JPH05268034A - 電流駆動型半導体スイッチの駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電流駆動型半導体スイッチの駆動回路に関し、
スイッチング時の電力損失を少なくし、単電源ドライブ
で駆動することを目的とする。 【構成】電源E1に接続されたスイッチング素子SW1 と接
地されたスイッチング素子SW2 との間に誘導コイル2,3
を直列に接続し、スイッチング素子SW1 と誘導コイル2
との間には逆バイアスのダイオード5 を接続し、誘導コ
イル2,3 間にはスイッチング素子SW3 を介してソース接
地された主トランジスタQ のゲートを接続し、更にはス
イッチング素子SW1,SW2 をオンさせて誘導コイル2,3 に
エネルギーを蓄積し、スイッチング素子SW1 をオフさせ
てからスイッチング素子SW3 をオン、スイッチング素子
SW2 をオフさせて誘導コイル2,3 に蓄積されたエネルギ
ーに基づいて主トランジスタQ のゲートに振込電流ＩG
を供給した後、スイッチング素子SW2 をオンさせて主ト
ランジスタQ のゲートに引き抜き電流−ＩG を供給する
制御部6 を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電流駆動型半導体スイッ
チの駆動回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、負荷への電力供給の制御に高速の
オン・オフ制御が可能な半導体スイッチが使用されてい
る。そして、半導体スイッチとして電流駆動型半導体ス
イッチ（例えば、バイポーラトランジスタ）を用いる場
合の駆動回路として図４に示す回路がある。即ち、エミ
ッタ接地されたスイッチング用トランジスタ３１が負荷
３２を介して負荷駆動用の電源ＥL に接続されている。
前記スイッチング用トランジスタ３１のベースは抵抗Ｒ
１と第１のスイッチング素子３３を介して電源Ｅ１の正
極に接続され、抵抗Ｒ２と第２のスイッチング素子３４
を介して電源Ｅ２の負極に接続されている。そして、図
示しないドライバからの制御信号により両スイッチング
素子３３，３４のオン・オフ制御が行われ、第１のスイ
ッチング素子３３がオン、かつ第２のスイッチング素子
３４がオフとなると、電源Ｅ１からスイッチング用トラ
ンジスタ３１のベースにベース電流（振込電流）ＩB が
供給され、スイッチング用トランジスタ３１がオン状態
となる。又、第１のスイッチング素子３３がオフ、第２
のスイッチング素子３４がオンとなると、電源Ｅ２から
スイッチング用トランジスタ３１のベースに逆ベース電
流（引き抜き電流）−ＩB が供給され、スイッチング用
トランジスタ３１がオフ状態となるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
駆動回路ではスイッチング用トランジスタ３１のターン
オン時及びターンオフ時に抵抗Ｒ１，Ｒ２を流れる電流
による電力損失が大きいという問題がある。

【０００４】又、スイッチング用トランジスタ３１のタ
ーンオフ時における引き抜き時間を小さくするため、ス
イッチング用トランジスタ３１のベースに引き抜き電流
を流すための負の電源を必要とし、駆動用電源として
正、負２つの電源Ｅ１，Ｅ２が必要となるという問題が
ある。

【０００５】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的はスイッチング時の電力損
失を少なくし、単電源ドライブで駆動することができる
電流駆動型半導体スイッチの駆動回路を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するため、電源に接続された第１のスイッチング素子
と接地された第２のスイッチング素子との間に第１及び
第２の誘導コイルを直列に接続し、前記第１のスイッチ
ング素子と第１の誘導コイルとの間には逆バイアスとな
って接地されるダイオードを接続し、前記第１の誘導コ
イルと第２の誘導コイルとの間には第３のスイッチング
素子を介してソース接地又はエミッタ接地された電流駆
動型半導体スイッチのゲート又はベースを接続し、更に
は前記第１，２のスイッチング素子をオンさせて第１，
２の誘導コイルにエネルギーを蓄積し、前記第１のスイ
ッチング素子をオフさせてから前記第３のスイッチング
素子をオン、第２のスイッチング素子をオフさせて前記
第１，２の誘導コイルに蓄積されたエネルギーに基づい
て電流駆動型半導体スイッチのゲート又はベースに振込
電流を供給した後、前記第２のスイッチング素子をオン
させて前記電流駆動型半導体スイッチのゲート又はベー
スに引き抜き電流の供給を行う制御部を設けたことをそ
の要旨とする。

