JPH0541397U - 電圧型半導体素子駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電圧型半導体素子に不本意な制御信号を供給
することなくコンデンサによる動作電圧印加時間を長く
する。 【構成】 下アームの導通期間に直流電源４により充電
されるコンデンサ５ａと並列にコンデンサ５ｅを設け、
コンデンサ５ｅをコンデンサ５ａと並列に接続する状態
と板アームを介することなく直流電源４と接続する状態
とを選択する切替スイッチ５ｆを設けた。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は電圧型半導体素子駆動装置に関し、さらに詳細にいえば、パワーＭ ＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の電圧型半導体素子を用いて構成されたインバータにお いて各電圧型半導体素子を制御する制御回路に直流電源から動作電圧を印加する 場合に好適な電圧型半導体素子駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

電圧型半導体素子は駆動電力が微少であるからコンデンサを一時的な直流電源 とするブートストラップ回路を適用して駆動回路を簡素化できる。 図７は従来のハーフブリッジインバータ回路を示す電気回路図であり、パワー ＭＯＳＦＥＴからなる１対のスイッチ素子９１，９２を直列接続しているととも に、外部から供給されるインバータ制御信号に基づいて導通制御信号を出力する 制御回路（図示せず）から出力される導通制御信号に基づいて該当するスイッチ 素子に導通指示信号を供給するドライバ回路９４，９５を有している。そして、 下アームのドライバ回路９５に対して動作電圧を印加する直流電源９３と両スイ ッチ素子９１，９２の接続点との間にダイオード９６を介してコンデンサ９７を 接続して、コンデンサ９７により上アームのドライバ回路９４に動作電圧を印加 するとともに、直流電源９３により下アームのドライバ回路９５に動作電圧を印 加する。

【０００３】 したがって、常時直流電源９３により下アームのドライバ回路９５に対して動 作電圧を印加してスイッチ素子９２の制御を達成し、スイッチ素子９２が導通し ている期間にダイオード９６を介して充電されるコンデンサ９７により上アーム のドライバ回路９４に対して動作電圧を印加してスイッチ素子９１の制御を達成 する。即ち、各ドライバ回路９４，９５に対して動作電圧を印加するための構成 を簡素化できる。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

上記構成のハーフブリッジインバータ回路においては、上アームのドライバ回 路９４に動作電圧を印加するコンデンサ９７が下アームのスイッチ素子９２の導 通期間にのみ充電されるのであるから、上アームのスイッチ素子９１の動作時間 がコンデンサ９７の蓄積電荷量により定まってしまい、そのままでは上アームの りスイッチ素子９１を十分に長い時間制御することができないという不都合があ る。具体的には、上アームの駆動に必要な電荷量Ｑｂｏｏｔは、スイッチ素子９ １の入力容量を充電するための電荷量をＱｇ、ドライバ回路９４の電流をＩｑｂ ｓ、上アームの導通期間をＴｏｎとすれば、 Ｑｂｏｏｔ＝Ｑｇ＋Ｉｑｂｓ＊Ｔｏｎ の式が得られるのであるから、コンデンサ９７の容量に基づいて上アームの導通 期間Ｔｏｎの上限が定まることになる。一般的に上アームの導通期間Ｔｏｎが数 １００マイクロ秒程度になるようにコンデンサ９７の容量が設定されている。

【０００５】 このような不都合を考慮して従来のハーフブリッジインバータ回路においては 、制御回路にタイマを設けて、外部から供給されるインバータ制御信号（図８（ Ａ）（Ｂ）参照）と無関係に所定時間毎に下アームのスイッチ素子９２を強制的 に導通させ（図８（Ｃ）（Ｄ）のタイミングチャートの破線で囲んだ部分を参照 ）、コンデンサ９７を再充電することが提案されている。

【０００６】 しかし、タイマを設けてコンデンサ９７を再充電する場合には、外部から供給 されるインバータ制御信号と無関係なスイッチングパターンが出力され、出力電 圧波形の歪が増加することになるのであるから、余り精度が要求されない用途に 適用できるだけであり、出力電圧波形を高精度に制御しなければならない用途に は適用できなくなってしまうという不都合がある。

