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JP2018011404A - 駆動対象スイッチの駆動回路 - Google Patents

駆動対象スイッチの駆動回路 Download PDF

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Abstract

【課題】互いに並列接続された複数の電圧制御型スイッチを駆動対象とする駆動回路において、駆動回路内に形成されるループ経路のLC共振を抑制できる駆動対象スイッチの駆動回路を提供する。【解決手段】駆動回路DrLは、第1充電側ダイオード33A及び第2充電側ダイオード33Bを備えている。各充電側ダイオード33A,33Bは、各アームスイッチSL1,SL2それぞれについて、ゲート及びエミッタを有する充電側ループ経路に設けられている。駆動回路DrLは、第1放電側ダイオード34A及び第2放電側ダイオード34Bを備えている。各放電側ダイオード34A,34Bは、各アームスイッチSL1,SL2それぞれについて、ゲート及びエミッタを有する放電側ループ経路に設けられている。【選択図】 図2

Description

本発明は、電圧制御型の駆動対象スイッチを駆動する駆動回路に関する。
この種の駆動回路としては、例えば下記特許文献1に見られるように、直列接続された上アーム部及び下アーム部のそれぞれを構成する駆動対象スイッチを駆動するものが知られている。駆動対象スイッチは、例えばIGBTである。上アーム部及び下アーム部のそれぞれは、1つの駆動対象スイッチで構成されている。
特開2013−240210号公報
駆動回路としては、互いに並列接続された複数の駆動対象スイッチを駆動対象とするものも知られている。複数の駆動対象スイッチの並列接続体は、上アーム部及び下アーム部のそれぞれを構成している。
駆動対象スイッチのゲート及び出力端子の間には、ゲート及び出力端子間容量が形成されている。このため、ゲート、出力端子、並びにゲート及び出力端子のそれぞれに接続された駆動回路内の電気経路を有するループ経路が形成される。
一方、駆動対象スイッチに逆並列に接続された還流ダイオードには、リカバリ電流が流れる。リカバリ電流の流通が完了すると、リカバリ電流の流通経路においてサージ電圧が発生する。この場合、複数の駆動対象スイッチのうち、サージ電圧の発生源となった還流ダイオードに対応する駆動対象スイッチの出力端子の電位が、他の駆動対象スイッチの出力端子の電位よりも相対的に低くなる。このような電位差が生じるのは、複数の駆動対象スイッチの出力端子が互いに接続されているためである。
電位差が生じると、複数の駆動対象スイッチそれぞれについて、上記ループ経路のインダクタンス成分と、ゲート及び出力端子間容量とによってLC共振が発生する。LC共振が発生すると、ゲート及び出力端子等の各端子の印加電圧がその定格値を超え、駆動対象スイッチが誤動作等の不都合が発生し得る。
各還流ダイオードのうち、少なくとも2つの還流ダイオードのリカバリ電流の流通完了タイミングが、還流ダイオードの個体差等に起因して相違し得る。この場合、還流ダイオードのリカバリ電流の流通が順次完了することにより、各駆動対象スイッチの出力端子間の電位差が大きく変動する。電位差の変動が大きくなると、上述した不都合の発生が顕著となる。
この問題に対処すべく、駆動対象スイッチをオフ状態からオン状態に切り替える場合における駆動対象スイッチのスイッチング速度を低下させることも考えられる。ただしこの場合、駆動対象スイッチをオン状態に切り替える場合に生じる損失がかえって増加するといった問題が生じる。
本発明は、互いに並列接続された複数の電圧制御型の駆動対象スイッチを駆動対象とする駆動回路において、上記ループ経路のLC共振を抑制できる駆動回路を提供することを主たる目的とする。
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
第1の発明は、互いに並列接続された複数の電圧制御型の駆動対象スイッチ(SH1,SH2,SL1,SL2)を駆動する駆動回路(DrH,DrL)である。複数の前記駆動対象スイッチのそれぞれには、還流ダイオード(DH1,DH2,DL1,DL2)が逆並列に接続されている。第1の発明は、複数の前記駆動対象スイッチそれぞれについて、前記駆動対象スイッチのゲートに接続されて、かつ、前記駆動対象スイッチをオン状態に切り替えるためのゲート充電電流が流れる充電経路(Lt,Lch)と、複数の前記駆動対象スイッチそれぞれについて、前記ゲート及び前記駆動対象スイッチの出力端子を接続して、かつ、前記駆動対象スイッチをオフ状態に切り替えるためのゲート放電電流が流れる放電経路(Ldis)と、複数の前記駆動対象スイッチそれぞれについて、前記ゲート、前記充電経路の少なくとも一部及び前記出力端子を有する充電側ループ経路に設けられ、電流の流通を一方向のみに制限するとともに前記ゲート充電電流の流通を阻止しないように設けられた充電側素子(33A,33B;42A,42B;44A,44B)、並びに複数の前記駆動対象スイッチそれぞれについて、前記ゲート、前記放電経路の少なくとも一部及び前記出力端子を有する放電側ループ経路に設けられ、電流の流通を一方向のみに制限するとともに前記ゲート放電電流の流通を阻止しないように設けられた放電側素子(34A,34B;46A,46B;48A,48B)の少なくとも一方と、を備える。
第1の発明は、ゲート充電電流が流れる充電経路と、ゲート放電電流が流れる放電経路とを備えている。ここで、複数の駆動対象スイッチのそれぞれには、ゲート及び出力端子間容量が形成されている。このため、複数の駆動対象スイッチそれぞれについて、ゲート、充電経路の少なくとも一部及び出力端子を有する充電側ループ経路と、ゲート、放電経路の少なくとも一部及び出力端子を有する放電側ループ経路のうち少なくとも一方が形成されている。ループ経路が形成されていると、各駆動対象スイッチに逆並列に接続された還流ダイオードのうち、少なくとも2つの還流ダイオードのリカバリ電流の流通完了タイミングが相違することに起因して、ループ経路にLC共振が発生する。
そこで第1の発明は、充電側ループ経路に設けられる充電側素子、及び放電側ループ経路に設けられる放電側素子のうち少なくとも一方を備えている。充電側素子は、電流の流通を一方向のみに制限するとともにゲート充電電流の流通を阻止しないように設けられる。上記発明が充電側素子を備える場合、充電側ループ経路において充電側素子によって電流の流通が一方向のみに制限される。このため、充電側ループ経路におけるLC共振を抑制できる。
一方、放電側素子は、電流の流通を一方向のみに制限するとともにゲート放電電流の流通を阻止しないように設けられる。上記発明が放電側素子を備える場合、放電側ループ経路において放電側素子によって電流の流通が一方向のみに制限される。このため、放電側ループ経路における共振を抑制できる。
このように第1の発明によれば、複数の駆動対象スイッチのそれぞれに逆並列に接続された還流ダイオードのうち、少なくとも2つの還流ダイオードのリカバリ電流の流通完了タイミングが相違することに起因したLC共振を抑制することができる。
ここで放電側素子は、具体的には、第2の発明のように、前記放電経路に設けることができる。この場合、前記放電側素子は、前記ゲートから前記出力端子へと向かう放電方向の電流の流通を許可して、かつ、前記放電方向とは逆方向の電流の流通を阻止する。
また、前記放電経路に設けられた前記放電側素子は、具体的には、第3の発明のように、前記ゲート側にアノードが接続されて、かつ、前記出力端子側にカソードが接続された放電側ダイオードを用いることができる。放電側ダイオードを用いる構成によれば、電子制御が不要であるため、LC共振を簡易に抑制できる。
第4の発明は、前記放電経路において前記放電側素子よりも前記出力端子側に設けられた放電スイッチ(36;36A,36B)と、複数の前記駆動対象スイッチそれぞれに対応して個別に設けられ、前記放電経路において前記放電側素子よりも前記ゲート側と前記出力端子とを短絡するオフ保持経路(Loff)と、を備え、前記放電側素子(46A,46B;48A,48B)は、前記オフ保持経路にさらに設けられており、前記オフ保持経路に設けられた前記放電側素子は、前記ゲートから前記出力端子へと向かう規定方向の電流の流通を許容して、かつ、前記規定方向とは逆方向の電流の流通を阻止する。