【０００７】

【作用】制御部が第１，２のスイッチング素子をそれぞ
れオンとすると、電源により直列接続された第１，２の
誘導コイルにエネルギーが蓄積される。そして、制御部
が第１のスイッチング素子をオフとすると、前記直列接
続された第１，２の誘導コイルに蓄積されたエネルギー
による電流は第２のスイッチング素子及びダイオードを
流れるループ状の慣性電流となる。その後、制御部が第
３のスイッチング素子をオンとし、第２のスイッチング
素子をオフとすると、前記慣性電流は第３のスイッチン
グ素子を通って電流駆動型半導体スイッチのゲート又は
ベースに振込電流として供給され、該電流駆動型半導体
スイッチはオン状態となる。

【０００８】その後、制御部が第２のスイッチング素子
をオンとすると、前記第２の誘導コイルに蓄積されたエ
ネルギーに基づいて電流駆動型半導体スイッチのゲート
又はベースには上記とは逆方向となる引き抜き電流が供
給され、該電流駆動型半導体スイッチはオフ状態とな
る。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を静電誘導型トランジスタ（Ｓ
ＩＴ：Static Induction Transistor ）に具体化した一
実施例を図１〜図３に基づいて説明する。

【００１０】図１に示すように、静電誘導型トランジス
タからなる主トランジスタＱはソース接地され、そのド
レインがモータ等の負荷１を介して負荷駆動用の電源Ｅ
L に接続されている。又、電源Ｅ１にはＰ型ＭＯＳトラ
ンジスタから構成される第１のスイッチング素子ＳＷ１
を介して第１の誘導コイル２の一端が接続されている。
前記誘導コイル２の他端には第２の誘導コイル３の一端
が接続され、該誘導コイル３の他端はＮ型ＭＯＳトラン
ジスタから構成される第２のスイッチング素子ＳＷ２を
介して接地されている。尚、前記誘導コイル２，３は本
実施例においては同一巻数となっている。

【００１１】従って、前記誘導コイル２，３は直列接続
された状態となり、この誘導コイル２，３は互いの漏れ
インダクタンスを小さくするため鉄心コア４に巻き付け
られている。更に、前記スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ
２がそれぞれオンとなり、電源Ｅ１にて誘導コイル２，
３に電流が流れたとき、ポイントＰを示した方がＮ極に
なるように誘導コイル２，３が鉄心コア４に対してそれ
ぞれ巻き付けられている。

【００１２】前記スイッチング素子ＳＷ１と誘導コイル
２との間の接続点ａには逆バイアスのダイオード５が接
地された状態で接続されている。又、前記誘導コイル
２，３の接続点ｂにはＮ型ＭＯＳトランジスタから構成
される第３のスイッチング素子ＳＷ３を介して前記主ト
ランジスタＱのゲートが接続されている。

【００１３】前記各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ３は
制御部６と接続され、制御部６は各スイッチング素子Ｓ
Ｗ１〜ＳＷ３にオン・オフ制御信号を出力するようにな
っている。即ち、制御部６は各スイッチング素子ＳＷ
１，ＳＷ２にオン信号を出力した後、スイッチング素子
ＳＷ１にオフ信号を出力する。そして、制御部６はスイ
ッチング素子ＳＷ３にオン信号を出力した後、スイッチ
ング素子ＳＷ２にオフ信号を出力する。更に、前記スイ
ッチング素子ＳＷ２に再びオン信号を出力した後、スイ
ッチング素子ＳＷ３にオフ信号を出力するようになって
いる。