【０００７】 以上はハーフブリッジインバータ回路に適用した場合についてのみ説明したが 、フルブリッジインバータ回路等に適用した場合にも同様に不都合が生じること になる。

【０００８】

【考案の目的】

この考案は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、出力電圧波形の歪を増 加させることなく電圧型半導体素子を所望時間だけ制御することができる電圧型 半導体素子駆動装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達成するための、請求項１の電圧型半導体素子駆動装置は、互に 直列接続された電圧型半導体素子の一方に対して導通状態指示信号を供給する一 方の信号供給手段に動作電圧を印加する直流電源と、１対の整流手段および一方 の信号供給手段により制御される電圧型半導体素子を通して直流電源により充電 され、蓄積電荷に基づいて他方の信号供給手段に動作電圧を印加する第１電荷蓄 積手段と、一方の端子が両整流手段の接続点に接続された第２電荷蓄積手段と、 第２電荷蓄積手段の他方の端子を第１電荷蓄積手段または直流電源と選択的に接 続するスイッチ手段とを含んでいる。

【００１０】

【作用】

請求項１の電圧型半導体素子駆動装置であれば、互に直列接続された電圧型半 導体素子に対して信号供給手段により導通状態指示信号を供給して電圧型半導体 素子を選択的に導通させる場合において、一方の信号供給手段に対しては直流電 源により常時動作電圧を印加する。そして、１対の整流手段および一方の信号供 給手段により制御される電圧型半導体素子を通して直流電源により充電される第 １電荷蓄積手段により他方の信号供給手段に対して動作電圧を印加する。この場 合において、第１電荷蓄積手段により他方の信号供給手段に対して動作電圧を印 加した状態で該当する電圧型半導体素子を制御できる時間は蓄積電荷量により定 まるのであるが、この考案においては、第１電荷蓄積手段に対する電荷の蓄積を 行なっている間に第２電荷蓄積手段にも電荷の蓄積を行ない、第２電荷蓄積手段 に蓄積された電荷を第１電荷蓄積手段に供給するのであるから、電圧型半導体素 子に無駄なスイッチ動作を行なわせることなく電圧型半導体素子を制御できる時 間を長くできる。また、第１電荷蓄積手段により信号供給手段に動作電圧を印加 している間においても、第２電荷蓄積手段の他方の端子を直流電源と接続すべく スイッチ手段を制御することにより第２電荷蓄積手段に対する電荷の蓄積を行な うことができるのであるから、電圧型半導体素子を制御できる時間を一層長くで きる。

【００１１】

【実施例】

以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。 図１はこの考案の電圧型半導体素子駆動装置を適用したハーフブリッジインバ ータの構成を概略的に示す電気回路図であり、主直流電源１の端子間にパワーＭ ＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等からなる電圧型半導体素子２ａ，２ｂが直列接続されて いるとともに、図示しない制御回路から出力されるインバータ制御信号に基づい て該当する電圧型半導体素子に対して導通指示信号を供給するドライバ回路３ａ ，３ｂが設けられている。そして、下アームのドライバ回路３ｂに動作電圧を印 加する補助直流電源４が設けられているとともに、上アームのドライバ回路３ａ に動作電圧を印加する第１電荷蓄積手段としてのコンデンサ５ａが設けられてい る。このコンデンサ５ａは、抵抗５ｂ、１対のダイオード５ｃ，５ｄおよび下ア ームの電圧型半導体素子２ｂを介して補助直流電源４により充電される。また、 ダイオード５ｃ，５ｄの接続点に一方の端子が接続された第２電荷蓄積手段とし てのコンデンサ５ｅが設けられており、このコンデンサ５ｅの他方の端子が切替 スイッチ５ｆを介して補助直流電源４または両電圧型半導体素子２ａ，２ｂの接 続点に選択的に接続されている。