駆動対象スイッチのオフ駆動時において、駆動対象スイッチのオフ状態を維持するために、第4の発明は、複数の駆動対象スイッチに対応して個別に設けられたオフ保持経路を備えている。また上記発明では、放電側素子がオフ保持経路にさらに設けられている。オフ保持経路に設けられた放電側素子は、ゲートから出力端子へと向かう規定方向の電流の流通を許容して、かつ、規定方向とは逆方向の電流の流通を阻止する。これにより、複数の駆動対象スイッチそれぞれについて、ゲート、放電経路の一部、オフ保持経路及び出力端子を有する放電側ループ経路におけるLC共振を抑制することができる。
ここで、前記オフ保持経路に設けられた前記放電側素子は、具体的には、第5の発明のように、前記ゲート側にアノードが接続されて、かつ、前記出力端子側にカソードが接続されたオフ側ダイオード(46A,46B)を用いることができる。この場合、第5の発明は、前記オフ保持経路に設けられ、前記駆動対象スイッチのオフ駆動指示時にオン状態とされるオフ保持スイッチ(47A,47B)を備えることができる。
第5の発明によれば、放電スイッチをオン状態とすることで複数の駆動対象スイッチ全てをオフ状態に切り替える以外に、各駆動対象スイッチに対応するオフ保持スイッチをオン状態とすることにより、複数の駆動対象スイッチの一部のみをオフ状態に切り替えることができる。
また、前記オフ保持経路に設けられた放電側素子は、具体的には、第6の発明のように、オフ状態とされることにより前記ゲート及び前記出力端子の間を電気的に遮断し、オン状態とされることにより前記規定方向の電流の流通を許容しつつ該規定方向とは反対方向の電流の流通を阻止するオフ保持スイッチを用いることができる。
第6の発明のオフ保持スイッチは、第5の発明のオフ側ダイオード及びオフ保持スイッチの双方の役割を担うことができる。このため第6の発明によれば、第5の発明の効果に加えて、駆動回路の部品数を削減できる効果を奏することができる。
第7の発明は、複数の前記駆動対象スイッチそれぞれに対応して個別に設けられ、前記放電経路において前記放電側素子よりも前記ゲート側と、前記出力端子とを接続する抵抗体(60A,60B)を備え、前記抵抗体の抵抗値が前記放電経路の抵抗値よりも大きく設定されている。
第7の発明は、ゲートの負電荷を引き抜くための抵抗体を備えている。そして抵抗体の抵抗値は、放電経路の抵抗値よりも大きく設定されている。このため、抵抗体を有する放電側ループ経路が形成されたとしても、その経路のインピーダンスが大きい。これにより、抵抗体を有する放電側ループ経路の減衰度を大きくでき、抵抗体を有する放電側ループ経路におけるLC共振を抑制できる。
第8の発明では、前記駆動回路に形成されている全ての前記放電側ループ経路に前記放電側素子が設けられている。
第8の発明によれば、駆動回路内の放電側ループ経路におけるLC共振を的確に抑制できる。
第9の発明では、前記充電経路は、電源(31)に接続された電源経路(Lt)と、前記電源経路から分岐して複数の前記駆動対象スイッチそれぞれの前記ゲートに接続された分岐経路(Lch)と、を有している。第8の発明は、前記分岐経路に設けられた前記充電側素子を備え、前記充電側素子は、前記電源経路側から前記ゲートへと向かう充電方向の電流の流通を許可して、かつ、前記充電方向とは逆方向の電流の流通を阻止する。
第9の発明では、充電経路を構成する分岐経路に充電側素子が設けられている。充電側素子は、電源経路側からゲートへと向かう規定方向の電流の流通を許可して、かつ、規定方向とは逆方向の電流の流通を阻止する。これにより、充電側ループ経路におけるLC共振を抑制することができる。
ここで前記充電側素子は、具体的には、第10の発明のように、前記電源経路側にアノードが接続されて、かつ、前記ゲート側にカソードが接続された充電側ダイオード(33A,33B)を用いることができる。充電側ダイオードを用いる構成によれば、電子制御が不要であるため、LC共振を簡易に抑制できる。
第11の発明では、複数の前記駆動対象スイッチの並列接続体は、直列接続された上アーム部(20H)及び下アーム部(20L)のそれぞれを構成している。そして、前記上アーム部を構成する前記駆動対象スイッチ(SH1,SH2)と、前記下アーム部を構成する前記駆動対象スイッチ(SL1,SL2)とは、交互にオン状態とされる。第11の発明では、前記充電側素子は、オフ状態とされることにより前記充電方向の電流の流通を阻止し、オン状態とされることにより前記充電方向の電流の流通を許可する充電スイッチ(42A,42B;44A,44B)である。
充電スイッチがオン状態とされることで、上,下アーム部のうち自アーム部を構成する駆動対象スイッチをオン状態に切り替えることができる。ここで、リカバリ電流は、上,下アーム部のうち対向アーム部を構成する駆動対象スイッチがオン状態とされて、かつ、自アーム部を構成する駆動対象スイッチがオフ状態とされている状況において流れる。自アーム部を構成する駆動対象スイッチをオフ状態とするために、自アーム部に対応する充電スイッチがオフ状態とされている。このため、リカバリ電流が流れる状況においては、充電側ループ経路が形成されない。したがって第11の発明によれば、充電側ループ経路におけるLC共振を抑制できる。
第12の発明では、前記駆動回路に形成されている全ての前記充電側ループ経路に前記充電側素子が設けられている。
第12の発明によれば、駆動回路内の充電側ループ経路におけるLC共振を的確に抑制できる。
第13の発明は、前記放電経路に設けられた前記放電側素子(34A,34B)を備え、前記充電経路は、複数の前記駆動対象スイッチそれぞれに対応して個別に設けられている。
第13の発明では、複数の駆動対象スイッチそれぞれのスイッチング速度を個別に制御すべく、充電経路が各駆動対象スイッチに対応して個別に設けられている。このため、各駆動対象スイッチに対応する充電経路が互いに分断されており、複数の駆動対象スイッチそれぞれについて、充電側ループ経路が形成されない。このため第13の発明によれば、充電側ループ経路におけるLC共振を防止することができる。
第1実施形態に係るモータ制御システムの全体構成図。 駆動回路を示す図。 駆動回路の各スイッチの動作態様を示すタイムチャート。 関連技術に係るLC共振の発生態様を説明するための図。 関連技術に係るLC共振の発生態様を説明するための図。 関連技術に係るLC共振の発生態様を説明するための図。 関連技術に係るLC共振の発生態様を説明するための図。 関連技術に係るLC共振の発生態様を説明するための図。 関連技術に係る駆動回路を示す図。 第2実施形態に係る駆動回路を示す図。 第3実施形態に係る駆動回路を示す図。 第4実施形態に係る駆動回路を示す図。 第5実施形態に係る駆動回路を示す図。 第6実施形態に係る駆動回路を示す図。 第7実施形態に係る駆動回路を示す図。 第8実施形態に係る駆動回路を示す図。 第9実施形態に係る駆動回路を示す図。 第10実施形態に係る駆動回路を示す図。
(第1実施形態)
以下、本発明に係る駆動回路を車載モータ制御システムに適用した第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1に示すように、制御システムは、直流電源10、インバータ20、モータジェネレータ21、及び制御装置22を備えている。本実施形態において、直流電源10は、百V以上となる端子間電圧を有する蓄電池である。直流電源10としては、具体的には例えば、リチウムイオン蓄電池や、ニッケル水素蓄電池を用いることができる。直流電源10には、コンデンサ11が並列接続されている。
モータジェネレータ21は、車載主機となる回転電機であり、図示しない駆動輪と動力伝達可能とされている。本実施形態では、モータジェネレータ21として、3相のものを用いている。モータジェネレータ21としては、例えば、永久磁石同期モータを用いることができる。なお本実施形態において、車両には、主機として、モータジェネレータ21に加えて、図示しないエンジンが備えられている。
インバータ20は、コンデンサ11から入力される直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ21に出力する電力変換器である。本実施形態において、インバータ20は、3相のものであり、各相について、上アーム部20H及び下アーム部20Lを備えている。詳しくは、インバータ20は、上アーム部20H及び下アーム部20Lの直列接続体を3相分備えている。
上アーム部20Hは、第1上アームスイッチSH1と、第2上アームスイッチSH2との並列接続体を備えている。下アーム部20Lは、第1下アームスイッチSL1と、第2下アームスイッチSL1との並列接続体を備えている。第1上アームスイッチSH1及び第2上アームスイッチSH1のそれぞれの入力端子には、バスバー等の高電位側導電部材Bpを介して、コンデンサ11の高電位側端子であるP端子が接続されている。第1下アームスイッチSL1及び第2下アームスイッチSL1のそれぞれの出力端子には、バスバー等の低電位側導電部材Bnを介して、コンデンサ11の低電位側端子であるN端子が接続されている。第1上アームスイッチSH1及び第2上アームスイッチSH1のそれぞれの出力端子と、第1下アームスイッチSL1及び第2下アームスイッチSL1のそれぞれの入力端子とは、O端子に接続されている。