【００１４】次に、上記のように構成された駆動回路の
作用を図２，図３に基づいて説明する。尚、図３は各ス
イッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ３をスイッチに置き換えた
回路を示し、図２及び図４は駆動回路のタイミングチャ
ートを示し、図２においてはスイッチング素子ＳＷ１〜
ＳＷ３のオン電圧は無視する。

【００１５】制御部６のオン信号に基づいてスイッチン
グ素子ＳＷ２がオン状態となり、該制御部６のオフ信号
に基づいてスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３がオフ状態
となっている場合には、主トランジスタＱのゲートにゲ
ート電流（振込電流）ＩGが供給されないため、主トラ
ンジスタＱはオフ状態にある。

【００１６】この状態で、前記制御部６のオン信号に基
づいてスイッチング素子ＳＷ１がオン状態となると、ス
イッチング素子ＳＷ１に電流ＩSW1 が流れる。そのた
め、電源Ｅ１により直列接続された誘導コイル２，３に
電流ＩL1，ＩL2が増加しながら流れ、この電流ＩL1，Ｉ
L2はに示す経路を通る。又、前記電流ＩL1，ＩL2によ
って該誘導コイル２，３にエネルギーが蓄積される。こ
のとき、接続点ａの電位Ｖ１は電源Ｅ１と同じ電位Ｅと
なり、接続点ｂの電位は誘導コイル２，３の全体の巻数
の半分となることからＥ／２となる。又、誘導コイル
２，３は巻数が同一なので電流ＩL1，ＩL2はそれぞれ等
しい。

【００１７】その後、制御部６のオフ信号に基づいてス
イッチング素子ＳＷ１がオフ状態となると、スイッチン
グ素子ＳＷ１に流れる電流ＩSW1 が遮断される。このた
め、電流ＩL1，ＩL2は図３のに示す経路を通るループ
電流となって流れる。又、ダイオード５には電流ＩDiが
流れる。そして、電流ＩL1，ＩL2，ＩDiはダイオード５
の内部抵抗により徐々に減少していく。又、このとき接
続点ａにはダイオード５の電圧降下ＶF 分の電圧−ＶF
が発生する。更に、接続点ｂには誘導コイル２，３の全
体の巻数の半分となることから電圧−ＶF ／２が発生す
る。

【００１８】そして、前記制御部６のオン信号に基づい
てスイッチング素子ＳＷ３がオン状態となり、該制御部
６のオフ信号に基づいてスイッチング素子ＳＷ２がオフ
状態となると、電流ＩL1は誘導コイル２，３の巻数が同
一であることから、２倍の電流値となってスイッチング
素子ＳＷ３を介して主トランジスタＱのゲートにゲート
電流（振込電流）ＩG として供給される。このとき、ス
イッチング素子ＳＷ２がオフ状態となるため、電流ＩL2
は零となる。

【００１９】従って、前記主トランジスタＱはオン状態
となる。又、前記振込電流ＩG は主トランジスタＱのソ
ース、ダイオード５、誘導コイル２及びスイッチング素
子ＳＷ３を通る電流、即ち図３のに示す経路を通るル
ープ電流となって流れる。このとき、ダイオード５に流
れる電流ＩDiも２倍となる。そして、主トランジスタＱ
がオン状態となっている間、接続点ｂの電位Ｖ２は主ト
ランジスタＱのゲート・ソース間に印加される電圧ＶGS
となる。又、接続点ａの電位Ｖ１は（誘導コイル２，３
により）電位Ｖ２の２倍となることから電圧２ＶGSとな
る。

【００２０】この状態において、制御部６のオン信号に
基づいてスイッチング素子ＳＷ２がオン状態となると、
スイッチング素子ＳＷ３、主トランジスタＱのゲート、
ソース、スイッチング素子ＳＷ２及び誘導コイル３の経
路、即ち図３のに示す経路が形成される。このとき、
誘導コイル２及びダイオード５に流れる電流ＩL1，ＩDi
は零となる。

