JP2010035387A - Gate drive device for voltage-type drive element - Google Patents
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Abstract
【課題】１つの直流電源でスイッチング素子を駆動するゲート駆動装置において、上下アームのドライブ回路に最適な駆動電圧を供給できるようにする。
【解決手段】上アーム側には、上アーム側スイッチング素子（11）と上アーム側ドライブ回路（12）とブートコンデンサ（C1）とダイオード（D1）とが設けられ、下アーム側には、下アーム側スイッチング素子（21）と下アーム側ドライブ回路（22）と直流電源（23）とが設けられる。下アーム側には、上アーム側のダイオード（D1）の電圧降下Ｖｆを補償するように、直流電源からの供給電圧に電圧降下Ｖｆを付与するダイオード（D2）が設けられる。
【選択図】図２In a gate drive device that drives a switching element with a single DC power supply, an optimum drive voltage can be supplied to a drive circuit of upper and lower arms.
An upper arm side switching element (11), an upper arm side drive circuit (12), a boot capacitor (C1), and a diode (D1) are provided on the upper arm side. An arm side switching element (21), a lower arm side drive circuit (22), and a DC power source (23) are provided. On the lower arm side, a diode (D2) that provides a voltage drop Vf to the supply voltage from the DC power supply is provided so as to compensate for the voltage drop Vf of the diode (D1) on the upper arm side.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、一つの直流電源で上下アームのスイッチング素子を駆動する電圧形駆動素子のゲート駆動装置に関するものである。 The present invention relates to a gate drive device for a voltage source drive element that drives switching elements of upper and lower arms with a single DC power source.
従来より、空気調和装置の圧縮機を駆動するモータの運転状態を制御するインバータ回路等では、上アーム及び下アームの各スイッチング素子をオン／オフさせるためのゲート駆動装置が用いられている。例えば特許文献１には、一つの直流電源で上下アームの電圧形駆動素子をそれぞれ駆動するゲート駆動装置（いわゆるブートストラップ回路）が開示されている。 Conventionally, in an inverter circuit or the like that controls an operating state of a motor that drives a compressor of an air conditioner, a gate driving device for turning on / off each switching element of an upper arm and a lower arm has been used. For example, Patent Document 1 discloses a gate driving device (a so-called bootstrap circuit) that drives the voltage source driving elements of the upper and lower arms with a single DC power source.
特許文献１に開示のゲート駆動装置では、上アーム側ドライブ回路と、下アーム側ドライブ回路と、下アーム側ドライブ回路に電圧を供給する直流電源とを備えている。また、ゲート駆動装置には、直流電源の電圧を充放電することで上アーム側ドライブ回路へ電圧を供給するブートコンデンサが設けられている。即ち、下アーム側スイッチング素子がオンされると、上記ブートコンデンサが充電される。この状態で上アーム側ドライブ回路へオン信号が出力されることで、上アームドライブ回路へ駆動電圧が供給され、上アーム側スイッチング素子がＯＮされる。 The gate drive device disclosed in Patent Document 1 includes an upper arm side drive circuit, a lower arm side drive circuit, and a DC power source that supplies a voltage to the lower arm side drive circuit. The gate driving device is provided with a boot capacitor that supplies a voltage to the upper arm side drive circuit by charging and discharging the voltage of the DC power supply. That is, when the lower arm side switching element is turned on, the boot capacitor is charged. When an ON signal is output to the upper arm drive circuit in this state, a drive voltage is supplied to the upper arm drive circuit, and the upper arm switching element is turned ON.
以上のように、特許文献１のゲート駆動装置では、上アーム側ドライブ回路へ駆動電圧を供給するためのブートコンデンサを設けることで、一つの直流電源で上下のアームのスイッチング素子をオン／オフさせることを可能としている。なお、特許文献１のゲート駆動装置では、直流電源側からブートコンデンサ側への電流の流れのみを許容するようにダイオードが設けられている。これにより、下アーム側スイッチング素子のオフ時において、上下のアームのスイッチング素子の中点とマイナス端子との間で電位差が発生した場合にも、中点からマイナス端子側へ電流が流れることが上記のダイオードによって阻止され、ブートコンデンサの放電が防止されている。
上記の特許文献１に開示のゲート駆動装置では、上述の如く、直流電源とブートコンデンサの間にダイオードを設ける必要がある。このため、直流電源からブートコンデンサへ電圧が供給される際には、ダイオードで電圧降下が生じてしまう。その結果、この電圧降下に起因してブートコンデンサの充電電圧が低くなり、上アーム側ドライブ回路の駆動電圧が低くなってしまう。その結果、上アーム側のスイッチング素子のオン抵抗が増大し、ひいてはオン損失が増大してしまうという問題が生じる。 In the gate drive device disclosed in Patent Document 1 described above, it is necessary to provide a diode between the DC power supply and the boot capacitor as described above. For this reason, when a voltage is supplied from the DC power supply to the boot capacitor, a voltage drop occurs in the diode. As a result, the charging voltage of the boot capacitor is lowered due to this voltage drop, and the drive voltage of the upper arm side drive circuit is lowered. As a result, there arises a problem that the on-resistance of the switching element on the upper arm side increases, and as a result, the on-loss increases.
一方、このようなダイオードの電圧降下を考慮して、直流電源の電圧値を比較的高めに設定することも考え得る。しかしながら、この場合には、駆動電圧が下アーム側スイッチング素子の上限電圧値を越えてしまい、動作不良を招いてしまうという別の問題が生じてしまう。 On the other hand, in consideration of such a voltage drop of the diode, it is conceivable to set the voltage value of the DC power supply relatively high. However, in this case, another problem arises that the drive voltage exceeds the upper limit voltage value of the lower arm side switching element, resulting in malfunction.
また、インバータ回路に用いられるスイッチング素子としては、ＳｉＣ（Silicon Carbite）のような材料を用いたワイドバンドギャップ半導体が盛んに開発されており、低損失で耐熱性が高い等の特性から上記のスイッチング素子としての応用が期待されている。とりわけ、ＳｉＣを用いた半導体素子は、ＭＯＳＦＥＴ構造とするよりも接合型電界効果トランジスタ（以下、ＪＦＥＴと略記する。JFET：Junction Field Effect Transistor）構造とした方がオン抵抗を小さくしやすい。このため、上記の特許文献１に開示されているようなゲート駆動装置についても、ＪＦＥＴから成るスイッチング素子への適用が望まれる。 As switching elements used in inverter circuits, wide bandgap semiconductors using materials such as SiC (Silicon Carbite) have been actively developed, and the switching described above due to characteristics such as low loss and high heat resistance. Application as an element is expected. In particular, a semiconductor element using SiC has a junction field effect transistor (hereinafter abbreviated as JFET: JFET: Junction Field Effect Transistor) structure more easily than an MOSFET structure. For this reason, the gate drive device disclosed in the above-mentioned Patent Document 1 is also desired to be applied to a switching element made of JFET.
ところが、ＪＦＥＴは、そのゲート駆動電圧が例えば３Ｖ程度であり、上記ＭＯＳＦＥＴ等のゲート駆動電圧（例えば１５Ｖ）と比較して、ゲート駆動電圧が低い特性を有する。このため、ＪＦＥＴを用いたゲート駆動装置において、上記の如く、直流電源からブートコンデンサへ電圧（例えば３．０Ｖ）が供給される際にダイオードで電圧降下（例えば０．７Ｖ）が生じると、ゲート駆動電圧に対するダイオードの電圧降下の影響が大きくなり、スイッチング素子のオン抵抗の増大もより顕著となってしまう。 However, the JFET has a gate drive voltage of about 3 V, for example, and has a characteristic that the gate drive voltage is lower than the gate drive voltage (for example, 15 V) of the MOSFET or the like. For this reason, in the gate drive device using JFET, when a voltage drop (eg, 0.7 V) occurs in the diode when a voltage (eg, 3.0 V) is supplied from the DC power source to the boot capacitor as described above, The influence of the voltage drop of the diode on the driving voltage becomes large, and the increase in the on-resistance of the switching element becomes more remarkable.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、１つの直流電源でスイッチング素子を駆動するゲート駆動装置において、上下アームのドライブ回路に最適な駆動電圧を供給できるようにすることである。 The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide an optimum drive voltage to the drive circuits of the upper and lower arms in a gate drive device that drives a switching element with a single DC power supply. That is.