3相のそれぞれについて、O端子には、バスバー等の導電部材を介して、モータジェネレータ21の巻線21Aの第1端が接続されている。各相の巻線21Aの第2端は、中性点で接続されている。巻線21Aは、誘導性負荷である。
本実施形態では、各スイッチSH1,SH1,SL1,SL1として、電圧制御型の半導体スイッチング素子を用いており、具体的にはIGBTを用いている。このため、各スイッチにおいて、入力端子はコレクタであり、出力端子はエミッタである。
第1上アームスイッチSH1には、第1上アームダイオードDH1が逆並列に接続されており、第2上アームスイッチSH2には、第2上アームダイオードDH2が逆並列に接続されている。第1下アームスイッチSL1には、第1下アームダイオードDL1が逆並列に接続されており、第2下アームスイッチSL2には、第2下アームダイオードDL2が逆並列に接続されている。本実施形態において、各ダイオードDH1,DH2,DL1,DL2が「還流ダイオード」に相当する。なお、各ダイオードDH1,DH2,DL1,DL2は、各スイッチSH1,SH1,SL1,SL1と一体化されていてもよいし、各スイッチSH1,SH1,SL1,SL1に外付けされていてもよい。
制御装置22は、モータジェネレータ21の制御量をその指令値に制御すべく、インバータ20を駆動する。制御量は、例えばトルクである。制御装置22は、インバータ20の各スイッチSH1,SH2,SL1,SL2をオンオフ駆動すべく、各アーム部20H,20Lに対応する駆動信号を、各アーム部20H,20Lに対して個別に設けられた駆動回路DrH,DrLに対して出力する。制御装置22は、例えば、電気角で位相が120°ずれた3相指令電圧と三角波等のキャリア信号との大小比較に基づくPWM処理により、各駆動回路DrH,DrLに対応する駆動信号を生成する。駆動信号は、各スイッチのオン状態への切り替えを指示するオン駆動指令と、オフ状態への切り替えを指示するオフ駆動指令とのいずれかをとる。各相において、上アーム部20Hに対応する駆動信号と、下アーム部20Lに対応する駆動信号とは、互いに相補的な信号となっている。このため、各相において、上アーム部20Hを構成する各スイッチSH1,SH2と、下アーム部20Lを構成する各スイッチSL1,SL2とは、交互にオン状態とされる。
続いて、図2を用いて、駆動回路の構成について説明する。本実施形態における各アーム部20H,20Lに対応する各駆動回路DrH,DrLは、基本的には同じ構成である。このため本実施形態では、下アーム部20Lの駆動回路DrLを例にして説明する。
図2に示す駆動回路DrLは、種々の電子部品が実装された制御基板を備えている。制御基板において、種々の電子部品は、配線パターンにて接続されている。
駆動回路DrLは、充電スイッチ30を備えている。本実施形態では、充電スイッチ30として、PチャネルMOSFETを用いている。充電スイッチ30のソースには、定電圧電源31が接続され、充電スイッチ30のドレインには、充電用抵抗体32の第1端が接続されている。充電用抵抗体32の第2端には、第1接続点T1が接続されている。ちなみに本実施形態において、定電圧電源31から、充電スイッチ30及び充電用抵抗体32を介して第1接続点T1に至るまでの電気経路が「電源経路Lt」に相当する。
第1接続点T1には、「充電側素子」としての第1充電側ダイオード33Aのアノードが接続されている。第1充電側ダイオード33Aのカソードには、駆動回路DrLの第1ゲート端子G1が接続されている。また、第1接続点T1には、「充電側素子」としての第2充電側ダイオード33Bのアノードが接続されている。第2充電側ダイオード33Bのカソードには、駆動回路DrLの第2ゲート端子G2が接続されている。ちなみに本実施形態において、第1接続点T1から第1充電側ダイオード33Aを介して第1ゲート端子G1に至るまでの電気経路と、第1接続点T1から第2充電側ダイオード33Bを介して第2ゲート端子G2に至るまでの電気経路とが、電源経路Ltから分岐する「分岐経路Lch」に相当する。
第1ゲート端子G1には、第1下アームスイッチSL1のゲートが接続されている。第2ゲート端子G2には、第2下アームスイッチSL2のゲートが接続されている。
第1ゲート端子G1には、「放電側素子」としての第1放電側ダイオード34Aのアノードが接続されている。第1放電側ダイオード34Aのカソードには、第2接続点T2が接続されている。第2ゲート端子G2には、「放電側素子」としての第2放電側ダイオード34Bのアノードが接続されている。第2放電側ダイオード34Bのカソードには、第2接続点T2が接続されている。
第2接続点T2には、放電用抵抗体35の第1端が接続されている。放電用抵抗体35の第2端には、放電スイッチ36が接続されている。本実施形態では、放電スイッチ36として、NチャネルMOSFETを用いている。詳しくは、放電スイッチ36のドレインには、放電用抵抗体35の第2端が接続され、放電用抵抗体35のソースには、駆動回路DrLの第1エミッタ端子KE1及び第2エミッタ端子KE2を短絡する電気経路である短絡経路が接続されている。第1エミッタ端子KE1には、第1下アームスイッチSL1のエミッタが接続され、第2エミッタ端子KE2には、第2下アームスイッチSL2のエミッタが接続されている。
ちなみに本実施形態において、第1ゲート端子G1から、第1放電側ダイオード34A、第2接続点T2、放電用抵抗体35及び放電スイッチ36を介して第1エミッタ端子KE1に至るまでの電気経路が「放電経路Ldis」に相当する。また本実施形態において、第2ゲート端子G2から、第2放電側ダイオード34B、第2接続点T2、放電用抵抗体35及び放電スイッチ36を介して第2エミッタ端子KE2に至るまでの電気経路が「放電経路Ldis」に相当する。
第1下アームスイッチSL1は、第1下アームセンス端子mL1を備えている。第1下アームセンス端子mL1は、コレクタ及びエミッタ間に流れる電流であるコレクタ電流と相関を有する微少電流を出力する。第1下アームセンス端子mL1には、駆動回路DrLの第1センス端子SE1が接続されている。第1センス端子SE1には、第1センス抵抗体37Aの第1端が接続されている。第1センス抵抗体37Aの第2端は、第1エミッタ端子KE1及び第2エミッタ端子KE2を短絡する短絡経路において、放電スイッチ36のソースとの接続点よりも第1エミッタ端子KE1側に接続されている。この構成によれば、第1下アームセンス端子mL1から出力される微少電流によって第1センス抵抗体37Aに電圧降下が生じる。このため、第1センス抵抗体37Aの電圧降下量を、コレクタ電流の相関値として用いることができる。なお、第1センス抵抗体37Aの電位差は、第1センス電圧として駆動回路DrLの駆動制御部40に入力される。また、第2センス抵抗体37Bの電位差は、第2センス電圧として駆動制御部40に入力される。
第2下アームスイッチSL2は、第1下アームスイッチSL1と同様に、コレクタ電流と相関を有する微少電流を出力する第2下アームセンス端子mL2を備えている。第2下アームセンス端子mL2には、駆動回路DrLの第2センス端子SE2が接続されている。第2センス端子SE2には、第2センス抵抗体37Bの第1端が接続されている。第2センス抵抗体37Bの第2端は、第1エミッタ端子KE1及び第2エミッタ端子KE2を短絡する短絡経路において、放電スイッチ36のソースとの接続点よりも第2エミッタ端子KE2側に接続されている。
駆動回路DrLは、第1オフ保持スイッチ38A及び第2オフ保持スイッチ38Bを備えている。本実施形態では、各オフ保持スイッチ38A,38Bとして、NチャネルMOSFETを用いている。
第1オフ保持スイッチ38Aのドレインには、第1放電側ダイオード34Aのカソード及び第2接続点T2を接続する電気経路が接続されている。第1オフ保持スイッチ38Aのソースには、第1エミッタ端子KE1及び第2エミッタ端子KE2を短絡する短絡経路において、第1センス抵抗体37Aの第2端との接続点、及び第2センス抵抗体37Bの第2端との接続点の間が接続されている。
