JP2020162060A - Compensation circuit, gate control circuit, and switching circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は補償回路、及びそれを用いたゲート制御回路、スイッチング回路に関する。 The present invention relates to a compensation circuit, a gate control circuit using the compensation circuit, and a switching circuit.
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ)等の半導体素子を用いたスイッチング回路が知られている。スイッチング回路の出力の電圧は、基本的に主回路を構成する半導体素子の耐圧によって制限される。 Switching circuits using semiconductor elements such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) are known. The output voltage of the switching circuit is basically limited by the withstand voltage of the semiconductor elements constituting the main circuit.
より高い出力電圧に対応するため、複数の半導体素子を直列に接続し、これらの半導体素子のオン/オフ制御を同時に行うようにしたスイッチング回路も知られている。このようなスイッチング回路では、半導体素子毎に設けられたゲートドライバを備えるゲート制御回路が用いられ、各半導体素子へのゲート信号が同時にオン/オフ制御するように構成されている。 A switching circuit is also known in which a plurality of semiconductor elements are connected in series and on / off control of these semiconductor elements is performed at the same time in order to cope with a higher output voltage. In such a switching circuit, a gate control circuit including a gate driver provided for each semiconductor element is used, and the gate signal to each semiconductor element is configured to be on / off controlled at the same time.
しかし半導体素子間でターンオフのタイミングが異なると、ターンオフ後、電源電圧を均等に半導体素子間で負担することができず、特定の半導体素子が過大な電圧を負担することとなる。そうすると、特定の半導体素子に電圧破壊が発生する怖れが生じる。そこで、このような負担電圧のアンバランスを生じさせないようにするための補償回路を、ゲート制御回路に設けることが検討されてきた。 However, if the turn-off timing differs between the semiconductor elements, the power supply voltage cannot be evenly distributed between the semiconductor elements after the turn-off, and the specific semiconductor element bears an excessive voltage. Then, there is a fear that voltage destruction may occur in a specific semiconductor element. Therefore, it has been studied to provide a compensation circuit in the gate control circuit so as not to cause such an imbalance of the burden voltage.
このような補償回路は、半導体素子毎にその負担電圧(IGBTであればコレクタ・エミッタ間電圧)をモニタし、過大な負担電圧の発生、若しくは、半導体素子間の負担電圧のアンバランスを検出して、各半導体素子へのゲート信号を調整するものである。 Such a compensation circuit monitors the burden voltage (collector-emitter voltage in the case of an IGBT) for each semiconductor element, and detects the generation of an excessive burden voltage or the imbalance of the burden voltage between semiconductor elements. Therefore, the gate signal to each semiconductor element is adjusted.
しかしながら、このような従来技術の補償回路では、半導体素子毎に負担電圧をモニタし、それによってゲート信号を補償若しくは制御する必要があるため、回路構成が複雑である。 However, in such a conventional compensation circuit, the circuit configuration is complicated because it is necessary to monitor the burden voltage for each semiconductor element and compensate or control the gate signal accordingly.
本発明の一態様は、簡易な構成で半導体素子間の負担電圧のアンバランスを抑制し、半導体素子の破壊を有効に抑制し得る、ゲート制御回路に用いる補償回路を実現することを目的とする。 One aspect of the present invention is to realize a compensation circuit used for a gate control circuit capable of suppressing imbalance of a burden voltage between semiconductor elements and effectively suppressing destruction of semiconductor elements with a simple configuration. ..
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る補償回路は、直列に接続された第1の半導体素子及び第2の半導体素子を制御するゲート信号を補償するための補償回路であって、前記第1の半導体素子を制御する前記ゲート信号は、前記第1の半導体素子がターンオフする際にゲート容量を放電する第1の過渡電流を有し、前記第1の半導体素子に前記ゲート信号を印加するための第1の線路に設けられた第1の電流検出器と、前記第2の半導体素子に前記ゲート信号を印加するための第2の線路に接続された、前記第2の半導体素子がターンオフする際にゲート容量を放電する第2の過渡電流をバイパスし得る第2のスイッチと、を備え、前記第1の電流検出器は、前記第1の過渡電流を検出した際に、前記第2のスイッチを導通させる構成を備えている。 In order to solve the above problems, the compensation circuit according to one aspect of the present invention is a compensation circuit for compensating for a gate signal that controls a first semiconductor element and a second semiconductor element connected in series. The gate signal that controls the first semiconductor element has a first transient current that discharges the gate capacitance when the first semiconductor element turns off, and the gate is attached to the first semiconductor element. The second current detector connected to a first current detector provided on a first line for applying a signal and a second line for applying the gate signal to the second semiconductor element. The first current detector comprises a second switch capable of bypassing a second transient current that discharges the gate capacitance when the semiconductor device turns off, when the first current detector detects the first transient current. , The second switch is made conductive.