第１の発明は、上アーム側スイッチング素子（11）を駆動する上アーム側ドライブ回路（12）と、下アーム側スイッチング素子（21）を駆動する下アーム側ドライブ回路（22）と、該下アーム側ドライブ回路（22）に電圧を供給する直流電源（23）と、該直流電源（23）から供給される電圧を充放電することで上記上アーム側ドライブ回路（12）へ電圧を供給するブートコンデンサ（C1）と、上記直流電源（23）側から上記ブートコンデンサ（C1）側への電流の流れのみを許容するダイオード（D1）とを備えた電圧形駆動素子のゲート駆動装置を対象とし、上記下アーム側には、上アーム側の上記ダイオード（D1）の電圧降下を補償するように、上記直流電源（23）から下アーム側ドライブ回路（22）へ供給される電圧に対して所定の電圧降下を付与する電圧降下手段（D2,R5,ZD3）が設けられていることを特徴とするものである。 The first invention comprises an upper arm side drive circuit (12) for driving the upper arm side switching element (11), a lower arm side drive circuit (22) for driving the lower arm side switching element (21), A DC power source (23) that supplies a voltage to the arm side drive circuit (22), and a voltage is supplied to the upper arm side drive circuit (12) by charging and discharging the voltage supplied from the DC power source (23). Targeting a gate drive device of a voltage source drive element comprising a boot capacitor (C1) and a diode (D1) that allows only a current flow from the DC power supply (23) side to the boot capacitor (C1) side The lower arm side has a predetermined voltage with respect to the voltage supplied from the DC power source (23) to the lower arm side drive circuit (22) so as to compensate for the voltage drop of the diode (D1) on the upper arm side. A voltage drop of It is characterized in that the voltage drop means (D2, R5, ZD3) is provided.
第１の発明のゲート駆動装置では、上アーム側にスイッチング素子（11）とドライブ回路（12）とブートコンデンサ（C1）とダイオード（D1）とが設けられ、下アーム側にスイッチング素子（21）とドライブ回路（22）と直流電源（23）とが設けられる。このゲート駆動装置では、直流電源（23）から下アーム側ドライブ回路（22）へ駆動電圧が供給される。また、上アーム側のブートコンデンサ（C1）には、直流電源（23）からダイオード（D1）を介して電圧が供給される。これにより、ブートコンデンサ（C1）には、上アーム側ドライブ回路（12）への駆動電圧が充電される。 In the gate drive device of the first invention, a switching element (11), a drive circuit (12), a boot capacitor (C1) and a diode (D1) are provided on the upper arm side, and the switching element (21) is provided on the lower arm side. And a drive circuit (22) and a DC power supply (23). In this gate drive device, a drive voltage is supplied from the DC power supply (23) to the lower arm drive circuit (22). In addition, a voltage is supplied from the DC power supply (23) to the boot capacitor (C1) on the upper arm side via the diode (D1). Thereby, the boot capacitor (C1) is charged with the drive voltage to the upper arm side drive circuit (12).
以上のような構成のゲート駆動装置では、ブートコンデンサ（C1）の放電を阻止するようにダイオード（D1）が設けられている。このため、上アーム側のダイオード（D1）では、直流電源（23）からブートコンデンサ（C1）へ供給される電圧が降下してしまう。そこで、本発明では、このようなダイオード（D1）の電圧降下を下アーム側でも補償するように、下アーム側に電圧降下手段（D2,R5,ZD3）が設けられる。この電圧降下手段（D2,R5,ZD3）により、下アーム側では、直流電源（23）から下アーム側ドライブ回路（22）へ供給される電圧に対して所定の電圧降下が付与される。これにより、本発明では、上アーム側ドライブ回路（12）の駆動電圧と、下アーム側ドライブ回路（22）の駆動電圧とをバランスさせることができる。 In the gate drive device configured as described above, the diode (D1) is provided so as to prevent the boot capacitor (C1) from being discharged. For this reason, in the diode (D1) on the upper arm side, the voltage supplied from the DC power supply (23) to the boot capacitor (C1) drops. Therefore, in the present invention, the voltage drop means (D2, R5, ZD3) is provided on the lower arm side so as to compensate such a voltage drop of the diode (D1) also on the lower arm side. By this voltage drop means (D2, R5, ZD3), a predetermined voltage drop is given to the voltage supplied from the DC power supply (23) to the lower arm drive circuit (22) on the lower arm side. Thereby, in this invention, the drive voltage of the upper arm side drive circuit (12) and the drive voltage of the lower arm side drive circuit (22) can be balanced.
第２の発明は、第１の発明において、上記直流電源（23）の電圧値は、上アーム側ドライブ回路（12）の最適駆動電圧に上アーム側のダイオード（D1）の電圧降下量を加えた値以上に設定されていることを特徴とするものである。 According to a second aspect, in the first aspect, the voltage value of the DC power source (23) is obtained by adding the voltage drop amount of the upper arm side diode (D1) to the optimum drive voltage of the upper arm side drive circuit (12). It is characterized by being set to be equal to or greater than the specified value.
第２の発明では、直流電源（23）の電圧値が、上アーム側のダイオード（D1）の電圧降下量を考慮して設定される。つまり、本発明の直流電源（23）の電圧値は、上アーム側ドライブ回路（12）の最適な駆動電圧に、ダイオード（D1）の電圧降下量を加えた値以上に設定される。このため、直流電源（23）からブートコンデンサ（C1）へ電圧が供給される際、ダイオード（D1）で電圧降下が生じても、ブートコンデンサ（C1）に所望とする駆動電圧を充電させることができる。また、このようにして直流電源（23）の電圧値を高めに設定したとしても、直流電源（23）から下アーム側ドライブ回路（22）へ供給される電圧は電圧降下手段（D2,R5,ZD3）により降下するので、下アーム側ドライブ回路（22）の駆動電圧が過剰となることも回避できる。 In the second invention, the voltage value of the DC power supply (23) is set in consideration of the voltage drop amount of the diode (D1) on the upper arm side. That is, the voltage value of the DC power supply (23) of the present invention is set to be equal to or greater than the value obtained by adding the voltage drop amount of the diode (D1) to the optimum drive voltage of the upper arm side drive circuit (12). Therefore, when a voltage is supplied from the DC power supply (23) to the boot capacitor (C1), the boot capacitor (C1) can be charged with the desired drive voltage even if a voltage drop occurs in the diode (D1). it can. Even if the voltage value of the DC power supply (23) is set higher, the voltage supplied from the DC power supply (23) to the lower arm side drive circuit (22) is the voltage drop means (D2, R5, ZD3) lowers the drive voltage of the lower arm side drive circuit (22).
第３の発明は、第１又は第２の発明において、上記上アーム側スイッチング素子（11）及び上記下アーム側スイッチング素子（21）は、ノーマリオフ接合型電界効果トランジスタで構成されていることを特徴とするものである。 According to a third invention, in the first or second invention, the upper arm side switching element (11) and the lower arm side switching element (21) are configured by normally-off junction field effect transistors. It is what.