駆動制御部40は、制御装置22から出力された駆動信号に基づいて、充電処理及び放電処理を交互に行うことで各下アームスイッチSL1,SL2をオンオフ駆動する。詳しくは、駆動制御部40は、充電処理として、駆動信号がオン駆動指令になっていると判定している場合、充電スイッチ30をオン状態とし、放電スイッチ36をオフ状態とする処理を行う。これにより、定電圧電源31から各下アームスイッチSL1,SL2のゲートへと充電電流が流れ、各下アームスイッチSL1,SL2のゲート電圧がスレッショルド電圧Vth以上となる。その結果、各下アームスイッチSL1,SL2がオフ状態からオン状態に切り替えられる。なお、充電スイッチ30の駆動は、駆動制御部40によってオン制御部41が制御されることで実施される。
一方、駆動制御部40は、放電処理として、駆動信号がオフ駆動指令になっていると判定している場合、充電スイッチ30をオフ状態とし、放電スイッチ36をオン状態とする処理を行う。これにより、各下アームスイッチSL1,SL2のゲートからエミッタへと放電電流が流れ、各下アームスイッチSL1,SL2のゲート電圧がスレッショルド電圧Vth未満となる。その結果、各下アームスイッチSL1,SL2がオン状態からオフ状態に切り替えられる。
駆動制御部40は、制御装置22から出力された駆動信号と、ゲート電圧とに基づいて、第1オフ保持スイッチ38A及び第2オフ保持スイッチ38Bを駆動するオフ保持処理を行う。詳しくは、駆動制御部40は、オフ保持処理として、駆動信号がオフ駆動指令であって、かつ、ゲート電圧が規定電圧Vα以下になっていると判定している場合、各オフ保持スイッチ38A,38Bをオン状態とし、それ以外の場合に各オフ保持スイッチ38A,38Bをオフ状態とする処理を行う。ここで、規定電圧Vαは、スレッショルド電圧Vth以下の電圧に設定されている。
なお、駆動制御部40は、各下アームスイッチSL1,SL2に過電流が流れていると判定した場合に各下アームスイッチSL1,SL2を強制的にオフ状態に切り替えるソフト遮断処理を行う。駆動制御部40は、第1,第2センス電圧のいずれかが閾値電圧を所定時間継続して超えていると判定した場合、過電流が流れていると判定する。ここで、各下アームスイッチSL1,SL2を強制的にオフ状態に切り替えるための図示しないソフト遮断経路が駆動回路DrLに備えられている。ソフト遮断経路は、第1エミッタ端子KE1及び第2エミッタ端子KE2を短絡する短絡経路と、例えば第2接続点T2とを接続している。ソフト遮断経路には、NチャネルMOSFETであるソフト遮断スイッチと、ソフト遮断抵抗体とが設けられている。ソフト遮断抵抗体の抵抗値は、放電用抵抗体35の抵抗値よりも大きく設定されている。
図3に、本実施形態に係る放電処理、充電処理、及びオフ保持処理の実施態様を示す。詳しくは、図3(a)は駆動制御部40に入力される駆動信号の推移を示し、図3(b)は充電スイッチ30の駆動態様の推移を示す。図3(c)は放電スイッチ36の駆動態様の推移を示し、図3(d)は第1,第2オフ保持スイッチ38A,38Bの駆動態様の推移を示す。
図示されるように、時刻t1において駆動信号がオフ駆動指令からオン駆動指令に切り替えられる。このため、充電スイッチ30がオン状態とされ、放電スイッチ36がオフ状態とされる充電処理が開始される。これにより、その後、各下アームスイッチSL1,SL2のゲート電圧が上昇してスレッショルド電圧Vth以上となり、各下アームスイッチSL1,SL2がオン状態に切り替えられる。また、駆動信号がオフ駆動指令からオン駆動指令に切り替えられるため、各オフ保持スイッチ38A,38Bがオン状態からオフ状態に切り替えられる。
その後時刻t2において、駆動信号がオン駆動指令からオフ駆動指令に切り替えられる。このため、充電スイッチ30がオフ状態とされ、放電スイッチ36がオン状態とされる放電処理が開始される。これにより、各下アームスイッチSL1,SL2のゲート電圧が低下し始める。
その後時刻t3において、ゲート電圧が規定電圧Vα以下になるため、各オフ保持スイッチ38A,38Bがオン状態に切り替えられ、オフ保持処理が開始される。なお、オフ保持処理で用いられるゲート電圧は、例えば、各下アームスイッチSL1,SL2のゲート電圧のうち高い方とすればよい。
本実施形態では、先の図2に示したように、駆動回路DrLが、第1充電側ダイオード33A、第2充電側ダイオード33B、第1放電側ダイオード34A及び第2放電側ダイオード34Bを備えている。以下、各ダイオードが備えられる技術的意義を、関連技術と対比しつつ説明する。
まず、関連技術について説明する。ここで関連技術とは、先の図2に示した駆動回路DrLから各ダイオード33A,33B,34A,34Bを除去した構成のことである。この関連技術を図4に示す。なお、図4には、制御システムに存在する各インダクタンス成分等を記載している。詳しくは、LP1は、P端子から高電位側導電部材Bpを介して第1上アームスイッチSH1のコレクタに至るまでの電気経路に存在するインダクタンス成分を示し、LP2は、P端子から高電位側導電部材Bpを介して第2上アームスイッチSH2のコレクタに至るまでの電気経路に存在するインダクタンス成分を示す。LO1は、第1上アームスイッチSH1のエミッタ,第1下アームスイッチSL1のコレクタからO端子に至るまでの電気経路に存在するインダクタンス成分を示し、LO2は、第2上アームスイッチSH2のエミッタ,第2下アームスイッチSL2のコレクタからO端子に至るまでの電気経路に存在するインダクタンス成分を示す。LN1は、N端子から低電位側導電部材Bnを介して第1下アームスイッチSL1のエミッタに至るまでの電気経路に存在するインダクタンス成分を示し、LN2は、N端子から低電位側導電部材Bnを介して第2下アームスイッチSL2のエミッタに至るまでの電気経路に存在するインダクタンス成分を示す。
また、各アーム部20H,20Lの駆動回路DrH,DrLにおいて、L1は、ビーズインダクタ及び第1ゲート端子G1のインダクタンス成分を示し、L3は、ビーズインダクタ及び第2ゲート端子G2のインダクタンス成分を示し、L5,L7は、第1,第2エミッタ端子KE1,KE2のインダクタンス成分を示す。Rbは、バランス抵抗を示す。
さらに、L2,L4は、スイッチのゲート及び第1,第2ゲート端子G1,G2を接続する電気経路に存在するインダクタンス成分を示し、L6,L8は、スイッチのエミッタ及び第1,第2エミッタ端子KE1,KE2を接続する電気経路に存在するインダクタンス成分を示す。
図4には、3相のうちいずれか1相分について、上アーム部20Hを構成する各上アームスイッチSH1,SH2がオン状態とされ、下アーム部20Lを構成する各下アームスイッチSL1,SL2がオフ状態とされている例を示す。図4に示す例では、P端子から、第1上アームスイッチSH1、O端子、モータジェネレータ21を構成する2相分の巻線21A、及び図示しない他の相の下アーム部20Lを介してN端子へと電流が流れる。また図4に示す例では、P端子から、第2上アームスイッチSH2、O端子、2相分の巻線21A、及び図示しない他の相の下アーム部20Lを介してN端子へと電流が流れる。
図5には、上アーム部20Hを構成する各上アームスイッチSH1,SH2がオフ状態に切り替えられ、下アーム部20Lを構成する各下アームスイッチSL1,SL2がオン状態に切り替えられる例を示す。図5に示す例では、誘導性負荷としての巻線21Aの存在に起因して、第1下アームダイオードDL1、O端子、巻線21A、及び図示しない他の相の下アーム部20Lを有するループ経路に電流が流れ続ける。また図5に示す例では、第2下アームダイオードDL2、O端子、巻線21A、及び図示しない他の相の下アーム部20Lを有するループ経路に電流が流れ続ける。
図6には、上アーム部20Hを構成する各上アームスイッチSH1,SH2が再度オン状態に切り替えられ、下アーム部20Lを構成する各下アームスイッチSL1,SL2が再度オフ状態に切り替えられる例を示す。図6に示す例では、第2下アームダイオードDL2に逆電圧が印加されることに起因して、第2下アームダイオードDL2にリカバリ電流が流れる。その後、リカバリ電流の流通が完了することに起因して、低電位側導電部材Bnにサージ電圧が発生する。このサージ電圧は、リカバリ電流の減少速度dI/dtと低電位側導電部材Bn等のインダクタンスLとの乗算値に比例する。サージ電圧の発生に起因して、第2下アームスイッチSL2のエミッタ電位VE2が、第1下アームスイッチSL1のエミッタ電位VE1よりも相対的に低くなる。
その後、図7に示すように、第1下アームダイオードDL1に逆電圧が印加されることに起因して、第1下アームダイオードDL1にリカバリ電流が流れる。その後、リカバリ電流の流通が完了することに起因して、低電位側導電部材Bnにサージ電圧が発生する。サージ電圧の発生に起因して、第1下アームスイッチSL1のエミッタ電位VE1が、第2下アームスイッチSL2のエミッタ電位VE2よりも相対的に低くなる。