本発明の一態様の補償回路によれば、簡易な構成で半導体素子間の負担電圧のアンバランスを抑制し、半導体素子の破壊を有効に抑制し得る、ゲート制御回路に用いる補償回路が実現できる。 According to the compensation circuit of one aspect of the present invention, it is possible to realize a compensation circuit used for a gate control circuit capable of suppressing imbalance of the burden voltage between semiconductor elements and effectively suppressing destruction of the semiconductor element with a simple configuration. ..
〔実施形態1〕
以下に、図1〜2を参照し、本発明の一実施形態が、詳細に説明される。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS.
図1は、実施形態1に係る補償回路10及び、補償回路10を用いたスイッチング回路101及びゲート制御回路100を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a
(スイッチング回路の構成)
実施形態1に係るスイッチング回路101は、半導体素子QA(第1の半導体素子)、半導体素子QB(第2の半導体素子)とゲート制御回路100とを備える。
(Configuration of switching circuit)
The
半導体素子QA及び半導体素子QBは電圧制御型の半導体スイッチング素子(トランジスタ)であり、具体的には、IGBTであり得る。 The semiconductor element QA and the semiconductor element QB are voltage-controlled semiconductor switching elements (transistors), and specifically, can be IGBTs.
半導体素子QAと半導体素子QBとは、直列に接続されている。これらがIGBTである場合、半導体素子QAのエミッタと半導体素子QBのコレクタとが接続される。 The semiconductor element QA and the semiconductor element QB are connected in series. When these are IGBTs, the emitter of the semiconductor element QA and the collector of the semiconductor element QB are connected.
ゲート制御回路100には、スイッチング回路101の出力のオン/オフ制御を指令するための、ゲート制御信号GCSが入力される。
A gate control signal GCS for instructing on / off control of the output of the
ゲート制御回路100から、補償が行われたゲート信号がそれぞれ半導体素子QA、QBに入力され、それぞれの半導体素子QA、QBのオン/オフが制御される。
From the
スイッチング回路101は、図示されない電源及び負荷が、半導体素子QA及び半導体素子QBに直列に接続されて使用されることで、負荷に対する出力の制御を行う回路である。
The
(ゲート制御回路の構成)
実施形態1に係るゲート制御回路100は、補償回路10、ゲートドライバ20(第1のゲートドライバ)、ゲートドライバ30(第2のゲートドライバ)、ゲート抵抗RgA(第1のゲート抵抗)、ゲート抵抗RgB(第2のゲート抵抗)を備えている。
(Structure of gate control circuit)
The
ゲートドライバ20及びゲートドライバ30には、共通のゲート制御信号GCSが入力される。
A common gate control signal GCS is input to the
ゲートドライバ20はゲート信号線21(第1の線路)にゲート信号を出力する。ゲート信号線21にはゲート抵抗RgAが設けられ、ゲート信号は補償回路10を通じて半導体素子QAのゲートに入力される。
The
ゲートドライバ30はゲート信号線31(第2の線路)にゲート信号を出力する。ゲート信号線31にはゲート抵抗RgBが設けられ、ゲート信号は補償回路10を通じて半導体素子QBのゲートに入力される。
The
ゲートドライバ20及びゲートドライバ30は、特許文献1にも開示される公知のゲートドライバである。
The
ゲートドライバ20は、次の動作を実行する。
The
ゲート制御信号GCSがオン信号のとき、トランジスタTrA1がオン、トランジスタTrA2がオフとなり、半導体素子QAをオンとするための、高電位の電圧V1に略等しい電圧がゲート信号線21に出力される。ゲート制御信号GCSがオフ信号のとき、トランジスタTrA1がオフ、トランジスタTrA2がオンとなり、半導体素子QAをオフとするための、低電位の電圧V2に略等しい電圧がゲート信号線21に出力される。半導体素子QAへのゲート信号は、このような電圧の信号を含み得る。
When the gate control signal GCS is an on signal, the transistor TrA1 is turned on, the transistor TrA2 is turned off, and a voltage substantially equal to the high potential voltage V1 for turning on the semiconductor element QA is output to the
また、ゲートドライバ20は、半導体素子QAがターンオンする際の、ゲート容量を充電する(半導体素子QAのゲートに向かって流れる)過渡的な電流を流す。更にゲートドライバ20は、半導体素子QAがターンオフする際の、ゲート容量を放電する(充電する電流とは逆向きに流れる)過渡的な電流を流す。半導体素子QAへのゲート信号は、このような電流の信号を含み得る。
Further, the
ゲートドライバ30は、次の動作を実行する。
The
ゲート制御信号GCSがオン信号のとき、トランジスタTrB1がオン、トランジスタTrB2がオフとなり、半導体素子QBをオンとするための、高電位の電圧V3に略等しい電圧がゲート信号線31に出力される。ゲート制御信号GCSがオフ信号のとき、トランジスタTrB1がオフ、トランジスタTrB2がオンとなり、半導体素子QBをオフとするための、低電位の電圧V4に略等しい電圧がゲート信号線31に出力される。半導体素子QBへのゲート信号は、このような電圧の信号を含み得る。
When the gate control signal GCS is an on signal, the transistor TrB1 is turned on, the transistor TrB2 is turned off, and a voltage substantially equal to the high potential voltage V3 for turning on the semiconductor element QB is output to the
また、ゲートドライバ30は、半導体素子QBがターンオンする際の、ゲート容量を充電する(半導体素子QBのゲートに向かって流れる)過渡的な電流を流す。更にゲートドライバ30は、半導体素子QBがターンオフする際の、ゲート容量を放電する(充電する電流とは逆向きに流れる)過渡的な電流を流す。半導体素子QBへのゲート信号は、このような電流の信号を含み得る。
Further, the
通常、高電位の電圧V1、V3が電圧Vcに等しいとき、低電位の電圧V2、V4が電圧−Vcに等しいように構成されるが、必ずしもこれに限られるものではない。 Normally, when the high potential voltages V1 and V3 are equal to the voltage Vc, the low potential voltages V2 and V4 are configured to be equal to the voltage −Vc, but the present invention is not limited to this.