第３の発明では、上下アームのスイッチング素子（11,21）が、ノーマリオフ接合型電界効果トランジスタ（いわゆる、ＪＦＥＴ）で構成される。これにより、本発明のゲート駆動装置では、例えばＭＯＳＦＥＴ構造のスイッチング素子を採用する場合と比較して、オン抵抗が低減される。一方、ＪＦＥＴは、ＭＯＳＦＥＴと比較すると、ゲート駆動電圧が低い特性を有しているため、上記のダイオードで電圧降下が生じた場合には、ＭＯＳＦＥＴよりもゲート駆動電圧に対する電圧降下の影響が大きくなり、電圧降下に起因するオン抵抗の増大も顕著となってしまう。 In the third invention, the switching elements (11, 21) of the upper and lower arms are constituted by normally-off junction field effect transistors (so-called JFETs). Thereby, in the gate drive device of the present invention, the on-resistance is reduced as compared with the case where a switching element having a MOSFET structure is employed, for example. On the other hand, the JFET has a characteristic that the gate drive voltage is lower than that of the MOSFET. Therefore, when the voltage drop occurs in the above diode, the influence of the voltage drop on the gate drive voltage becomes larger than the MOSFET. In addition, an increase in on-resistance due to a voltage drop becomes remarkable.
しかしながら、本発明では、上記の如く下アーム側に電圧降下手段（D2,R5,ZD3）を設けているので、上下のドライブ回路（12,22）の駆動電圧をバランスさせて、両者のドライブ回路（12,22）へ最適な駆動電圧を供給することができる。その結果、スイッチング損失の小さなゲート駆動装置を提供することができる。 However, in the present invention, since the voltage drop means (D2, R5, ZD3) is provided on the lower arm side as described above, the drive voltages of the upper and lower drive circuits (12, 22) are balanced, and both drive circuits The optimum drive voltage can be supplied to (12, 22). As a result, a gate driving device with small switching loss can be provided.
第４の発明は、第１乃至第３のいずれか１つにおいて、上記上アーム側のダイオード（D1）は、ＰＮ接合ダイオードで構成されていることを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the upper arm side diode (D1) is a PN junction diode.
第４の発明では、ブートコンデンサ（C1）の放電を阻止するためのダイオードとして、ＰＮ接合ダイオードが用いられる。このＰＮ接合ダイオードは、電圧降下が比較的高い特性を有している。このため、本発明の電圧降下手段（D2,R5,ZD3）を設けない場合には、上アーム側の駆動電圧と下アーム側の駆動電圧との差が一層大きくなってしまう。しかしながら、本発明では、下アーム側に電圧降下手段（D2,R5,ZD3）を設けているので、このようなアンバランスを確実に解消でき、両者のドライブ回路（12,22）へ最適な駆動電圧を供給することができる。 In the fourth invention, a PN junction diode is used as a diode for preventing the boot capacitor (C1) from discharging. This PN junction diode has a characteristic that the voltage drop is relatively high. For this reason, when the voltage drop means (D2, R5, ZD3) of the present invention is not provided, the difference between the drive voltage on the upper arm side and the drive voltage on the lower arm side is further increased. However, in the present invention, since the voltage drop means (D2, R5, ZD3) is provided on the lower arm side, such an imbalance can be surely eliminated, and the drive circuit (12, 22) of both is optimally driven. A voltage can be supplied.
本発明では、上アーム側のダイオード（D1）の電圧降下を補償するように、下アーム側の駆動電圧に所定の電圧降下を付与する電圧降下手段（D2,R5,ZD3）を設けるようにしている。これにより、本発明によれば、上下アームの駆動電圧のアンバランスを解消することができ、このような電圧降下を考慮した電圧を両者のドライブ回路（12,22）へ供給することができる。これにより、各スイッチング素子（11,21）のオン抵抗の増大、並びにオン損失の増大を防止できる。また、両者のスイッチング素子（11,21）の駆動電圧が所定の上限電圧値を越えてしまうことを回避でき、これらのスイッチング素子（11,21）を確実に動作させることができる。 In the present invention, voltage drop means (D2, R5, ZD3) for applying a predetermined voltage drop to the drive voltage on the lower arm side is provided so as to compensate for the voltage drop of the diode (D1) on the upper arm side. Yes. Thus, according to the present invention, it is possible to eliminate the imbalance between the driving voltages of the upper and lower arms, and to supply a voltage in consideration of such a voltage drop to both drive circuits (12, 22). Thereby, it is possible to prevent an increase in on-resistance and an increase in on-loss of each switching element (11, 21). Moreover, it can avoid that the drive voltage of both switching elements (11, 21) exceeds a predetermined upper limit voltage value, and can operate these switching elements (11, 21) reliably.
特に、第２の発明では、ダイオード（D1）の電圧降下を考慮して直流電源（23）の電圧値を設定しているので、両者のドライブ回路（12,22）の駆動電圧が最適な駆動電圧を下回ってしまうことを確実に回避できる。 In particular, in the second invention, since the voltage value of the DC power supply (23) is set in consideration of the voltage drop of the diode (D1), the drive voltages of both drive circuits (12, 22) are optimally driven. It can be surely avoided that the voltage falls below the voltage.
更に、第３の発明では、各スイッチング素子（11,21）としてＪＦＥＴを採用しているので、スイッチング損失の低減を図りつつ、且つこれらのスイッチング素子のオン抵抗の低下を確実に回避できる。また、第４の発明では、電圧降下が比較的高くなるＰＮ接合型のダイオード（D1）において、このダイオード（D1）の電圧降下を補償して上下のドライブ回路（12,22）の駆動電圧をバランスさせることができる。 Furthermore, in the third invention, since the JFET is adopted as each switching element (11, 21), it is possible to surely avoid the reduction of the on-resistance of these switching elements while reducing the switching loss. In the fourth invention, in the PN junction type diode (D1) in which the voltage drop is relatively high, the voltage drop of the diode (D1) is compensated to drive the drive voltages of the upper and lower drive circuits (12, 22). Can be balanced.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following embodiments are essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present invention, its application, or its use.
《発明の実施形態１》
本発明の実施形態１に係るゲート駆動装置（10）は、電力変換装置（1）に搭載されている。電力変換装置（1）は、空気調和装置や冷凍装置等の冷媒回路に接続される圧縮機の電動機（多相モータ）等の負荷を駆動するために用いられる。
Embodiment 1 of the Invention
The gate drive device (10) according to Embodiment 1 of the present invention is mounted on the power conversion device (1). The power converter (1) is used to drive a load such as an electric motor (multiphase motor) of a compressor connected to a refrigerant circuit such as an air conditioner or a refrigeration apparatus.
図１に示すように、電力変換装置（1）は、整流回路（2）とインバータ回路（3）と制御回路（4）とを備えている。整流回路（2）は、交流電源である商用電源（5）に接続されている。整流回路（2）は、商用電源（5）の交流電圧を整流して直流電圧に変換する。 As shown in FIG. 1, the power converter (1) includes a rectifier circuit (2), an inverter circuit (3), and a control circuit (4). The rectifier circuit (2) is connected to a commercial power source (5) that is an AC power source. The rectifier circuit (2) rectifies the AC voltage of the commercial power supply (5) and converts it into a DC voltage.
インバータ回路（3）は、整流回路（2）から供給される直流電圧を三相交流電圧に変換し、電動機（6）へ供給する。インバータ回路（3）は、電圧形駆動素子を構成する６つのスイッチング素子（11,21）が三相ブリッジ結線されている。即ち、インバータ回路（3）には、３組のアームが設けられ、各アームには上アーム側スイッチング素子（11）と下アーム側スイッチング素子（21）が直列に接続されている。インバータ回路（3）では、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相のスイッチング素子（11,21）に対応するように３つのゲート駆動装置（10）が設けられている。 The inverter circuit (3) converts the DC voltage supplied from the rectifier circuit (2) into a three-phase AC voltage and supplies it to the electric motor (6). In the inverter circuit (3), six switching elements (11, 21) constituting a voltage source driving element are connected in a three-phase bridge. That is, the inverter circuit (3) is provided with three sets of arms, and an upper arm side switching element (11) and a lower arm side switching element (21) are connected in series to each arm. In the inverter circuit (3), three gate driving devices (10) are provided so as to correspond to the switching elements (11, 21) of the U, V, W phases.