このように、各下アームスイッチSL1,SL2のエミッタ電位に差が生じることに起因して、図8に示すように、各下アームスイッチSL1,SL2のゲート及びエミッタ容量Cgeを含むループ経路においてLC共振が発生する。図8には、ループ経路の一例を破線の矢印にて示した。
LC共振が発生すると、各ゲート端子G1,G2、各エミッタ端子KE1,KE2、及び各センス端子SE1,SE2等の印加電圧がその定格値を超え、各下アームスイッチSL1,SL2が誤動作したり、各センス電圧の検出精度が低下したりするといった問題が生じる。この問題に対処すべく、各アームスイッチのスイッチング速度を低下させることも考えられる。ただしこの場合、スイッチング損失が増加し、車両の燃費が悪化する懸念がある。
なお、各下アームスイッチSL1,SL2がオン状態に切り替えられるとともに、各上アームスイッチSH1,SH2がオフ状態に切り替えられる場合においても、下アーム部20Lと同様に、上アーム部20HにおいてLC共振が発生する。
ちなみに、先の図4の構成を参照して、図9には、各アーム部20H,20Lが1つのアームスイッチで構成されている例を示した。この場合、リカバリ電流の流通の完了に起因してサージ電圧が発生したとしても、LC共振は発生しない。これは、サージ電圧が発生したとしても、第2下アームスイッチSL2のエミッタ電位VE2と、放電スイッチ36のソース側電位VE3とに差が発生しないためである。
LC共振を抑制すべく、本実施形態では、先の図2に示すように、各ダイオード33A,33B,34A,34Bを備えている。これにより、充電側ループ経路及び放電側ループ経路におけるLC共振を抑制する。ここで、充電側ループ経路は、以下(C1)〜(C3)に説明する経路である。
(C1)第1下アームスイッチSL1のゲート及びエミッタ間容量である第1容量、第1下アームスイッチSL1のゲート、第1ゲート端子G1、第1接続点T1、第2ゲート端子G2、第2下アームスイッチSL2のゲート、第2下アームスイッチSL2のゲート及びエミッタ間容量である第2容量、第2エミッタ端子KE2、第1エミッタ端子KE1、及び第1下アームスイッチSL1のエミッタを含む第1充電側ループ経路。
(C2)第1容量、第1下アームスイッチSL1のゲート、第1ゲート端子G1、第1接続点T1、対象素子、第1エミッタ端子KE1、及び第1下アームスイッチSL1のエミッタを含む第2充電側ループ経路。ここで対象素子は、第1オフ保持スイッチ38A、放電用抵抗体35、又は第2オフ保持スイッチ38Bのいずれかである。
(C3)第2容量、第2下アームスイッチSL2のゲート、第2ゲート端子G2、第1接続点T1、対象素子、第2エミッタ端子KE2、及び第2下アームスイッチSL2のエミッタを含む第3充電側ループ経路。
第1〜第3充電側ループ経路のそれぞれに第1充電側ダイオード33A又は第2充電側ダイオード33Bが備えられることにより、各充電側ループ経路に流れる電流の流通方向を一方向のみに制限できる。その結果、各充電側ループ経路におけるLC共振を抑制することができる。
また、放電側ループ経路は、以下(D1)〜(D3)に説明する経路である。
(D1)第1容量、第1下アームスイッチSL1のゲート、第1ゲート端子G1、対象素子、第1エミッタ端子KE1、及び第1下アームスイッチSL1のエミッタを含む第1放電側ループ経路。第1放電側ループ経路に第1放電側ダイオード34Aが備えられることにより、このループ経路に流れる電流の流通方向を一方向のみに制限できる。その結果、第1放電側ループ経路におけるLC共振を抑制することができる。
(D2)第1容量、第1下アームスイッチSL1のゲート、第1ゲート端子G1、第2接続点T2、第2ゲート端子G2、第2下アームスイッチSL2のゲート、第2容量、第2下アームスイッチSL2のエミッタ、第2エミッタ端子KE2、第1エミッタ端子KE1、及び第1下アームスイッチSL1のエミッタを含む第2放電側ループ経路。第2放電側ループ経路に第1放電側ダイオード34A又は第2放電側ダイオード34Bが備えられることにより、第2放電側ループ経路におけるLC共振を抑制することができる。
(D3)第2容量、第2下アームスイッチSL2のゲート、第2ゲート端子G2、対象素子、第2エミッタ端子KE2、及び第2下アームスイッチSL2のエミッタを含む第3放電側ループ経路。第3放電側ループ経路に第2放電側ダイオード34Bが備えられることにより、第3放電側ループ経路におけるLC共振を抑制することができる。
このように、本実施形態によれば、各アーム部を構成する各アームダイオードのリカバリ電流の流通完了タイミングが相違する場合であっても、LC共振を抑制することができる。
なお、駆動回路DrLには、上述したソフト遮断経路が備えられている。ここで、ソフト遮断経路は、LC共振が発生するループ経路を構成しない。以下、下アーム部20Lを例にして説明する。
各下アームスイッチSL1,SL2に過電流が流れ、ソフト遮断スイッチがオン状態に切り替えられるのは、各下アームスイッチSL1,SL2がオン状態とされている場合である。LC共振は、各下アームスイッチSL1,SL2がオフ状態とされている場合に発生する。各下アームスイッチSL1,SL2がオフ状態とされている場合には、ソフト遮断スイッチがオフ状態とされている。したがって、ゲート及びエミッタ間容量とソフト遮断経路とを有するループ経路が形成されない。このため、ソフト遮断経路は、LC共振が発生するループ経路を構成しない。
(第2実施形態)
以下、第2実施形態について、上記第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図10に示すように、充電側ループ経路における充電側素子を、ダイオードからスイッチに変更する。なお図10において、先の図2に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
図示されるように、定電圧電源31には、第1接続点T1が接続されている。本実施形態において、定電圧電源31から第1接続点T1までに至る電気経路が「電源経路Lt」に相当する。
駆動回路DrLは、第1充電スイッチ42A及び第2充電スイッチ42Bを備えている。本実施形態では、各充電スイッチ42A,42Bとして、PチャネルMOSFETを用いている。第1充電スイッチ42Aのソースには、第1接続点T1が接続され、第1充電スイッチ42Aのドレインには、第1充電用抵抗体43Aの第1端が接続されている。第1充電用抵抗体43Aの第2端には、第1ゲート端子G1が接続されている。また、第2充電スイッチ42Bのソースには、第1接続点T1が接続され、第2充電スイッチ42Bのドレインには、第2充電用抵抗体43Bの第1端が接続されている。第2充電用抵抗体43Bの第2端には、第2ゲート端子G2が接続されている。
ちなみに本実施形態において、第1接続点T1から、第1充電スイッチ42A及び第1充電用抵抗体43Aを介して第1ゲート端子G1に至るまでの電気経路と、第1接続点T1から、第2充電スイッチ42B及び第2充電用抵抗体43Bを介して第2ゲート端子G2に至るまでの電気経路とが「分岐経路Lch」に相当する。
本実施形態において、駆動制御部40は、充電処理として、駆動信号がオン駆動指令になっていると判定している場合、各充電スイッチ42A,42Bをオン状態とし、放電スイッチ36をオフ状態とする処理を行う。なお、各充電スイッチ42A,42Bの駆動は、駆動制御部40によってオン制御部41が制御されることで実施される。
一方、駆動制御部40は、放電処理として、駆動信号がオフ駆動指令になっていると判定している場合、各充電スイッチ42A,42Bをオフ状態とし、放電スイッチ36をオン状態とする処理を行う。
第1充電スイッチ42A及び第2充電スイッチ42Bの双方によれば、上記第1実施形態の(C1)〜(C3)で説明した第1〜第3充電側ループ経路におけるLC共振を抑制することができる。つまり、下アーム部20Lを例にして説明すると、LC共振は、対向アーム部である上アーム部20Hを構成するアームスイッチがオン状態に切り替えられる場合に、自アーム部である下アーム部20Lにおいて発生する。この場合、第1充電スイッチ42A及び第2充電スイッチ42Bはオフ状態とされているため、各充電スイッチ42A,42Bにより充電側ループ経路が分断される。
また、第1充電スイッチ42A及び第2充電スイッチ42Bは、ダイオードよりもオン抵抗が小さい。このため本実施形態によれば、LC共振を抑制するための構成が、各アームスイッチのスイッチングに及ぼす影響を小さくできる。
(第3実施形態)
以下、第3実施形態について、上記第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図11に示すように、ゲート充電電流を、定電圧駆動に代えて、定電流駆動によって供給する。なお図11において、先の図2に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