(補償回路の構成)
実施形態1に係る補償回路10は、電流検出器CdA(第1の電流検出器)、電流検出器CdB(第2の電流検出器)、スイッチSwA(第1のスイッチ)、スイッチSwB(第2のスイッチ)、バイパス抵抗RbA(第1のバイパス抵抗)、バイパス抵抗RbB(第2のバイパス抵抗)を備えている。
(Compensation circuit configuration)
The
電流検出器CdAはゲート信号線21に設けられ、電流検出器CdBはゲート信号線31に設けられている。
The current detector CdA is provided on the
電流検出器CdAと半導体素子QAとの間のゲート信号線21から、分岐するようにバイパス抵抗RbAが接続され、バイパス抵抗RbAに直列にスイッチSwAが接続されている。スイッチSwAの更に先は、低電位の電圧V2が印加されるようにゲートドライバ20の一部に接続されている。ゲート信号線21との分岐からバイパス抵抗RbA、スイッチSwAを経てゲートドライバ20に至る線路をバイパス線22と称する。
A bypass resistor RbA is connected so as to branch off from the
電流検出器CdBと半導体素子QBとの間のゲート信号線31から、分岐するようにバイパス抵抗RbBが接続され、バイパス抵抗RbBに直列にスイッチSwBが接続されている。スイッチSwBの更に先は、低電位の電圧V4が印加されるようにゲートドライバ30の一部に接続されている。ゲート信号線31との分岐からバイパス抵抗RbB、スイッチSwBを経てゲートドライバ30に至る線路をバイパス線32と称する。
A bypass resistor RbB is connected so as to branch from the
電流検出器CdAは、ゲート容量を放電する電流の向きの所定の大きさ以上の電流(所定の大きさ以上の負のゲート電流IgA)がゲート信号線21を流れた時に、スイッチSwBをオンとし、それ以外のときにスイッチSwBをオフとするように制御する素子である。
The current detector CdA turns on the switch SwB when a current of a predetermined magnitude or more (a negative gate current IgA of a predetermined magnitude or more) flows through the
電流検出器CdBは、ゲート容量を放電する電流の向きの所定の大きさ以上の電流(所定の大きさ以上の負のゲート電流IgB)がゲート信号線31を流れた時に、スイッチSwAをオンとし、それ以外のときにスイッチSwAをオフとするように制御する素子である。
The current detector CdB turns on the switch SwA when a current of a predetermined magnitude or more (a negative gate current IgB of a predetermined magnitude or more) flows through the
(動作)
図2を参照し、補償回路10、ゲート制御回路100及びスイッチング回路101の動作が以下に説明される。図2は回路中の各点の信号の状況、若しくは各素子の動作が時間経過に伴って示されているタイムチャートである。
(motion)
With reference to FIG. 2, the operations of the
図2には、ゲートコントロール信号GCSが、オンからオフへと遷移し、スイッチング回路101の出力が、ターンオフする際の動作が示されている。
FIG. 2 shows the operation when the gate control signal GCS transitions from on to off and the output of the
ゲートコントロール信号GCSが、オンからオフへと遷移すると、ゲートドライバ20のトランジスタTrA2及びゲートドライバ30のトランジスタTrB2がターンオンする。しかしここで、ゲートドライバ20とゲートドライバ30の特性とが一致せず、トランジスタTrA2とトランジスタTrB2のターンオンのタイミングがずれている場合が、図2では示されている。
When the gate control signal GCS transitions from on to off, the transistor TrA2 of the
先にトランジスタTrA2がターンオンすると、ゲート信号線21には半導体素子QAのゲート容量の放電により、ゲート電流IgAとして過渡的な電流(第1の過渡電流)が流れる。図1に示すように、ゲート電流IgAは、半導体素子QAのゲートに向う方向を正に取るので、過渡的な電流は負の電流である。
When the transistor TrA2 is turned on first, a transient current (first transient current) flows through the
すると、電流検出器CdAが所定の電流を検出したことによって、スイッチSwBをオンにさせる。 Then, when the current detector CdA detects a predetermined current, the switch SwB is turned on.