制御回路（4）は、設定された周波数に応じて、各スイッチング素子（11,21）をオン／オフさせるための信号を各ゲート駆動装置（10）へ出力する。 The control circuit (4) outputs a signal for turning on / off each switching element (11, 21) to each gate driving device (10) in accordance with the set frequency.
図２に示すゲート駆動装置（10）は、単電源で上下アームのスイッチング素子（11,21）を駆動する、いわゆるブートストラップ回路を構成している。ゲート駆動装置（10）の上アームには、上述した上アーム側スイッチング素子（11）、上アーム側ドライブ回路（12）、ブートコンデンサ（C1）、ダイオード（D1）、及び抵抗（R1）が設けられている。また、ゲート駆動装置（10）下アームには、上述した下アーム側スイッチング素子（21）、下アーム側ドライブ回路（22）、直流電源（23）、コンデンサ（C2）、ダイオード（D2）、及び抵抗（R2）が設けられている。 The gate driving device (10) shown in FIG. 2 constitutes a so-called bootstrap circuit that drives the switching elements (11, 21) of the upper and lower arms with a single power source. The upper arm side switching element (11), the upper arm side drive circuit (12), the boot capacitor (C1), the diode (D1), and the resistor (R1) are provided on the upper arm of the gate drive device (10). It has been. In addition, the lower arm side switching element (21), the lower arm side drive circuit (22), the DC power source (23), the capacitor (C2), the diode (D2), and the gate drive device (10) lower arm A resistor (R2) is provided.
上記のスイッチング素子（11,21）は、ＳｉＣのようなワイドバンドギャップ半導体を用いてＪＦＥＴ（unction Field Effect Transistor）構造を採用している。このＪＦＥＴは、ＭＯＳＦＥＴ構造と比較してオン抵抗が低い特性を有する。また、ＪＦＥＴは、例えばＭＯＳＦＥＴよりもゲート駆動電圧が低いスイッチング素子であり、このゲート駆動電圧は３．０Ｖ以下（即ち、３．０Ｖが電圧上限値）となっている。また、ＪＦＥＴは、寄生ダイオードがないため、上アーム側スイッチング素子（11）及び下アーム側スイッチング素子（21）のドレイン・ソース端子間には、それぞれ帰還用のダイオードをそれぞれのドレイン・ソース端子間に設けている（図１を参照）。 The switching elements (11, 21) adopt a JFET (unction field effect transistor) structure using a wide band gap semiconductor such as SiC. This JFET has a low on-resistance compared to a MOSFET structure. The JFET is a switching element having a gate drive voltage lower than that of, for example, a MOSFET, and the gate drive voltage is 3.0 V or less (that is, 3.0 V is a voltage upper limit value). Since JFET has no parasitic diode, a feedback diode is connected between the drain and source terminals of the upper arm side switching element (11) and the lower arm side switching element (21). (See FIG. 1).
各アームでは、上アーム側スイッチング素子（11）と下アーム側スイッチング素子（21）とが直列に接続されている。即ち、各アームでは、上アーム側スイッチング素子（11）のソース端子と下アーム側スイッチング素子（21）のドレイン端子とが互いに接続されている。上アーム側スイッチング素子（11）のドレイン端子は、端子（T1）を介して整流回路（2）の正極側と接続し、下アーム側スイッチング素子（21）のソース端子は、端子（T2）を介して整流回路（2）の負極側と接続している。また、上アーム側スイッチング素子（11）のソース端子、及び下アーム側スイッチング素子（21）のドレイン端子は、端子（T3）を介して対応する出力線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の何れか）と接続している。 In each arm, the upper arm side switching element (11) and the lower arm side switching element (21) are connected in series. That is, in each arm, the source terminal of the upper arm side switching element (11) and the drain terminal of the lower arm side switching element (21) are connected to each other. The drain terminal of the upper arm side switching element (11) is connected to the positive side of the rectifier circuit (2) via the terminal (T1), and the source terminal of the lower arm side switching element (21) is connected to the terminal (T2). And connected to the negative side of the rectifier circuit (2). The source terminal of the upper arm side switching element (11) and the drain terminal of the lower arm side switching element (21) are connected to the corresponding output line (U phase, V phase, W phase) via the terminal (T3). Or).
上アーム側ドライブ回路（12）は、上アーム側スイッチング素子（11）を駆動するものである。具体的には、上アーム側ドライブ回路（12）は、制御回路（4）から出力される信号により制御され、抵抗（R1）を介して上アーム側スイッチング素子（11）のゲート端子に電圧を印加する。下アーム側ドライブ回路（22）は、下アーム側スイッチング素子（21）を駆動するものである。具体的には、下アーム側ドライブ回路（22）は、抵抗（R2）を介して下アーム側スイッチング素子（21）のゲート端子に電圧を印加する。 The upper arm side drive circuit (12) drives the upper arm side switching element (11). Specifically, the upper arm side drive circuit (12) is controlled by a signal output from the control circuit (4) and applies a voltage to the gate terminal of the upper arm side switching element (11) via the resistor (R1). Apply. The lower arm side drive circuit (22) drives the lower arm side switching element (21). Specifically, the lower arm side drive circuit (22) applies a voltage to the gate terminal of the lower arm side switching element (21) via the resistor (R2).
下アーム側の直流電源（23）は、上記の下アーム側ドライブ回路（22）へ電圧を供給する。また、直流電源（23）は、上アーム側のコンデンサ（C1）に対しても電圧を供給する。コンデンサ（C1）は、直流電源（23）から供給される電圧を充放電することで、上アーム側ドライブ回路（12）へ充電電圧を供給する。コンデンサ（C2）は、下アーム側ドライブ回路（22）への供給電圧の平滑用のコンデンサを構成している。なお、ゲート駆動装置（10）では、このコンデンサ（C2）を省略した構成としても良い。 The DC power supply (23) on the lower arm side supplies a voltage to the lower arm side drive circuit (22). The DC power supply (23) also supplies a voltage to the upper arm side capacitor (C1). The capacitor (C1) supplies the charging voltage to the upper arm side drive circuit (12) by charging and discharging the voltage supplied from the DC power supply (23). The capacitor (C2) constitutes a capacitor for smoothing the supply voltage to the lower arm drive circuit (22). Note that the gate driving device (10) may have a configuration in which the capacitor (C2) is omitted.
上アーム側のダイオード（D1）は、直流電源（23）からコンデンサ（C1）への電流の流れのみを許容している。つまり、ダイオード（D1）では、直流電源（23）側からコンデンサ（C1）側への方向が順方向となり、コンデンサ（C1）の逆方向への放電を阻止する、いわゆる逆耐圧ダイオードを構成している。なお、本実施形態のダイオード（D1）は、ＰＮ接合ダイオードで構成されており、順方向での電圧降下が比較的大きな特性を有している。 The diode (D1) on the upper arm side allows only current flow from the DC power supply (23) to the capacitor (C1). In other words, in the diode (D1), the direction from the DC power supply (23) side to the capacitor (C1) side is the forward direction, and a so-called reverse voltage diode is constructed that prevents the capacitor (C1) from discharging in the reverse direction. Yes. Note that the diode (D1) of the present embodiment is composed of a PN junction diode and has a characteristic that a voltage drop in the forward direction is relatively large.