図示されるように、駆動回路DrLは、第1充電スイッチ44A及び第2充電スイッチ44Bを備えている。本実施形態では、各充電スイッチ44A,44Bとして、PチャネルMOSFETを用いている。第1充電スイッチ44Aのソースには、第1接続点T1が接続され、第1充電スイッチ44Aのドレインには、第1ゲート端子G1が接続されている。また、第2充電スイッチ44Bのソースには、第1接続点T1が接続され、第2充電スイッチ44Bのドレインには、第2ゲート端子G2が接続されている。充電用抵抗体32の電位差は、駆動回路DrLの備える電流制御部45に入力される。
ちなみに本実施形態において、第1接続点T1から第1充電スイッチ44Aを介して第1ゲート端子G1に至るまでの電気経路と、第1接続点T1から第2充電スイッチ44Bを介して第2ゲート端子G2に至るまでの電気経路とが「分岐経路Lch」に相当する。
本実施形態において、駆動制御部40は、充電処理として、駆動信号としてオン駆動指令が入力されていると判定している場合、電流制御部45に対してイネーブル信号を出力し、放電スイッチ36をオフ状態とする処理を行う。一方、駆動制御部40は、放電処理として、駆動信号がオフ駆動指令になっていると判定している場合、電流制御部45に対してイネーブル信号を出力せず、放電スイッチ36をオン状態とする処理を行う。
電流制御部45にイネーブル信号が入力されることにより、第1接続点T1の電位をその目標値に保持することができ、ゲート充電電流を一定値とする定電流駆動を行うことができる。
第1充電スイッチ44A及び第2充電スイッチ44Bの双方によれば、上記第1実施形態の(C1)〜(C3)で説明した第1〜第3充電側ループ経路におけるLC共振を抑制することができる。この理由は、上記第2実施形態で説明した理由と同じである。
(第4実施形態)
以下、第4実施形態について、上記第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図12に示すように、オフ保持経路の配置を変更する。なお図12において、先の図2に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
図示されるように、第1ゲート端子G1から第1放電側ダイオード34Aのアノードに至るまでの電気経路、又は第1ゲート端子G1には、第1オフ側ダイオード46Aのアノードが接続されている。また、第2ゲート端子G2から第2放電側ダイオード34Bのアノードに至るまでの電気経路、又は第2ゲート端子G2には、第2オフ側ダイオード46Bのアノードが接続されている。
駆動回路DrLは、第1オフ保持スイッチ47A及び第2オフ保持スイッチ47Bを備えている。本実施形態では、各オフ保持スイッチ47A,47Bとして、NチャネルMOSFETを用いている。第1オフ保持スイッチ47Aのドレインには、第1オフ側ダイオード46Aのカソードが接続されている。第1オフ保持スイッチ47Aのソースには、第1エミッタ端子KE1及び第2エミッタ端子KE2を短絡する短絡経路が接続されている。また、第2オフ保持スイッチ47Bのドレインには、第2オフ側ダイオード46Bのカソードが接続されている。第2オフ保持スイッチ47Bのソースには、上記短絡経路が接続されている。
ちなみに本実施形態において、第1ゲート端子G1から、第1オフ側ダイオード46A及び第1オフ保持スイッチ47Aを介して第1エミッタ端子KE1に至るまでの電気経路と、第2ゲート端子G2から、第2オフ側ダイオード46B及び第2オフ保持スイッチ47Bを介して第2エミッタ端子KE2に至るまでの電気経路とが「オフ保持経路Loff」に相当する。
本実施形態において、駆動回路DrLは、上述したオフ保持経路Loffを備えている。このため、以下(D4)〜(D7)に説明する放電側ループ経路が形成されている。
(D4)第1容量、第1下アームスイッチSL1のゲート、第1ゲート端子G1、第1オフ保持スイッチ47A、第1エミッタ端子KE1、及び第1下アームスイッチSL1のエミッタを有する第4放電側ループ経路。
(D5)第1容量、第1下アームスイッチSL1のゲート、第1ゲート端子G1、第2接続点T2、第2オフ保持スイッチ47B、第1エミッタ端子KE1、及び第1下アームスイッチSL1のエミッタを有する第5放電側ループ経路。
(D6)第2容量、第2下アームスイッチSL2のゲート、第2ゲート端子G2、第2オフ保持スイッチ47B、第2エミッタ端子KE2、及び第2下アームスイッチSL2のエミッタを有する第6放電側ループ経路。
(D7)第2容量、第2下アームスイッチSL2のゲート、第2ゲート端子G2、第2接続点T2、第1オフ保持スイッチ47A、第2エミッタ端子KE2、及び第2下アームスイッチSL2のエミッタを有する第7放電側ループ経路。
ここで、第1オフ側ダイオード46Aによれば、第4,第7放電側ループ経路におけるLC共振を抑制することができる。また、第2オフ側ダイオード46Bによれば、第5,第6放電側ループ経路におけるLC共振を抑制することができる。
本実施形態において、放電スイッチ36をオン状態とすると、各下アームスイッチSL1,SL2全てがオフ状態に切り替えられる。これ以外に、例えば、各スイッチ36,47A,47Bのうち、第1オフ保持スイッチ47Aのみをオン状態とすることにより、各下アームスイッチSL1,SL2のうち、第1下アームスイッチSL1のみをオフ状態に切り替えることができる。
(第5実施形態)
以下、第5実施形態について、上記第4実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図13に示すように、充電側の構成を変更する。詳しくは、先の図12に示した定電圧駆動の構成を、先の図11に示した定電流駆動の構成に変更する。なお図13において、先の図11,図12に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
以上説明した本実施形態によっても、上記第4実施形態と同様の効果を得ることができる。
(第6実施形態)
以下、第6実施形態について、上記第4実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図14に示すように、オフ保持スイッチをMOSFETからバイポーラトランジスタに変更する。なお図14において、先の図12に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
図示されるように、駆動回路DrLは、第1オフ保持スイッチ48A及び第2オフ保持スイッチ48Bを備えている。本実施形態では、各オフ保持スイッチ48A,48Bとして、npn型のものを用いている。
第1オフ保持スイッチ48Aのコレクタには、第1ゲート端子G1が接続され、第1オフ保持スイッチ48Aのエミッタには、第1エミッタ端子KE1と第2エミッタ端子KE2とを短絡する短絡経路が接続されている。また、第2オフ保持スイッチ48Bのコレクタには、第2ゲート端子G2が接続され、第2オフ保持スイッチ48Bのエミッタには、上記短絡経路が接続されている。
ここで、第1オフ保持スイッチ48Aを例にして説明すると、第1オフ保持スイッチ48Aは、オフ状態とされることにより、第1ゲート端子G1と短絡経路との間を遮断する。一方、第1オフ保持スイッチ48Aは、オン状態とされることにより、オフ保持経路Loffにおいて、第1ゲート端子G1から短絡経路へと向かう方向の電流の流通を許容し、その逆方向の電流の流通を阻止する。
したがって、オフ保持経路LoffにおけるMOSFET及びダイオードを、バイポーラトランジスタに置き換えることができる。このため本実施形態によれば、オフ保持経路Loffにおける部品数を上記第4実施形態よりも削減することができる。
(第7実施形態)
以下、第7実施形態について、上記第6実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図15に示すように、充電側の構成を変更する。詳しくは、先の図14に示した定電圧駆動の構成を、先の図11に示した定電流駆動の構成に変更する。なお図15において、先の図11,図14に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
以上説明した本実施形態によっても、上記第6実施形態と同様の効果を得ることができる。
(第8実施形態)