【００１２】 図２から図５を参照しながら上記ハーフブリッジインバータ回路の作用を説明 する。 コンデンサ５ｅの他方の端子を両電圧型半導体素子２ａ，２ｂの接続点に接続 すべく切替スイッチ５ｆが制御され、かつ下アームの電圧型半導体素子２ｂが導 通している場合には、図２に破線で示すように、ダイオード５ｃ，５ｄおよび下 アームの電圧型半導体素子２ｂを通して補助直流電源４によりコンデンサ５ａが 充電され、ダイオード５ｃおよび下アームの電圧型半導体素子２ｂを通して補助 直流電源４によりコンデンサ５ｅを充電する。そして、ドライバ回路３ａにも動 作電圧を印加する。次いで、下アームの電圧型半導体素子２ｂが遮断された場合 には、主直流電源１による影響をダイオード５ｃ，５ｄにより阻止し、図３に破 線で示すように、コンデンサ５ａによりドライバ回路３ａに動作電圧を印加する 。尚、コンデンサ５ｅがコンデンサ５ａと並列接続された状態になるので、コン デンサ５ａの容量を増加させたのと等価になり、上アームの電圧型半導体素子２ ａを制御するために必要な動作電圧を長時間にわたってドライバ回路３ａに印加 できる。

【００１３】 コンデンサ５ｅの他方の端子を補助直流電源４に接続すべく切替スイッチ５ｆ が制御され、かつ下アームの電圧型半導体素子２ｂが導通している場合には、図 ４に破線で示すように、ダイオード５ｃ，５ｄおよび下アームの電圧型半導体素 子２ｂを通して補助直流電源４によりコンデンサ５ａが充電され、ダイオード５ ｃを通して補助直流電源４によりコンデンサ５ｅを充電する。そして、ドライバ 回路３ａにも動作電圧を印加する。次いで、下アームの電圧型半導体素子２ｂが 遮断された場合には、主直流電源１による影響をダイオード５ｃ，５ｄにより阻 止し、図５に破線で示すように、コンデンサ５ａによりドライバ回路３ａに動作 電圧を印加する。尚、補助直流電源４によるコンデンサ５ｅの充電はそのまま継 続される。

【００１４】 したがって、上アームの電圧型半導体素子２ａの導通時間が長くなる場合には 、切替スイッチ５ｆを制御することにより図３の状態と図５の状態とを反復すれ ばよく、インバータ制御信号に影響を及ぼすことなく所望時間だけ上アームの電 圧型半導体素子２ａの導通を継続させることができる。

【００１５】

【実施例２】 図６はこの考案の他の実施例を示す電気回路図であり、３相インバータ回路に 適用した状態を示している。 図６においては、主直流電源１に対して、それぞれ１対の電圧型半導体素子と してのパワーＭＯＳＦＥＴ２ａ，２ｂからなる３組の直列回路を並列接続してい る。そして、各パワーＭＯＳＦＥＴ２ａ，２ｂにゲート信号を供給する絶縁型ゲ ート駆動バッファ２１ａ，２１ｂと、各絶縁型ゲート駆動バッファ２１ａ，２１ ｂにＰＷＭ信号を供給するＰＷＭ信号回路３１ａ，３１ｂとを設けている。また 、下アームの全ての絶縁型ゲート駆動バッファ２１ｂに動作電圧を印加する補助 直流電源４と、上アームの各絶縁型ゲート駆動バッファ２１ａに動作電圧を印加 する第１電荷蓄積手段としてのコンデンサ５ａとを設けている。この各コンデン サ５ａと直列に、順接続されたダイオード５ｃ、抵抗５ｂ，５ｇを接続して主直 流電源１により各コンデンサ５ａを充電するようにしている。さらに、ダイオー ド５ｃとコンデンサ５ａとの接続点に一方の端子が接続された第２電荷蓄積手段 としてのコンデンサ５ｅが設けられており、このコンデンサ５ｅの他方の端子が 切替スイッチ５ｆを介して主直流電源１または両電圧型半導体素子２ａ，２ｂの 接続点に選択的に接続されている。尚、５ｈは切替スイッチ５ｆと主直流電源１ との間に接続された抵抗、５ｉはコンデンサ５ｅと並列に接続された定電圧ダイ オード、６は３相負荷である。