本実施形態のゲート駆動装置（10）では、上述したように、下アーム側にもダイオード（D2）が設けられている。ダイオード（D2）は、上アーム側のダイオード（D1）と同じ電圧降下特性を有するＰＮ接合ダイオードで構成されている。ダイオード（D2）は、直流電源（23）側から下アーム側ドライブ回路（22）側が順方向となっている。ダイオード（D2）は、上アーム側のダイオード（D1）の電圧降下を補償するように、直流電源（23）から下アーム側ドライブ回路（22）へ供給される電圧に対してダイオード（D1）と同等の電圧降下を付与する電圧降下手段を構成している。これにより、上アームと下アームの各ドライブ回路（12,22）では、供給される駆動電圧が互いにバランスしている（詳細は後述する）。 In the gate drive device (10) of this embodiment, as described above, the diode (D2) is also provided on the lower arm side. The diode (D2) is composed of a PN junction diode having the same voltage drop characteristics as the upper arm side diode (D1). The diode (D2) has a forward direction from the DC power supply (23) side to the lower arm drive circuit (22) side. The diode (D2) is connected to the diode (D1) with respect to the voltage supplied from the DC power supply (23) to the lower arm drive circuit (22) so as to compensate the voltage drop of the upper arm diode (D1). A voltage drop means for providing an equivalent voltage drop is configured. Thereby, in the drive circuits (12, 22) of the upper arm and the lower arm, the supplied drive voltages are balanced with each other (details will be described later).
また、上述した直流電源（23）は、ダイオード（D1）の電圧降下を考慮して、電源電圧値が設定されている。具体的には、例えば上下アームのドライブ回路（12,22）の最適な駆動電圧Ｖgは、スイッチング素子（11,21）の最適なゲート駆動電圧となる３．０Ｖであり、ダイオード（D1）の電圧降下量Ｖfが例えば０．７Ｖであるとする。この場合には、直流電源（23）の電源電圧値Ｅ1は、上記最適駆動電圧Ｖgにダイオード（D1）の電圧降下量Ｖfを加えた値（即ち、３．０Ｖ＋０．７Ｖ＝３．７Ｖ）に設定されている。なお、上アーム側に他の構成要素が設けられ、この構成要素が所定の電圧降下を有する場合には、電源電圧値Ｅ１は、この電圧降下も考慮した値に設定しても良い。 The DC power supply (23) described above has a power supply voltage value set in consideration of the voltage drop of the diode (D1). Specifically, for example, the optimum drive voltage Vg of the drive circuit (12, 22) of the upper and lower arms is 3.0 V which is the optimum gate drive voltage of the switching element (11, 21), and the diode (D1) Assume that the voltage drop amount Vf is, for example, 0.7V. In this case, the power supply voltage value E1 of the DC power supply (23) is a value obtained by adding the voltage drop amount Vf of the diode (D1) to the optimum drive voltage Vg (that is, 3.0V + 0.7V = 3.7V). Is set. If another component is provided on the upper arm side and this component has a predetermined voltage drop, the power supply voltage value E1 may be set to a value that also takes this voltage drop into consideration.
−ゲート駆動装置の動作−
次に、ゲート駆動装置（10）の動作について図２を参照しながら説明する。
-Operation of the gate drive device-
Next, the operation of the gate driving device (10) will be described with reference to FIG.
制御回路（4）からは、上下アームのドライブ回路（12,22）に対して、オン信号とオフ信号とが相互に反転するように交互に出力される。制御回路（4）からのオン信号が下アーム側ドライブ回路（22）へ入力されると、直流電源（23）の電圧が下アーム側スイッチング素子（21）へ印加される。これにより、下アーム側スイッチング素子（21）がオンされる。この状態では、端子（T2）と端子（T3）とが同電位となり、直流電源（23）から図２の破線矢印で示すように電流が流れ、ブートコンデンサ（C1）に電圧Ｖ１が充電される。ここで、下アーム側ドライブ回路（22）にオフ信号が入力されて下アーム側スイッチング素子（21）がオフされる状態では、端子（T2）と端子（T3）との間に電位差が生じるが、ダイオード（D1）が端子（T2）から端子（T3）側への電流の流れを阻止する。このため、この状態において、ブートコンデンサ（C1）に充電された電圧が放電されてしまうことはない。 From the control circuit (4), the ON signal and the OFF signal are alternately output to the drive circuits (12, 22) of the upper and lower arms so as to invert each other. When the ON signal from the control circuit (4) is input to the lower arm drive circuit (22), the voltage of the DC power supply (23) is applied to the lower arm switching element (21). Thereby, the lower arm side switching element (21) is turned on. In this state, the terminal (T2) and the terminal (T3) are at the same potential, a current flows from the DC power supply (23) as shown by the dashed arrow in FIG. 2, and the voltage V1 is charged in the boot capacitor (C1). . Here, in the state where the OFF signal is input to the lower arm side drive circuit (22) and the lower arm side switching element (21) is turned OFF, there is a potential difference between the terminal (T2) and the terminal (T3). The diode (D1) blocks the flow of current from the terminal (T2) to the terminal (T3). For this reason, in this state, the voltage charged in the boot capacitor (C1) is not discharged.
このような状態で制御回路（4）からのオン信号が上アーム側ドライブ回路（12）へ入力されると、ブートコンデンサ（C1）の充電電圧が上アーム側ドライブ回路（12）へ印加される。これにより、上アーム側スイッチング素子（11）がオンされる。 In this state, when the ON signal from the control circuit (4) is input to the upper arm side drive circuit (12), the charging voltage of the boot capacitor (C1) is applied to the upper arm side drive circuit (12). . As a result, the upper arm side switching element (11) is turned on.
〈ゲート駆動装置の電圧補償について〉
本実施形態のゲート駆動装置（10）では、上記の如く下アームにダイオード（D1）と同等の電圧降下特性を有するダイオード（D2）を設けている。また、直流電源（23）の電源電圧として、最適駆動電圧Ｖgにダイオード（D1）の電圧降下量Ｖfを加えた値が設定されている。これにより、ゲート駆動装置（10）の動作時には、上下の各ドライブ回路（12,22）へ最適な駆動電圧を供給することができる。
<Voltage compensation of gate drive device>
In the gate drive device (10) of the present embodiment, the diode (D2) having a voltage drop characteristic equivalent to that of the diode (D1) is provided on the lower arm as described above. Further, a value obtained by adding the voltage drop amount Vf of the diode (D1) to the optimum drive voltage Vg is set as the power supply voltage of the DC power supply (23). Thereby, at the time of operation of the gate drive device (10), an optimum drive voltage can be supplied to the upper and lower drive circuits (12, 22).
具体的には、上述したように、直流電源（23）からブートコンデンサ（C1）に電圧が供給される場合、電源電圧（Ｅ1＝３．７Ｖ）に対してダイオード（D1）の電圧降下（Ｖf＝０．７Ｖ）が付与される。従って、ブートコンデンサ（C1）には、電源電圧Ｅ1からダイオード（D1）の電圧降下量Ｖfを差し引いた電圧（Ｅ1−Ｖf＝３．０Ｖ）が充電される。これにより、ブートコンデンサ（C1）から上アーム側ドライブ回路（12）へ最適駆動電圧が印加されるので、上アーム側スイッチング素子（11）に最適なゲート駆動電圧（約３．０Ｖ）を供給することができる。 Specifically, as described above, when a voltage is supplied from the DC power supply (23) to the boot capacitor (C1), the voltage drop (Vf) of the diode (D1) with respect to the power supply voltage (E1 = 3.7V). = 0.7V). Accordingly, the boot capacitor (C1) is charged with a voltage (E1−Vf = 3.0 V) obtained by subtracting the voltage drop amount Vf of the diode (D1) from the power supply voltage E1. As a result, the optimum drive voltage is applied from the boot capacitor (C1) to the upper arm side drive circuit (12), so that an optimum gate drive voltage (about 3.0 V) is supplied to the upper arm side switching element (11). be able to.