以下、第8実施形態について、上記第5実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図16に示すように、充電側の構成を変更する。なお図16において、先の図13に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
図示されるように、第1ゲート端子G1には、第1抵抗体60Aの第1端が接続され、第1抵抗体60Aの第2端には、第1エミッタ端子KE1と第2エミッタ端子KE2とを短絡する短絡経路が接続されている。第1抵抗体60Aは、第1下アームスイッチSL1のゲートの負電荷を引き抜くために設けられている。つまり、第1下アームスイッチSL1のエミッタ電位が何らかの要因によって変動すると、第1下アームスイッチSL1のゲートから第1容量を介してエミッタへと正電荷が移動する。この場合、第1下アームスイッチSL1のエミッタ電位に対して第1下アームスイッチSL1のゲート電位が低くなる。すなわち、ゲートに負電荷が蓄積される。ただし、放電経路に第1オフ側ダイオード46Aが設けられていることから、負電荷を引き抜くことができない。そこで、負電荷を引き抜くために、第1抵抗体60Aを設けた。
第2ゲート端子G2には、第2抵抗体60Bの第1端が接続され、第2抵抗体60Bの第2端には、第1エミッタ端子KE1と第2エミッタ端子KE2とを短絡する短絡経路が接続されている。第2抵抗体60Bは、第2下アームスイッチSL2のゲートの負電荷を引き抜くために設けられている。
本実施形態において、駆動回路DrLは、上述した第1抵抗体60A及び第2抵抗体60Bを備えている。このため、以下(D8)〜(D11)に説明する放電側ループ経路が形成されている。
(D8)第1容量、第1下アームスイッチSL1のゲート、第1ゲート端子G1、第1抵抗体60A、第1エミッタ端子KE1、及び第1下アームスイッチSL1のエミッタを有する第8放電側ループ経路。
(D9)第1容量、第1下アームスイッチSL1のゲート、第1ゲート端子G1、第2接続点T2、第2抵抗体60B、第1エミッタ端子KE1、及び第1下アームスイッチSL1のエミッタを有する第9放電側ループ経路。
(D10)第2容量、第2下アームスイッチSL2のゲート、第2ゲート端子G2、第2抵抗体60B、第2エミッタ端子KE2、及び第2下アームスイッチSL2のエミッタを有する第10放電側ループ経路。
(D11)第2容量、第2下アームスイッチSL2のゲート、第2ゲート端子G2、第2接続点T2、第1抵抗体60A、第2エミッタ端子KE2、及び第2下アームスイッチSL2のエミッタを有する第11放電側ループ経路。
ここで、第1抵抗体60A及び第2抵抗体60Bの抵抗値Ra(例えば100Ω以上の値)は、充電用抵抗体32を備える充電経路の抵抗値Rb、及び放電用抵抗体35、第1オフ保持スイッチ47A又は第2オフ保持スイッチ47Bを備える放電経路の抵抗値Rcよりも大きく設定され、具体的には例えば、抵抗値Rb,Rcの10〜100倍の値に設定されている。このため、第8〜第11放電側ループ経路のインピーダンスは、例えば上記(c4)〜(c7)で説明した第4〜第7放電側ループ経路のインピーダンスよりも十分大きい。これにより、第8〜第11放電側ループ経路は、減衰度が大きい。したがって、第8〜第11放電側ループ経路は、共振経路になり得るものの、減衰度が大きいことによりLC共振を抑制できる。
(第9実施形態)
以下、第9実施形態について、上記第3実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図17に示すように、充電側の構成を変更する。なお図17において、先の図11に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
図示されるように、第1定電圧電源31Aには、第1充電用抵抗体32Aの第1端が接続されている。第2定電圧電源31Bには、第2充電用抵抗体32Bの第1端が接続されている。
駆動回路DrLは、第1充電スイッチ50A及び第2充電スイッチ50Bを備えている。本実施形態では、各充電スイッチ50A,50Bとして、PチャネルMOSFETを用いている。第1充電スイッチ50Aのソースには、第1充電用抵抗体32Aの第2端が接続され、第1充電スイッチ50Aのドレインには、第1ゲート端子G1が接続されている。また、第2充電スイッチ50Bのソースには、第2充電用抵抗体32Bの第2端が接続され、第2充電スイッチ50Bのドレインには、第2ゲート端子G2が接続されている。第1充電用抵抗体32Aの電位差は、駆動回路DrLの備える第1電流制御部45Aに入力され、第2充電用抵抗体32Bの電位差は、駆動回路DrLの備える第2電流制御部45Bに入力される。
本実施形態において、駆動制御部40は、充電処理として、駆動信号としてオン駆動指令が入力されていると判定している場合、各電流制御部45A,45Bに対してイネーブル信号を出力し、放電スイッチ36をオフ状態とする処理を行う。一方、駆動制御部40は、放電処理として、駆動信号がオフ駆動指令になっていると判定している場合、各電流制御部45A,45Bに対してイネーブル信号を出力せず、放電スイッチ36をオン状態とする処理を行う。
第1,第2電流制御部45A,45Bにイネーブル信号が入力されることにより、第1,第2充電用抵抗体32A,32Bの第2端側の電位をその目標値に保持するように第1,第2充電スイッチ50A,50Bが駆動される。その結果、各下アームスイッチSL1,SL2に供給されるゲート充電電流を一定値とする定電流駆動を行うことができる。
以上説明した本実施形態は、各下アームスイッチSL1,SL2それぞれのスイッチング速度を個別に制御するために採用されたものである。すなわち、各下アームスイッチSL1,SL2に対応してゲート充電電流の流通経路が個別に設けられている。この構成によれば、各下アームスイッチSL1,SL2に対応する電源経路Lt,分岐経路Lchが互いに分断されることとなる。このため、各下アームスイッチSL1,SL2それぞれについて、充電側ループ経路が形成されない。したがって本実施形態によれば、充電側ループ経路におけるLC共振を防止できる。
(第10実施形態)
以下、第10実施形態について、上記第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図18に示すように、放電側の構成を変更する。なお図18において、先の図2に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
図示されるように、第1放電側ダイオード34Aのカソードには、第1放電用抵抗体35Aの第1端が接続されている。第2放電側ダイオード34Bのカソードには、第2放電用抵抗体35Bの第1端が接続されている。
駆動回路DrLは、第1放電スイッチ36A及び第2放電スイッチ36Bを備えている。本実施形態では、各放電スイッチ36A,36Bとして、NチャネルMOSFETを用いている。第1放電スイッチ36Aのドレインには、第1放電用抵抗体35Aの第2端が接続され、第2放電スイッチ36Bのドレインには、第2放電用抵抗体35Bの第2端が接続されている。第1放電スイッチ36A及び第2放電スイッチ36Bのソースには、第1エミッタ端子KE1及び第2エミッタ端子KE2を短絡する短絡経路が接続されている。
なお、駆動制御部40は、充電処理として、駆動信号がオン駆動指令になっていると判定している場合、充電スイッチ30をオン状態とし、各放電スイッチ36A,36Bをオフ状態とする処理を行う。一方、駆動制御部40は、放電処理として、駆動信号がオフ駆動指令になっていると判定している場合、充電スイッチ30をオフ状態とし、各放電スイッチ36A,36Bをオン状態とする処理を行う。
ちなみに本実施形態では、先の図2の構成とは異なり、各下アームスイッチSL1,SL2の放電経路の一部が共通化されていない。このため、各下アームスイッチSL1,SL2に対応した放電経路が分断されることとなる。その結果、放電側ループ経路の数が、上記第1実施形態よりも減ることとなる。
(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・上記第1実施形態において、第1充電側ダイオード33A及び第2充電側ダイオード33Bのうちいずれか一方を除去してもよい。この場合であっても、第1〜第3充電側ループ経路におけるLC共振を抑制できる。
・上記第1実施形態において、第1,第2充電側ダイオード33A,33Bの組、及び第1,第2放電側ダイオード34A,34Bの組のうちいずれか一方を除去してもよい。なお、第1,第2充電側ダイオード33A,33Bの組を除去する場合、上記(C1)で説明した第1充電側ループ経路に、LC共振を抑制するための素子が備えられないこととなる。
