特徴とする半導体スイッチング素子の駆動回路。
In a semiconductor switching element drive circuit comprising first and second semiconductor switching elements connected in series between output terminals of a DC power supply, and a drive circuit for driving the elements on / off by inputting a control signal,
A switch is connected between the gate and emitter of the first and second semiconductor switching elements;
A detector that detects that both the control signal and the gate input signal of the semiconductor switching element are in an OFF state, and shorts the gate and emitter of the first and second semiconductor switching elements by turning on the switch. A drive circuit for a semiconductor switching element, comprising:
請求項1記載の検出器が論理回路で構成され、上記の制御信号とゲート入力信号がともにオフ状態から、ゲート入力信号のみがオン状態に移行する遷移モードを検出しないものとし、
上記遷移モードでは、半導体スイッチング素子のゲートとエミッタ間の短絡が継続して行われることを特徴とする半導体スイッチング素子の駆動回路。
The detector according to claim 1 is configured by a logic circuit and does not detect a transition mode in which only the gate input signal shifts from the off state to the on state.
In the transition mode, a short circuit between the gate and the emitter of the semiconductor switching element is continuously performed.
請求項1記載の検出器に、上記の制御信号および/またはゲート入力信号のオン/オフ信号を検出する判定器が接続され、該判定器がヒステリシス機能を有し、上記2つの入力信号レベルを判定するとともに、2つの入力信号のオフ信号判定基準をゼロ以上に設定したことを特徴とする半導体スイッチング素子の駆動回路。   A detector for detecting an ON / OFF signal of the control signal and / or the gate input signal is connected to the detector according to claim 1, the detector has a hysteresis function, and the two input signal levels are A driving circuit for a semiconductor switching element, characterized in that the off-signal determination criterion for two input signals is set to zero or more.
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