また、直流電源（23）から下アーム側ドライブ回路（22）に電圧が供給される場合、電源電圧Ｅ1に対してダイオード（D2）の電圧降下が付与される。ここで、ダイオード（D2）は、ダイオード（D1）と同等の電圧降下量（即ち、Ｖf＝０．７Ｖ）を有しているので、下アーム側ドライブ回路（22）の駆動電圧は、Ｅ1−Ｖf＝３．０Ｖとなる。これにより、下アーム側ドライブ回路（22）へは最適駆動電圧が印加されるので、下アーム側スイッチング素子（21）にも最適なゲート駆動電圧（約３．０Ｖ）を付与することができる。 When a voltage is supplied from the DC power supply (23) to the lower arm drive circuit (22), a voltage drop of the diode (D2) is given to the power supply voltage E1. Here, since the diode (D2) has a voltage drop amount equivalent to the diode (D1) (that is, Vf = 0.7 V), the drive voltage of the lower arm side drive circuit (22) is E1− Vf = 3.0V. As a result, since the optimum drive voltage is applied to the lower arm side drive circuit (22), the optimum gate drive voltage (about 3.0 V) can be applied to the lower arm side switching element (21).
−実施形態１の効果−
以上のように、上記実施形態１のゲート駆動装置（10）では、上アーム側のダイオード（D1）の電圧降下（Ｖf＝０．７Ｖ）を補償するように、下アーム側に同等の電圧降下を有するダイオード（D2）を設けるようにしている。これにより、直流電源（23）から下アーム側ドライブ回路（22）へ供給される駆動電圧と、ブートコンデンサ（C1）を介して上アーム側ドライブ回路（12）へ供給される駆動電圧とをバランスさせることができる。そして、上記実施形態１では、最適な駆動電圧Ｖg（＝３．０Ｖ）に上記の電圧降下Ｖf（＝０．７Ｖ）を加えた値を直流電源（23）の電源電圧値Ｅ1として設定している。これにより、両者のドライブ回路（12,22）へ最適な駆動電圧Ｖgを確実に付与することができる。その結果、各スイッチング素子（11,21）では、供給される駆動電圧が低くなってオン抵抗が増大したり、あるいは供給される駆動電圧が上限電圧値を越えて動作不良を招いたりすることを防止でき、ゲート駆動装置（10）の効率及び信頼性の向上を図ることができる。
-Effect of Embodiment 1-
As described above, in the gate drive device (10) of the first embodiment, an equivalent voltage drop is applied to the lower arm side so as to compensate for the voltage drop (Vf = 0.7V) of the diode (D1) on the upper arm side. A diode (D2) having the following is provided. This balances the drive voltage supplied from the DC power supply (23) to the lower arm drive circuit (22) and the drive voltage supplied to the upper arm drive circuit (12) via the boot capacitor (C1). Can be made. In the first embodiment, a value obtained by adding the voltage drop Vf (= 0.7 V) to the optimum drive voltage Vg (= 3.0 V) is set as the power supply voltage value E1 of the DC power supply (23). Yes. As a result, the optimum drive voltage Vg can be reliably applied to both drive circuits (12, 22). As a result, in each switching element (11, 21), the supplied drive voltage decreases and the on-resistance increases, or the supplied drive voltage exceeds the upper limit voltage value, resulting in malfunction. Therefore, the efficiency and reliability of the gate driving device (10) can be improved.
《発明の実施形態２》
次に、実施形態２に係るゲート駆動装置（10）について説明する。図３に示すように、実施形態２に係るゲート駆動装置（10）は、上記実施形態１のゲート駆動装置（10）と異なり、各スイッチング素子（11,21）に順バイアス電圧と逆バイアス電圧との双方を印加できるように構成されている。即ち、実施形態２のスイッチング素子（11,21）は、上記ＪＦＥＴから成り、最適なゲート駆動電圧が３．０Ｖであり、最適な逆バイアス電圧が−５．０Ｖとなっている。実施形態２では、このようなスイッチング素子（11,21）のゲート駆動電圧／逆バイアス電圧に対応するように、各スイッチング素子（11,21）に順バイアス電圧３．０Ｖを、逆バイアス電圧−５．０Ｖを印加可能に構成されている。
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Next, the gate drive device (10) according to the second embodiment will be described. As shown in FIG. 3, the gate drive device (10) according to the second embodiment differs from the gate drive device (10) of the first embodiment in that each switching element (11, 21) has a forward bias voltage and a reverse bias voltage. Both can be applied. That is, the switching element (11, 21) of the second embodiment is made of the above-described JFET, and has an optimum gate drive voltage of 3.0V and an optimum reverse bias voltage of −5.0V. In the second embodiment, a forward bias voltage of 3.0 V is applied to each switching element (11, 21) so as to correspond to the gate drive voltage / reverse bias voltage of the switching element (11, 21). It is configured to be able to apply 5.0V.
実施形態２のゲート駆動装置（10）の上アームには、上記実施形態１のゲート駆動装置（10）において、コンデンサ（C3）とダイオード（D3）と抵抗（R3）とツェナーダイオード（ZD1）とが更に付与されている。上アームでは、上記抵抗（R3）とコンデンサ（C3）とダイオード（D3）とが直列に接続されている。また、ツェナーダイオード（ZD1）は、一端がコンデンサ（C1）とダイオード（D3）の接点に接続され、他端が上アーム側スイッチング素子（11）のソース側と繋がっている。ツェナーダイオード（ZD1）のツェナー電圧Ｖz1は、上アーム側の逆バイアス電圧（５．０Ｖ）と同等に設定されている。以上の構成により、上アームでは、コンデンサ（C1）に充電された電圧がツェナーダイオード（ZD1）によって分割され、コンデンサ（C3）には、ツェナーダイオード（ZD1）のツェナー電圧Ｖz1と同等の電圧Ｖ3（＝５．０Ｖ）が逆バイアス電圧としてチャージされる。 The upper arm of the gate drive device (10) of the second embodiment includes a capacitor (C3), a diode (D3), a resistor (R3), and a zener diode (ZD1) in the gate drive device (10) of the first embodiment. Is further provided. In the upper arm, the resistor (R3), the capacitor (C3), and the diode (D3) are connected in series. Further, one end of the Zener diode (ZD1) is connected to the contact point between the capacitor (C1) and the diode (D3), and the other end is connected to the source side of the upper arm side switching element (11). The Zener voltage Vz1 of the Zener diode (ZD1) is set to be equal to the reverse bias voltage (5.0 V) on the upper arm side. With the above configuration, in the upper arm, the voltage charged in the capacitor (C1) is divided by the zener diode (ZD1), and the capacitor (C3) has a voltage V3 (equivalent to the zener voltage Vz1 of the zener diode (ZD1)). = 5.0V) is charged as the reverse bias voltage.
実施形態２のゲート駆動装置（10）の下アームには、上記実施形態１のゲート駆動装置（10）において、コンデンサ（C4）と抵抗（R4）とツェナーダイオード（ZD2）が更に付与されている。下アームでは、コンデンサ（C2）とコンデンサ（C4）の中点が下アーム側スイッチング素子（21）のソース側と繋がり、抵抗（R4）とツェナーダイオード（ZD2）の中点も下アーム側スイッチング素子（21）のソース側と繋がっている。ツェナーダイオード（ZD2）のツェナー電圧Ｖz2は、下アーム側の逆バイアス電圧（５．０Ｖ）と同等に設定されている。以上の構成により、下アームのコンデンサ（C4）には、ツェナーダイオード（ZD2）のツェナー電圧Ｖz2と同等の電圧Ｖ4（＝５．０Ｖ）が逆バイアス電圧としてチャージされる。 A capacitor (C4), a resistor (R4), and a zener diode (ZD2) are further added to the lower arm of the gate drive device (10) of the second embodiment in the gate drive device (10) of the first embodiment. . In the lower arm, the middle point of the capacitor (C2) and capacitor (C4) is connected to the source side of the lower arm side switching element (21), and the middle point of the resistor (R4) and Zener diode (ZD2) is also the lower arm side switching element. It is connected to the source side of (21). The Zener voltage Vz2 of the Zener diode (ZD2) is set to be equal to the reverse bias voltage (5.0 V) on the lower arm side. With the above configuration, the lower arm capacitor (C4) is charged with a voltage V4 (= 5.0 V) equivalent to the zener voltage Vz2 of the zener diode (ZD2) as a reverse bias voltage.