・上記第1実施形態において、第1ゲート端子G1から第1オフ保持スイッチ38Aを介して第1エミッタ端子KE1に至るまでの放電経路における第1放電側ダイオード34Aの設置位置を変更してもよい。
例えば、上記放電経路のうち第1オフ保持スイッチ38Aよりも第1エミッタ端子KE1側に第1放電側ダイオード34Aを設けてもよい。具体的には、第1エミッタ端子KE1及び第2エミッタ端子KE2を短絡する短絡経路において、第1センス抵抗体37Aの第2端との接続点よりも第1オフ保持スイッチ38A側に第1放電側ダイオード34Aを設けてもよい。この場合、第1放電側ダイオード34Aの電圧降下量が第1センス電圧の検出精度に及ぼす影響を排除できる。ちなみに、上記短絡経路において、第1センス抵抗体37Aの第2端との接続点よりも第1エミッタ端子KE1側に第1放電側ダイオード34Aを設けてもよい。
なお、第1放電側ダイオード34Aについて上述した事項は、第2放電側ダイオード34Bについても同様に適用できる。
・先の図12,図13の構成から、第1オフ側ダイオード46A及び第2オフ側ダイオード46Bのいずれかを除去してもよい。
・上記第8実施形態の図16に示した第1,第2抵抗体60A,60Bが、上記第1〜第7,第9,第10実施形態の駆動回路に設けられていてもよい。
・インバータを構成する電圧制御型スイッチとしては、IGBTに限らず、例えばNチャネルMOSFETであってもよい。この場合、スイッチの出力端子はソースであり、スイッチの入力端子はドレインである。またこの場合、MOSFETには、ゲート及びソース間容量Cgsが形成されることとなる。さらにこの場合、スイッチに逆並列に接続される還流ダイオードは、MOSFETのボディダイオードとしてもよいし、MOSFETに逆並列に接続された外付けのダイオードとしてもよい。
・各アーム部を構成するスイッチの並列接続数としては、2つに限らず、3つ以上であってもよい。この場合、これらスイッチのうち、少なくとも2つのスイッチに逆並列接続された還流ダイオードに流れるリカバリ電流の流通完了タイミングが相違することにより、LC共振が発生する。
・インバータとしては、3相のものに限らず、2相又は4相以上のものであってもよい。要は、少なくとも2相分の上,下アーム部を備え、各相の上,下アーム部の接続点であるO端子が誘導性負荷によって接続されている構成であればよい。
・駆動回路としては、車両に搭載されるものに限らない。
33A,33B…第1,第2充電側ダイオード、34A,34B…第1,第2放電側ダイオード、SH1,SH2,SL1,SL2…各アームスイッチ、DH1,DH2,DL1,DL2…各アームダイオード、DrH,DrL…駆動回路。

Claims (13)

  1. 互いに並列接続された複数の電圧制御型の駆動対象スイッチ(SH1,SH2,SL1,SL2)を駆動する駆動回路(DrH,DrL)において、
    複数の前記駆動対象スイッチのそれぞれには、還流ダイオード(DH1,DH2,DL1,DL2)が逆並列に接続されており、
    複数の前記駆動対象スイッチそれぞれについて、前記駆動対象スイッチのゲートに接続されて、かつ、前記駆動対象スイッチをオン状態に切り替えるためのゲート充電電流が流れる充電経路(Lt,Lch)と、
    複数の前記駆動対象スイッチそれぞれについて、前記ゲート及び前記駆動対象スイッチの出力端子を接続して、かつ、前記駆動対象スイッチをオフ状態に切り替えるためのゲート放電電流が流れる放電経路(Ldis)と、
    複数の前記駆動対象スイッチそれぞれについて、前記ゲート、前記充電経路の少なくとも一部及び前記出力端子を有する充電側ループ経路に設けられ、電流の流通を一方向のみに制限するとともに前記ゲート充電電流の流通を阻止しないように設けられた充電側素子(33A,33B;42A,42B;44A,44B)、並びに複数の前記駆動対象スイッチそれぞれについて、前記ゲート、前記放電経路の少なくとも一部及び前記出力端子を有する放電側ループ経路に設けられ、電流の流通を一方向のみに制限するとともに前記ゲート放電電流の流通を阻止しないように設けられた放電側素子(34A,34B;46A,46B;48A,48B)の少なくとも一方と、を備える駆動対象スイッチの駆動回路。
  2. 前記放電経路に設けられた前記放電側素子(34A,34B)を備え、
    前記放電側素子は、前記ゲートから前記出力端子へと向かう放電方向の電流の流通を許可して、かつ、前記放電方向とは逆方向の電流の流通を阻止する請求項1に記載の駆動対象スイッチの駆動回路。
  3. 前記放電経路に設けられた前記放電側素子は、前記ゲート側にアノードが接続されて、かつ、前記出力端子側にカソードが接続された放電側ダイオードである請求項2に記載の駆動対象スイッチの駆動回路。
  4. 前記放電経路において前記放電側素子よりも前記出力端子側に設けられた放電スイッチ(36;36A,36B)と、
    複数の前記駆動対象スイッチそれぞれに対応して個別に設けられ、前記放電経路において前記放電側素子よりも前記ゲート側と前記出力端子とを短絡するオフ保持経路(Loff)と、を備え、
    前記放電側素子(46A,46B;48A,48B)は、前記オフ保持経路にさらに設けられており、
    前記オフ保持経路に設けられた前記放電側素子は、前記ゲートから前記出力端子へと向かう規定方向の電流の流通を許容して、かつ、前記規定方向とは逆方向の電流の流通を阻止する請求項2又は3に記載の駆動対象スイッチの駆動回路。
  5. 前記オフ保持経路に設けられた前記放電側素子は、前記ゲート側にアノードが接続されて、かつ、前記出力端子側にカソードが接続されたオフ側ダイオード(46A,46B)であり、
    前記オフ保持経路に設けられ、前記駆動対象スイッチのオフ駆動指示時にオン状態とされるオフ保持スイッチ(47A,47B)を備える請求項4に記載の駆動対象スイッチの駆動回路。
  6. 前記オフ保持経路に設けられた前記放電側素子は、オフ状態とされることにより前記ゲート及び前記出力端子の間を電気的に遮断し、オン状態とされることにより前記規定方向の電流の流通を許容しつつ該規定方向とは反対方向の電流の流通を阻止するオフ保持スイッチ(48A,48B)である請求項4に記載の駆動対象スイッチの駆動回路。
  7. 複数の前記駆動対象スイッチそれぞれに対応して個別に設けられ、前記放電経路において前記放電側素子よりも前記ゲート側と、前記出力端子とを接続する抵抗体(60A,60B)を備え、
    前記抵抗体の抵抗値が前記放電経路の抵抗値よりも大きく設定されている請求項4〜6のいずれか1項に記載の駆動対象スイッチの駆動回路。
  8. 前記駆動回路に形成されている全ての前記放電側ループ経路に前記放電側素子が設けられている請求項2〜7のいずれか1項に記載の駆動対象スイッチの駆動回路。
  9. 前記充電経路は、
    電源(31)に接続された電源経路(Lt)と、
    前記電源経路から分岐して複数の前記駆動対象スイッチそれぞれの前記ゲートに接続された分岐経路(Lch)と、を有し、
    前記分岐経路に設けられた前記充電側素子を備え、
    前記充電側素子は、前記電源経路側から前記ゲートへと向かう充電方向の電流の流通を許可して、かつ、前記充電方向とは逆方向の電流の流通を阻止する請求項1〜8のいずれか1項に記載の駆動対象スイッチの駆動回路。
  10. 前記充電側素子は、前記電源経路側にアノードが接続されて、かつ、前記ゲート側にカソードが接続された充電側ダイオード(33A,33B)である請求項9に記載の駆動対象スイッチの駆動回路。
  11. 複数の前記駆動対象スイッチの並列接続体は、直列接続された上アーム部(20H)及び下アーム部(20L)のそれぞれを構成し、
    前記上アーム部を構成する前記駆動対象スイッチ(SH1,SH2)と、前記下アーム部を構成する前記駆動対象スイッチ(SL1,SL2)とは、交互にオン状態とされ、
    前記充電側素子は、オフ状態とされることにより前記充電方向の電流の流通を阻止し、オン状態とされることにより前記充電方向の電流の流通を許可する充電スイッチ(42A,42B;44A,44B)である請求項9に記載の駆動対象スイッチの駆動回路。
  12. 前記駆動回路に形成されている全ての前記充電側ループ経路に前記充電側素子が設けられている請求項9〜11のいずれか1項に記載の駆動対象スイッチの駆動回路。
  13. 前記放電経路に設けられた前記放電側素子(34A,34B)を備え、
    前記充電経路は、複数の前記駆動対象スイッチそれぞれに対応して個別に設けられている請求項1〜8のいずれか1項に記載の駆動対象スイッチの駆動回路。
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