これによって、バイパス線32を介し、半導体素子QBのゲートが、バイパス抵抗RbBを通じて低電位の電圧V4に接続される。すると、未だトランジスタTrB2がターンオンしていないにも拘らず、バイパス線32を介して半導体素子QBのゲート容量の放電が、補償電流IcBとして実行される。
As a result, the gate of the semiconductor element QB is connected to the low potential voltage V4 through the bypass resistor RbB via the
その結果、半導体素子QAのゲート容量の放電と、半導体素子QBのゲート容量の放電とは、その開始のタイミングが非常に近いものとなる。よって、図示されるように、半導体素子QAのゲート電圧VgAと半導体素子QBのゲート電圧VgBの変化のタイミングも非常に近いものとなる。 As a result, the discharge of the gate capacitance of the semiconductor element QA and the discharge of the gate capacitance of the semiconductor element QB have very close start timings. Therefore, as shown in the figure, the timing of changes in the gate voltage VgA of the semiconductor element QA and the gate voltage VgB of the semiconductor element QB are also very close.
こうして、半導体素子QAと半導体素子QBとがほぼ同時にターンオフし、ターンオフのタイミングずれに起因する、負担電圧(IGBTにおいてはコレクタ−エミッタ間電圧)のアンバランスは抑制される。 In this way, the semiconductor element QA and the semiconductor element QB turn off almost at the same time, and the imbalance of the burden voltage (collector-emitter voltage in the IGBT) caused by the turn-off timing shift is suppressed.
電流検出器CdAを通過する半導体素子QAのゲート容量の放電による過渡電流の大きさが所定値を下回るようになると、電流検出器CdAは、スイッチSwBをオフとする。 When the magnitude of the transient current due to the discharge of the gate capacitance of the semiconductor element QA passing through the current detector CdA falls below a predetermined value, the current detector CdA turns off the switch SwB.
(効果)
上記のように、実施形態1によれば、ゲートドライバ20とゲートドライバ30の特性が一致せず、トランジスタTrA2とトランジスタTrB2のターンオンのタイミングがずれていても、半導体素子QAと半導体素子QBとがほぼ同時にターンオフできる。これは、遅れているゲートドライバ30の側のバイパス線32を通じて、直ちに半導体素子QBのゲート容量の放電が開始するという作用による。
(effect)
As described above, according to the first embodiment, even if the characteristics of the
従って、トランジスタTrA2とトランジスタTrB2のターンオンのタイミングずれの程度に係わらず、半導体素子QAと半導体素子QBとがほぼ同時にターンオフできる。 Therefore, the semiconductor element QA and the semiconductor element QB can be turned off almost at the same time regardless of the degree of turn-on timing deviation between the transistor TrA2 and the transistor TrB2.
これにより、従来の補償回路を設けない場合に、ターンオフ後、電源電圧を均等に半導体素子間で負担することができず、特定の半導体素子が過大な電圧を負担することとなって素子破壊が発生する問題が効果的に抑制される。 As a result, if the conventional compensation circuit is not provided, the power supply voltage cannot be evenly distributed between the semiconductor elements after the turn-off, and the specific semiconductor element bears an excessive voltage, resulting in element destruction. The problems that occur are effectively suppressed.
上記電流検出器CdAは、ゲート容量を放電する電流の向きの所定の大きさ以上の電流がゲート信号線21を流れた時にのみ、スイッチSwBをオンする。このような電流が流れるのは、半導体素子QAがターンオフするときしかなく、その他の場合にスイッチSwBがオンすることは無い。従って、バイパス線32を設けたことによって、半導体素子QAがターンオフする際以外の半導体素子QBの動作に何ら影響が及ぶことが無い。
The current detector CdA turns on the switch SwB only when a current of a predetermined magnitude or more in the direction of the current for discharging the gate capacitance flows through the
また、補償回路10においては、その動作のための半導体素子の負担電圧(IGBTにおいてはコレクタ−エミッタ間電圧)の検知は不要である。従って図1に示されるような簡単な回路構成で、上記アンバランスの問題を抑制できる。
Further, in the
しかも、バイパス線32から補償電流IcBによってゲート容量を放電するに当たり、ゲートドライバ30が利用する低電位の電圧V4を使用しているから、別途の電源は不要である。
Moreover, since the low potential voltage V4 used by the
補償回路10においては、バイパス線32にバイパス抵抗RbBが設けられている。バイパス抵抗RbBの大きさを調整することで、バイパス線32を通じたゲート容量を放電する過渡電流の大きさあるいは継続時間を調整することができる。例えば、ゲート抵抗RgAとの値の比を調整することで、半導体素子QAのゲート容量を放電する過渡電流に対する相対値を調整することができるようになり、より適正にアンバランスを抑制する調整が可能となる。
In the
〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態が以下に説明される。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。以下の実施形態についても同様である。
[Embodiment 2]
Other embodiments of the present invention are described below. For convenience of explanation, the same reference numerals will be added to the members having the same functions as the members described in the above embodiment, and the description will not be repeated. The same applies to the following embodiments.