更に、実施形態２のゲート駆動装置（10）の下アームには、電圧降下手段として、抵抗（R5）及びツェナーダイオード（ZD3）が設けられている。この電圧降下手段によるゲート駆動装置（10）の電圧補償についての詳細は後述する。 Furthermore, a resistor (R5) and a Zener diode (ZD3) are provided as voltage drop means on the lower arm of the gate drive device (10) of the second embodiment. Details of voltage compensation of the gate drive device (10) by this voltage drop means will be described later.
実施形態２のゲート駆動装置（10）では、上下のアームのドライブ回路（12,22）のスイッチングにより、各スイッチング素子（11,21）に順バイアス電圧と逆バイアス電圧とが印加される。 In the gate drive device (10) of the second embodiment, a forward bias voltage and a reverse bias voltage are applied to the switching elements (11, 21) by switching of the upper and lower arm drive circuits (12, 22).
具体的には、まず下アームについては、コンデンサ（C2）に電圧Ｖ2がチャージされている際に、制御回路（4）からの信号により下アーム側ドライブ回路（22）がコンデンサ（C2）側と下アーム側スイッチング素子（21）のゲート側とを繋ぐ状態となると、下アーム側スイッチング素子（21）にＶ2の順バイアス電圧が印加される。これにより、下アーム側スイッチング素子（21）がオンされる。また、コンデンサ（C4）にマイナスの電圧Ｖ4がチャージされている際に、制御回路（4）からの信号により下アーム側ドライブ回路（22）がコンデンサ（C4）と下アーム側スイッチング素子（21）のゲート側とを繋ぐ状態になると、下アーム側スイッチング素子（21）に−Ｖ4の逆バイアス電圧が印加される。これにより、下アーム側スイッチング素子（21）がオフされる。 Specifically, for the lower arm, when the voltage V2 is charged to the capacitor (C2), the lower arm side drive circuit (22) is connected to the capacitor (C2) side by the signal from the control circuit (4). When the gate side of the lower arm side switching element (21) is connected, a forward bias voltage of V2 is applied to the lower arm side switching element (21). Thereby, the lower arm side switching element (21) is turned on. When the negative voltage V4 is charged to the capacitor (C4), the lower arm side drive circuit (22) is connected to the capacitor (C4) and the lower arm side switching element (21) by the signal from the control circuit (4). When the gate side is connected, a reverse bias voltage of −V4 is applied to the lower arm side switching element (21). As a result, the lower arm side switching element (21) is turned off.
同様にして、上アームについては、制御回路（4）からの信号より上アーム側ドライブ回路（12）がコンデンサ（C2）側と上アーム側スイッチング素子（11）のゲート側とを繋ぐ状態となると、上アーム側スイッチング素子（11）にＶ1−Ｖ3の順バイアス電圧が印加される。これにより、上アーム側スイッチング素子（11）がオンされる。また、制御回路（4）からの信号により上アーム側ドライブ回路（12）がコンデンサ（C3）側と上アーム側スイッチング素子（11）のゲート側とを繋ぐ状態となると、上アーム側スイッチング素子（11）に−Ｖ3の逆バイアス電圧が印加される。これにより、上アーム側スイッチング素子（11）がオフされる。 Similarly, for the upper arm, when the upper arm side drive circuit (12) connects the capacitor (C2) side and the gate side of the upper arm side switching element (11) from the signal from the control circuit (4). A forward bias voltage of V1-V3 is applied to the upper arm side switching element (11). As a result, the upper arm side switching element (11) is turned on. When the upper arm side drive circuit (12) is connected to the capacitor (C3) side and the gate side of the upper arm side switching element (11) by a signal from the control circuit (4), the upper arm side switching element ( A reverse bias voltage of -V3 is applied to 11). Thereby, the upper arm side switching element (11) is turned off.
以上のような実施形態２のゲート駆動装置（10）においても、各ドライブ回路（12,22）の駆動電圧がバランスするように、電圧降下手段（R5,ZD3）が設けられ、且つ直流電源（23）の電源電圧値として、上アーム側の電圧降下を考慮した値が設定されている。 In the gate drive device (10) of the second embodiment as described above, voltage drop means (R5, ZD3) are provided so that the drive voltages of the drive circuits (12, 22) are balanced, and a DC power supply ( The power supply voltage value of 23) is set taking into account the voltage drop on the upper arm side.
具体的には、まず、直流電源（23）の電源電圧値は、上アームのコンデンサ（C1）のチャージ動作時における電圧降下を考慮して設定されている。更に詳細には、コンデンサ（C1）のチャージ動作時には、直流電源（3）の電流が、図３の破線矢印で示すような充電経路を流れることになる。ここで、上アーム側ドライブ回路（12）の駆動電圧として順バイアス電圧＋３．０Ｖ、逆バイアス電圧−５．０Ｖを得るためには、ダイオード（D1）の電圧降下量（Ｖf＝０．７Ｖ）を考慮すると、コンデンサ（C1）に８．７Ｖ（順バイアス電圧＋逆バイアス電圧＋Ｖｆ）以上の電圧を充電する必要がある。また、充電経路に介在するダイオード（D3）とツェナーダイオード（ZD1）の各電圧降下量をそれぞれ０．７Ｖとすると、コンデンサ（C1）には、８．７Ｖ＋０．７Ｖ＋０．７Ｖ＝１０．１Ｖを充電する必要がある。更に、下アーム側のコンデンサ（C4）の充電電圧（即ち、逆バイアス電圧−５．０Ｖ）を考慮して、直流電源（23）の電源電圧値Ｅ１を１０．１Ｖ＋５．０Ｖ＝１５．１Ｖとする。これにより、上アーム側ドライブ回路（12）では、順バイアス電圧３．０Ｖ、逆バイアス電圧−５．０Ｖを確保することができる。 Specifically, first, the power supply voltage value of the DC power supply (23) is set in consideration of the voltage drop during the charging operation of the capacitor (C1) of the upper arm. More specifically, during the charging operation of the capacitor (C1), the current of the DC power supply (3) flows through the charging path as indicated by the broken line arrow in FIG. Here, in order to obtain the forward bias voltage + 3.0V and the reverse bias voltage −5.0V as the drive voltages of the upper arm side drive circuit (12), the voltage drop amount of the diode (D1) (Vf = 0.7V) Therefore, it is necessary to charge the capacitor (C1) with a voltage of 8.7 V (forward bias voltage + reverse bias voltage + Vf) or more. Also, assuming that the voltage drop amount of the diode (D3) and the Zener diode (ZD1) interposed in the charging path is 0.7V, the capacitor (C1) is charged with 8.7V + 0.7V + 0.7V = 10.1V. There is a need to. Further, considering the charging voltage (that is, reverse bias voltage −5.0V) of the capacitor (C4) on the lower arm side, the power supply voltage value E1 of the DC power supply (23) is 10.1V + 5.0V = 15.1V. To do. Thereby, in the upper arm side drive circuit (12), a forward bias voltage of 3.0V and a reverse bias voltage of -5.0V can be secured.