【００２１】すると、誘導コイル３に蓄積されたエネル
ギーに基づく電流ＩL2がに示す経路に流れる。このと
き、誘導コイル２，３の巻数比が同一となり、誘導コイ
ル３のスイッチング素子ＳＷ２側がＮ極となるため、上
記の振込電流ＩGとは逆方向となる２倍の引き抜き電流
−ＩG が流れることになる。そして、主トランジスタＱ
のゲートに蓄積された電荷の引き抜きが行われるため、
主トランジスタＱはオフ状態となる。

【００２２】主トランジスタＱがオフ状態となると、図
３のに示すループとなり、誘導コイル２，３及びダイ
オード５には電流ＩL1，ＩL2，ＩDiが流れる。又、主ト
ランジスタＱがオフ状態となった後、スイング素子ＳＷ
１のオンに備えるため、制御部６のオフ信号に基づいて
スイッチング素子ＳＷ３をオフ状態とする。

【００２３】その後、再び制御部６のオン信号によりス
イッチング素子ＳＷ１をオン状態とすると、上記と同様
の動作を駆動回路は行うことになる。この結果、従来と
は異なり、抵抗Ｒ１，Ｒ２を積極的に設けないため、ス
イッチング時の電力損失を小さく抑えることができると
ともに、発熱を少なくすることができる。又、単電源ド
ライブにより駆動回路を駆動することができる。

【００２４】本実施例においては、電流駆動型半導体ス
イッチとして静電誘導型トランジスタを使用したが、こ
の他にバイポーラトランジスタを使用することも可能で
ある。

【００２５】又、本実施例においては、スイッチング素
子ＳＷ１〜ＳＷ３をＭＯＳトランジスタにより構成した
が、バイポーラトランジスタ等を使用することも可能で
ある。

【００２６】更に、誘導コイル２，３の巻数を同じにし
たが、必要に応じて巻数を変化させることも可能であ
る。

【００２７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ス
イッチング時の電力損失を少なくし、単電源ドライブで
駆動することができるので、装置の小型化を図ることが
できる優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電流駆動型半導体スイッチの駆動
回路を示す電気回路図である。

【図２】駆動回路の動作を示すタイミングチャート図で
ある。

【図３】スイッチング素子をそれぞれオン・オフ制御し
たときに流れる電流の経路を示す説明図である。

【図４】駆動回路の動作を示すタイミングチャート図で
ある。

【図５】従来の駆動回路を示す電気回路図である。

【符号の説明】

２，３…誘導コイル、５…ダイオード、６…制御部、Ｅ
１…電源、ＩG …振込電流、−ＩG …引き抜き電流、Ｓ
Ｗ１〜ＳＷ３…スイッチング素子、Ｑ…電流駆動型半導
体スイッチとしての主トランジスタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源に接続された第１のスイッチング素
   子と接地された第２のスイッチング素子との間に第１及
   び第２の誘導コイルを直列に接続し、前記第１のスイッ
   チング素子と第１の誘導コイルとの間には逆バイアスと
   なって接地されるダイオードを接続し、前記第１の誘導
   コイルと第２の誘導コイルとの間には第３のスイッチン
   グ素子を介してソース接地又はエミッタ接地された電流
   駆動型半導体スイッチのゲート又はベースを接続し、更
   には前記第１，２のスイッチング素子をオンさせて第
   １，２の誘導コイルにエネルギーを蓄積し、前記第１の
   スイッチング素子をオフさせてから前記第３のスイッチ
   ング素子をオン、第２のスイッチング素子をオフさせて
   前記第１，２の誘導コイルに蓄積されたエネルギーに基
   づいて電流駆動型半導体スイッチのゲート又はベースに
   振込電流を供給した後、前記第２のスイッチング素子を
   オンさせて前記電流駆動型半導体スイッチのゲート又は
   ベースに引き抜き電流の供給を行う制御部を設けた電流
   駆動型半導体スイッチの駆動回路。