図3は、実施形態2に係る補償回路11及び、補償回路11を用いたスイッチング回路111及びゲート制御回路110を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a
実施形態2に係るスイッチング回路111及びゲート制御回路110では、実施形態1とは、補償回路の構成が異なる他は、同様の構成である。
The
図3を参照し、実施形態2に係る補償回路11が以下に説明される。補償回路11では、実施形態1に係る補償回路10の電流検出器CdA、電流検出器CdB、スイッチSwA、スイッチSwBが、より具体的に例示される。
The
補償回路11は、フォトカプラPcA(第1のフォトカプラ)、フォトカプラPcB(第2のフォトカプラ)、分流抵抗RdA(第1の分流抵抗)、分流抵抗RdB(第2の分流抵抗)、バイパス抵抗RbA(第1のバイパス抵抗)、バイパス抵抗RbB(第2のバイパス抵抗)を備えている。
The
フォトカプラPcAの発光ダイオードDAと分流抵抗RdAとが直列に接続され、これらが、ゲート抵抗RgAに並列に接続されている。発光ダイオードDAは、半導体素子QAのゲート容量を放電する際の過渡電流の一部を通電し得るように配置されている。すなわち発光ダイオードDAは、ゲート容量を放電する際の過渡電流とは異なる向きの電流(正のゲート電流IgA)は通過させない。 The light emitting diode DA of the photocoupler PcA and the flow dividing resistor RdA are connected in series, and these are connected in parallel to the gate resistor RgA. The light emitting diode DA is arranged so that a part of the transient current when discharging the gate capacitance of the semiconductor element QA can be energized. That is, the light emitting diode DA does not allow a current (positive gate current IgA) in a direction different from the transient current when discharging the gate capacitance to pass through.
ゲート信号線21のゲート電流IgAが負である場合にゲート電流IgAを分流し得るように構成されている、ゲート抵抗RgAに並列に接続される発光ダイオードDAと分流抵抗RdAとが、実施形態1の電流検出器CdA(第1の電流検出器)に相当する。
The first embodiment includes a light emitting diode DA and a current dividing resistor RdA connected in parallel with the gate resistor RgA, which are configured to be able to split the gate current IgA when the gate current IgA of the
フォトカプラPcBの発光ダイオードDBと分流抵抗RdBとが直列に接続され、これらが、ゲート抵抗RgBに並列に接続されている。発光ダイオードDBは、半導体素子QBのゲート容量を放電する際の過渡電流の一部を通電し得るように配置されている。すなわち発光ダイオードDBは、ゲート容量を放電する際の過渡電流とは異なる向きの電流(正のゲート電流IgB)は通過させない。 The light emitting diode DB of the photocoupler PcB and the diversion resistor RdB are connected in series, and these are connected in parallel to the gate resistor RgB. The light emitting diode DB is arranged so that a part of the transient current when discharging the gate capacitance of the semiconductor element QB can be energized. That is, the light emitting diode DB does not allow a current (positive gate current IgB) in a direction different from the transient current when discharging the gate capacitance to pass through.
ゲート信号線31のゲート電流IgBが負である場合にゲート電流IgBを分流し得るように構成されている。ゲート抵抗RgBに並列に接続される発光ダイオードDBと分流抵抗RdBとが、実施形態1の電流検出器CdB(第2の電流検出器)に相当する。
It is configured so that the gate current IgB can be diverted when the gate current IgB of the
また実施形態2において、スイッチSwA、スイッチSwBは、それぞれ具体的にフォトカプラPcA、フォトカプラPcBのフォトトランジスタである。 Further, in the second embodiment, the switch SwA and the switch SwB are specifically phototransistors of the photocoupler PcA and the photocoupler PcB, respectively.
発光ダイオードDAは、ゲート容量を放電する電流の向きの所定の大きさ以上の電流(所定の大きさ以上の負のゲート電流IgA)がゲート信号線21を流れた時に発光し、スイッチSwBをオンとする。それ以外のときには発光ダイオードDAは発光できず、スイッチSwBはオフである。
The light emitting diode DA emits light when a current of a predetermined magnitude or more (negative gate current IgA of a predetermined magnitude or more) flows through the
発光ダイオードDBは、ゲート容量を放電する電流の向きの所定の大きさ以上の電流(所定の大きさ以上の負のゲート電流IgB)がゲート信号線31を流れた時に発光し、スイッチSwAをオンとする。それ以外のときには発光ダイオードDBは発光できず、スイッチSwAはオフである。
The light emitting diode DB emits light when a current of a predetermined magnitude or more (negative gate current IgB of a predetermined magnitude or more) in the direction of the current for discharging the gate capacitance flows through the
以上の構成により、実施形態2においては、実施形態1の電流検出器CdA、電流検出器CdB、スイッチSwA、スイッチSwBが、より具体的にされているが、動作は同様である。実施形態2に係る補償回路11、ゲート制御回路110及びスイッチング回路111の動作も図2に示された通りである。
With the above configuration, in the second embodiment, the current detector CdA, the current detector CdB, the switch SwA, and the switch SwB of the first embodiment are made more specific, but the operation is the same. The operations of the
実施形態2においても、実施形態1と同様の効果が奏される。 Also in the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment is achieved.