【００１６】 上記構成の実施例の作用は次のとおりである。 上アームのパワーＭＯＳＦＥＴ２ａが導通状態であれば、抵抗５ｇの両端の電 位が主直流電源１と同電位になるので、コンデンサ５ａに対する充電は行なわれ ない。しかし、この場合に、切替スイッチ５ｆを主直流電源１と接続すべく切替 動作させておくことによりコンデンサ５ｅに対する充電を行なうことができるの であるから、充電後に切替スイッチ５ｆを逆の状態になるように切替動作させれ ばコンデンサ５ｅによりコンデンサ５ａを充電できる。この結果、コンデンサ５ ａによる上アーム動作時間の拘束を解消できる。

【００１７】 尚、この考案は上記の実施例に限定されるものではなく、例えば、フルブリッ ジインバータ回路に適用することが可能であるほか、この考案の要旨を変更しな い範囲内において種々の設計変更を施すことが可能である。

【００１８】

【考案の効果】

以上のように請求項１の考案は、電圧型半導体素子を制御するために信号供給 手段に対して電荷蓄積手段により動作電圧を印加する場合において、電圧型半導 体素子の所望の動作を妨害する制御信号を供給することなく所望の時間だけ電圧 型半導体素子の動作を継続させることができるという特有の実用的効果を奏する 。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の電圧型半導体素子駆動装置を適用し
たハーフブリッジインバータの構成を概略的に示す電気
回路図である。

【図２】コンデンサ５ｅの他方の端子を両電圧型半導体
素子の接続点に接続すべく切替スイッチが制御され、か
つ下アームの電圧型半導体素子が導通している場合の動
作を説明する概略図である。

【図３】コンデンサ５ｅの他方の端子を両電圧型半導体
素子の接続点に接続すべく切替スイッチが制御され、か
つ下アームの電圧型半導体素子が遮断している場合の動
作を説明する概略図である。

【図４】コンデンサ５ｅの他方の端子を補助直流電源に
接続すべく切替スイッチが制御され、かつ下アームの電
圧型半導体素子が導通している場合の動作を説明する概
略図である。

【図５】コンデンサ５ｅの他方の端子を補助直流電源に
接続すべく切替スイッチが制御され、かつ下アームの電
圧型半導体素子が遮断している場合の動作を説明する概
略図である。

【図６】この考案の他の実施例が適用された３相インバ
ータ回路を示す電気回路図である。

【図７】従来のハーフブリッジインバータ回路を示す電
気回路図である。

【図８】各部の信号波形を示す図である。

【符号の説明】

２ａ，２ｂ 電圧型半導体素子 ３ａ，３ｂ ドライ
バ回路 ４ 補助直流電源 ５ａ，５ｅ コンデンサ ５
ｃ，５ｄ ダイオード ５ｆ 切替スイッチ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 互に直列接続された電圧型半導体素子
   （２ａ，２ｂ）に対して導通状態指示信号を供給する信
   号供給手段（３ａ，３ｂ）を有している電圧型半導体素
   子駆動装置において、一方の信号供給手段（３ｂ）に動
   作電圧を印加する直流電源（４）と、１対の整流手段
   （５ｃ，５ｄ）および一方の信号供給手段（３ｂ）によ
   り制御される電圧型半導体素子（２ｂ）を通して直流電
   源（４）により充電され、蓄積電荷に基づいて他方の信
   号供給手段（３ａ）に動作電圧を印加する第１電荷蓄積
   手段（５ａ）と、一方の端子が両整流手段（５ｃ，５
   ｄ）の接続点に接続された第２電荷蓄積手段（５ｅ）
   と、第２電荷蓄積手段（５ｅ）の他方の端子を第１電荷
   蓄積手段（５ａ）または直流電源（４）と選択的に接続
   するスイッチ手段（５ｆ）とを含むことを特徴とする電
   圧型半導体素子駆動装置。