一方、このようにして直流電源（23）の電源電圧値Ｅ１を設定した場合、仮に電圧降下手段（抵抗（R5）及びツェナーダイオード（ZD3））が無い場合、コンデンサ（C2）には、下アーム側ドライブ回路（22）の順バイアス電圧（３．０Ｖ）以上の電圧が充電されてしまう。これに対し、実施形態２では、抵抗（R5）及びツェナーダイオード（ZD3）を設けることにより、直流電源（23）からコンデンサ（C3）へ供給される電圧に所定の電圧降下が付与されるので、コンデンサ（C3）の充電電圧、ひいては下アーム側ドライブ回路（22）の駆動電圧を補償することができる。即ち、ツェナーダイオード（ZD3）のツェナー電圧Ｖz3を下アーム側ドライブ回路（22）の駆動電圧（順バイアス電圧＝３．０）と同じ値とすることで、直流電源（23）の電源電圧値Ｅ１に拘わらず、下アーム側ドライブ回路（22）で順バイアス電圧３．０Ｖを確保することができる。 On the other hand, when the power supply voltage value E1 of the DC power supply (23) is set in this way, if there is no voltage drop means (resistance (R5) and zener diode (ZD3)), the capacitor (C2) has a lower arm. A voltage higher than the forward bias voltage (3.0 V) of the side drive circuit (22) is charged. On the other hand, in the second embodiment, by providing the resistor (R5) and the Zener diode (ZD3), a predetermined voltage drop is applied to the voltage supplied from the DC power supply (23) to the capacitor (C3). The charging voltage of the capacitor (C3) and thus the driving voltage of the lower arm drive circuit (22) can be compensated. That is, by setting the Zener voltage Vz3 of the Zener diode (ZD3) to the same value as the drive voltage (forward bias voltage = 3.0) of the lower arm side drive circuit (22), the power supply voltage value E1 of the DC power supply (23). Regardless of this, a forward bias voltage of 3.0 V can be secured by the lower arm drive circuit (22).
−実施形態２の効果−
上記実施形態２では、上アーム側のダイオード（D1）、ダイオード（D3）、ツェナーダイオード（ZD1）の電圧降下を補償するようにして、下アーム側に電圧降下手段（R5,ZD3）を設けるようにしている。これにより、下アーム側では、直流電源（23）からコンデンサ（C2）に対して、所望とする順バイアスの電圧（＋３．０Ｖ）を確実に付与することができる。従って、下アーム側スイッチング素子（21）でのオン抵抗の増大を防止しながら、下アーム側スイッチング素子（21）を確実に動作させることができる。
-Effect of Embodiment 2-
In the second embodiment, the voltage drop means (R5, ZD3) is provided on the lower arm side so as to compensate for the voltage drop of the diode (D1), diode (D3), and Zener diode (ZD1) on the upper arm side. I have to. Thereby, on the lower arm side, a desired forward bias voltage (+3.0 V) can be reliably applied from the DC power supply (23) to the capacitor (C2). Therefore, it is possible to reliably operate the lower arm side switching element (21) while preventing an increase in on-resistance in the lower arm side switching element (21).
また、上記実施形態２では、ツェナーダイオード（ZD1,ZD2）を設けることで、コンデンサ（C3,C4）に所望とする逆バイアスの電圧（−５．０Ｖ）を付与することができる。これにより、オフリークやターンオフ時間の増大を回避でき、逆阻止耐圧の向上を図ることができる。 In the second embodiment, by providing the Zener diodes (ZD1, ZD2), a desired reverse bias voltage (−5.0 V) can be applied to the capacitors (C3, C4). As a result, an increase in off-leakage and turn-off time can be avoided, and reverse blocking withstand voltage can be improved.
《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
<< Other Embodiments >>
About the said embodiment, it is good also as the following structures.
上記各実施形態のスイッチング素子（11,21）として採用したＪＦＥＴは例示であり、それ以外の電圧形駆動素子に本発明を適用することもできる。この場合には、ＭＯＳＦＥＴよりもゲート駆動電圧が低いスイッチング素子が好適である。 The JFET employed as the switching element (11, 21) of each of the above embodiments is merely an example, and the present invention can be applied to other voltage source driving elements. In this case, a switching element having a gate drive voltage lower than that of the MOSFET is preferable.
また、上記実施形態の上アーム側のダイオード（D1）は必ずしもＰＮ接合型のダイオードでなくても良いが、本発明を採用する場合には、ダイオード（D1）の電圧降下が比較的高い場合に好適である。 In addition, the diode (D1) on the upper arm side in the above embodiment does not necessarily have to be a PN junction type diode. However, when the present invention is employed, the voltage drop of the diode (D1) is relatively high. Is preferred.
以上説明したように、本発明は、一つの直流電源で上下アームのスイッチング素子を駆動するゲート駆動装置に関し有用である。 As described above, the present invention is useful for a gate drive device that drives the switching elements of the upper and lower arms with a single DC power supply.
10 ゲート駆動装置
11 上アーム側スイッチング素子
12 上アーム側ドライブ回路
21 下アーム側スイッチング素子
22 下アーム側ドライブ回路
23 直流電源
C1 ブートコンデンサ
D1 ダイオード
D2 ダイオード（電圧降下手段）
R5 抵抗（電圧降下手段）
ZD3 ツェナーダイオード（電圧降下手段）
10 Gate drive
11 Upper arm side switching element
12 Upper arm side drive circuit
21 Lower arm side switching element
22 Lower arm drive circuit
23 DC power supply
C1 Boot capacitor
D1 diode
D2 diode (voltage drop means)
R5 resistance (voltage drop means)
ZD3 Zener diode (voltage drop means)
Claims (4)
上記下アーム側には、上アーム側の上記ダイオード（D1）の電圧降下を補償するように、上記直流電源（23）から下アーム側ドライブ回路（22）へ供給される電圧に対して所定の電圧降下を付与する電圧降下手段（D2,R5,ZD3）が設けられていることを特徴とする電圧形駆動素子のゲート駆動装置。 An upper arm side drive circuit (12) for driving the upper arm side switching element (11), a lower arm side drive circuit (22) for driving the lower arm side switching element (21), and the lower arm side drive circuit (22 ) And a boot capacitor (C1) for supplying voltage to the upper arm side drive circuit (12) by charging and discharging the voltage supplied from the DC power supply (23). A gate drive device for a voltage source drive element comprising a diode (D1) that allows only a current flow from the DC power supply (23) side to the boot capacitor (C1) side,
The lower arm side has a predetermined voltage with respect to the voltage supplied from the DC power source (23) to the lower arm side drive circuit (22) so as to compensate for the voltage drop of the diode (D1) on the upper arm side. A gate drive device for a voltage source drive element, characterized in that voltage drop means (D2, R5, ZD3) for applying a voltage drop is provided.
上記直流電源（23）の電圧値は、上アーム側ドライブ回路（12）の最適駆動電圧に上アーム側のダイオード（D1）の電圧降下量を加えた値以上に設定されていることを特徴とする電圧形駆動素子のゲート駆動装置。 In claim 1,
The voltage value of the DC power supply (23) is set to be equal to or greater than the optimum drive voltage of the upper arm drive circuit (12) plus the voltage drop of the upper arm diode (D1). A gate drive device for a voltage source drive element.
上記上アーム側スイッチング素子（11）及び上記下アーム側スイッチング素子（21）は、ノーマリオフ接合型電界効果トランジスタで構成されていることを特徴とする電圧形駆動素子のゲート駆動装置。 In claim 1 or 2,
The gate drive device for a voltage source drive element, wherein the upper arm side switching element (11) and the lower arm side switching element (21) are configured by normally-off junction field effect transistors.
上記上アーム側のダイオード（D1）は、ＰＮ接合ダイオードで構成されていることを特徴とする電圧形駆動素子のゲート駆動装置。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
The gate drive device for a voltage source drive element, wherein the upper arm side diode (D1) is formed of a PN junction diode.
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