補償回路11においては、ゲート抵抗RgAに並列接続する分流抵抗RdAと発光ダイオードDAが配置される。よって分流抵抗RdAの抵抗値によって、スイッチSwBをオンにするゲート電流IgAの大きさの閾値を容易に調整することができる。
In the
また補償回路11において発光ダイオードDAは、ゲート容量を放電する電流の向きとは逆の向きの電流(正のゲート電流IgA)の通過は阻止し、正のゲート電流IgAが発生している場合の動作に影響を与えない。よって、ゲート容量を放電する電流の向きの所定の大きさ以上の電流がゲート信号線21を流れた時にのみ、スイッチSwBをオンするという電流検出器CdA(第1の電流検出器)の機能が、極めて簡易な構成で具体的に実現されている。
Further, in the
しかも実施形態2においては、電流検出器CdA(第1の電流検出器)の機能とスイッチSwBの機能を発揮させるに当たって、そのための別途の電源を必要としていない。すなわち、補償回路11は、半導体素子QAと半導体素子QBのオフ時の負担電圧のアンバランスを抑制させる作用を発揮するために、別途の電源を必要としないパッシブな回路である。よって、図3に示されるような極めて簡単な回路構成で、上記アンバランスの問題を抑制できる。
Moreover, in the second embodiment, in order to exert the function of the current detector CdA (first current detector) and the function of the switch SwB, a separate power supply for that purpose is not required. That is, the
以上、各実施の形態では、半導体素子がIGBTである場合について説明された。しかしながら、本発明の適用はIGBTに限定されるものではなく、MOS−FET(Metal Oxide Semiconductor field-effect transistor)、その他のFET(field-effect transistor)などの、電圧制御型のトランジスタにおいて、同様に適用できるものである。 In the above, the case where the semiconductor element is an IGBT has been described in each embodiment. However, the application of the present invention is not limited to IGBTs, and similarly, it is applied to voltage-controlled transistors such as MOS-FETs (Metal Oxide Semiconductor field-effect transistors) and other FETs (field-effect transistors). It is applicable.
〔まとめ〕
本発明の態様1に係る補償回路は、直列に接続された第1の半導体素子及び第2の半導体素子を制御するゲート信号を補償するための補償回路であって、前記第1の半導体素子を制御する前記ゲート信号は、前記第1の半導体素子がターンオフする際にゲート容量を放電する第1の過渡電流を有し、前記第1の半導体素子に前記ゲート信号を印加するための第1の線路(ゲート信号線21)に設けられた第1の電流検出器と、前記第2の半導体素子に前記ゲート信号を印加するための第2の線路(ゲート信号線31)に接続された、前記第2の半導体素子がターンオフする際にゲート容量を放電する第2の過渡電流をバイパスし得る第2のスイッチと、を備え、前記第1の電流検出器は、前記第1の過渡電流を検出した際に、前記第2のスイッチを導通させる構成を備えている。
[Summary]
The compensation circuit according to the first aspect of the present invention is a compensation circuit for compensating for a gate signal that controls a first semiconductor element and a second semiconductor element connected in series, and the first semiconductor element is used. The gate signal to be controlled has a first transient current that discharges the gate capacitance when the first semiconductor element is turned off, and is a first for applying the gate signal to the first semiconductor element. The said, which is connected to a first current detector provided on a line (gate signal line 21) and a second line (gate signal line 31) for applying the gate signal to the second semiconductor element. The first current detector detects the first transient current, comprising a second switch capable of bypassing a second transient current that discharges the gate capacitance when the second semiconductor device turns off. When this is done, the second switch is made conductive.
上記の構成によれば、簡易な構成で半導体素子間の負担電圧のアンバランスを抑制し、半導体素子の破壊を有効に抑制し得る、ゲート制御回路に用いる補償回路を実現できる。 According to the above configuration, it is possible to realize a compensation circuit used for a gate control circuit, which can suppress the imbalance of the burden voltage between the semiconductor elements and effectively suppress the destruction of the semiconductor elements with a simple configuration.
本発明の態様2に係る補償回路は、上記態様1において、前記第2の線路に設けられた第2の電流検出器と、前記第1の線路に接続され、前記第1の過渡電流をバイパスし得る第1のスイッチと、を更に備え、前記第2の電流検出器は、前記第2の過渡電流を検出した際に、前記第1のスイッチを導通させる構成を備えていてもよい。 In the first aspect, the compensation circuit according to the second aspect of the present invention is connected to the second current detector provided on the second line and the first line, and bypasses the first transient current. The second current detector may further include a possible first switch, and may have a configuration in which the first switch is made conductive when the second transient current is detected.
上記の構成によれば、第1の半導体素子または第2の半導体素子を制御するためのゲート信号のいずれのターンオフが遅延した場合であっても、半導体素子間の負担電圧のアンバランスを抑制し、半導体素子の破壊を有効に抑制し得る、ゲート制御回路に用いる補償回路を実現できる。 According to the above configuration, even if the turn-off of either the first semiconductor element or the gate signal for controlling the second semiconductor element is delayed, the imbalance of the burden voltage between the semiconductor elements is suppressed. , It is possible to realize a compensation circuit used for a gate control circuit that can effectively suppress the destruction of semiconductor elements.
本発明の態様3に係る補償回路は、上記態様2において、前記第1のスイッチと直列に設けられた第1のバイパス抵抗と、前記第2のスイッチと直列に設けられた第2のバイパス抵抗と、を備えていてもよい。 The compensation circuit according to the third aspect of the present invention has, in the second aspect, the first bypass resistor provided in series with the first switch and the second bypass resistor provided in series with the second switch. And may be provided.
上記の構成によれば、これらバイパス抵抗の大きさを調整することで、バイパス線を通じたゲート容量を放電する過渡電流の大きさあるいは継続時間を調整することができ、より適正に、半導体素子間の負担電圧のアンバランスを抑制することができるようになる。 According to the above configuration, by adjusting the magnitude of these bypass resistors, the magnitude or duration of the transient current that discharges the gate capacitance through the bypass wire can be adjusted, and more appropriately between the semiconductor elements. It becomes possible to suppress the imbalance of the burden voltage of.
本発明の態様4に係る補償回路は、上記態様2または3において、前記第1の電流検出器は、前記第1の線路に設けられる第1のゲート抵抗と並列に接続され、前記第1の過渡電流の一部を通電し得る第1の発光ダイオードを有し、前記第1の発光ダイオードと前記第2のスイッチとが、第1のフォトカプラを構成し、前記第2の電流検出器は、前記第2の線路に設けられる第2のゲート抵抗と並列に接続され、前記第2の過渡電流の一部を通電し得る第2の発光ダイオードを有し、前記第2の発光ダイオードと前記第1のスイッチとが、第2のフォトカプラを構成する特徴を備えていてもよい。 In the compensation circuit according to the fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect, the first current detector is connected in parallel with the first gate resistor provided in the first line, and the first current detector is connected in parallel. The second light emitting diode has a first light emitting diode capable of energizing a part of a transient current, the first light emitting diode and the second switch form a first photocoupler, and the second current detector is The second light emitting diode and the second light emitting diode, which are connected in parallel with the second gate resistor provided on the second line and have a second light emitting diode capable of energizing a part of the second transient current. The first switch may have features that make up the second photocoupler.
上記の構成によれば、ゲート信号の補償のための別途の電源を必要としない、極めて簡易な構成で半導体素子間の負担電圧のアンバランスを抑制し、半導体素子の破壊を有効に抑制し得る、ゲート制御回路に用いる補償回路を実現できる。 According to the above configuration, it is possible to suppress the imbalance of the burden voltage between the semiconductor elements and effectively suppress the destruction of the semiconductor elements with an extremely simple configuration that does not require a separate power supply for compensating the gate signal. , A compensation circuit used for a gate control circuit can be realized.
本発明の態様5に係る補償回路は、上記態様4において、前記第1の電流検出器は、前記第1の発光ダイオードに直列に接続された第1の分流抵抗を有し、前記第2の電流検出器は、前記第2の発光ダイオードに直列に接続された第2の分流抵抗を有する構成を備えていてもよい。 In the compensation circuit according to the fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the first current detector has a first current diversion resistor connected in series with the first light emitting diode, and the second current detector. The current detector may have a configuration having a second diversion resistor connected in series with the second light emitting diode.
上記の構成によれば、これら分流抵抗の大きさを調整することで、各スイッチを導通させる条件を適切に設定できるようになる。 According to the above configuration, by adjusting the magnitude of these diversion resistors, the conditions for conducting each switch can be appropriately set.
本発明の態様6に係るゲート制御回路は、上記態様1から5のいずれかの補償回路と、前記第1の線路に接続された第1のゲートドライバと、前記第2の線路に接続された第2のゲートドライバと、を備えている。 The gate control circuit according to the sixth aspect of the present invention is connected to the compensation circuit according to any one of the first to fifth aspects, the first gate driver connected to the first line, and the second line. It is equipped with a second gate driver.
上記の構成によれば、簡易な構成で半導体素子間の負担電圧のアンバランスを抑制し、半導体素子の破壊を有効に抑制し得る、ゲート制御回路を実現できる。 According to the above configuration, it is possible to realize a gate control circuit capable of suppressing the imbalance of the burden voltage between the semiconductor elements and effectively suppressing the destruction of the semiconductor elements with a simple configuration.
発明の態様7に係るスイッチング回路は、上記態様6に記載のゲート制御回路と、前記第1の半導体素子と、前記第2の半導体素子と、を備えている。 The switching circuit according to the seventh aspect of the invention includes the gate control circuit according to the sixth aspect, the first semiconductor element, and the second semiconductor element.
上記の構成によれば、簡易な構成で半導体素子間の負担電圧のアンバランスを抑制し、半導体素子の破壊を有効に抑制し得る、スイッチング回路を実現できる。このようなスイッチング回路は、半導体電力変換装置に好適に応用され得る。 According to the above configuration, it is possible to realize a switching circuit capable of suppressing the imbalance of the burden voltage between the semiconductor elements and effectively suppressing the destruction of the semiconductor elements with a simple configuration. Such a switching circuit can be suitably applied to a semiconductor power conversion device.
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the technique of the present invention also relates to an embodiment obtained by appropriately combining the disclosed technical means. Included in the target range.
10、11 補償回路
20、30 ゲートドライバ
21、31 ゲート信号線
22、32 バイパス線
RbA、RbB バイパス抵抗
CdA、CdB 電流検出器
SwA、SwB スイッチ
PcA、PcB フォトカプラ
RdA、RdB 分流抵抗
RgA、RgB ゲート抵抗
QA、QB 半導体素子
100、110 ゲート制御回路
101、111 スイッチング回路
10, 11
Claims (7)
前記第1の半導体素子を制御する前記ゲート信号は、前記第1の半導体素子がターンオフする際にゲート容量を放電する第1の過渡電流を有し、
前記第1の半導体素子に前記ゲート信号を印加するための第1の線路に設けられた第1の電流検出器と、
前記第2の半導体素子に前記ゲート信号を印加するための第2の線路に接続された、前記第2の半導体素子がターンオフする際にゲート容量を放電する第2の過渡電流をバイパスし得る第2のスイッチと、を備え、
前記第1の電流検出器は、前記第1の過渡電流を検出した際に、前記第2のスイッチを導通させることを特徴とする、補償回路。 It is a compensation circuit for compensating the gate signal that controls the first semiconductor element and the second semiconductor element connected in series.
The gate signal that controls the first semiconductor element has a first transient current that discharges the gate capacitance when the first semiconductor element turns off.
A first current detector provided on the first line for applying the gate signal to the first semiconductor element, and
A second transient current connected to a second line for applying the gate signal to the second semiconductor element, which discharges the gate capacitance when the second semiconductor element turns off, can be bypassed. With 2 switches,
The first current detector is a compensation circuit, characterized in that, when the first transient current is detected, the second switch is made conductive.
前記第1の線路に接続され、前記第1の過渡電流をバイパスし得る第1のスイッチと、を更に備え、
前記第2の電流検出器は、前記第2の過渡電流を検出した際に、前記第1のスイッチを導通させることを特徴とする、請求項1に記載の補償回路。 A second current detector provided on the second line and
A first switch connected to the first line and capable of bypassing the first transient current is further provided.
The compensation circuit according to claim 1, wherein the second current detector conducts the first switch when the second transient current is detected.
前記第2のスイッチと直列に設けられた第2のバイパス抵抗と、を備えることを特徴とする、請求項2に記載の補償回路。 A first bypass resistor provided in series with the first switch,
The compensation circuit according to claim 2, further comprising a second bypass resistor provided in series with the second switch.
前記第1の発光ダイオードと前記第2のスイッチとが、第1のフォトカプラを構成し、
前記第2の電流検出器は、前記第2の線路に設けられる第2のゲート抵抗と並列に接続され、前記第2の過渡電流の一部を通電し得る第2の発光ダイオードを有し、
前記第2の発光ダイオードと前記第1のスイッチとが、第2のフォトカプラを構成することを特徴とする、請求項2または3に記載の補償回路。 The first current detector has a first light emitting diode that is connected in parallel with a first gate resistor provided on the first line and is capable of energizing a portion of the first transient current.
The first light emitting diode and the second switch form a first photocoupler.
The second current detector has a second light emitting diode that is connected in parallel with a second gate resistor provided on the second line and is capable of energizing a portion of the second transient current.
The compensation circuit according to claim 2 or 3, wherein the second light emitting diode and the first switch form a second photocoupler.
前記第2の電流検出器は、前記第2の発光ダイオードに直列に接続された第2の分流抵抗を有することを特徴とする、請求項4に記載の補償回路。 The first current detector has a first diversion resistor connected in series with the first light emitting diode.
The compensation circuit according to claim 4, wherein the second current detector has a second current diversion resistor connected in series with the second light emitting diode.
前記第1の線路に接続された第1のゲートドライバと、
前記第2の線路に接続された第2のゲートドライバと、を備えたゲート制御回路。 The compensation circuit according to any one of claims 1 to 5.
With the first gate driver connected to the first line,
A gate control circuit including a second gate driver connected to the second line.
前記第1の半導体素子と、
前記第2の半導体素子と、を備えたスイッチング回路。 The gate control circuit according to claim 6 and
With the first semiconductor element
A switching circuit including the second semiconductor element.
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