JPH0629810A - 電圧制御半導体スイッチ駆動回路 - Google Patents
電圧制御半導体スイッチ駆動回路Info
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- JPH0629810A JPH0629810A JP5060555A JP6055593A JPH0629810A JP H0629810 A JPH0629810 A JP H0629810A JP 5060555 A JP5060555 A JP 5060555A JP 6055593 A JP6055593 A JP 6055593A JP H0629810 A JPH0629810 A JP H0629810A
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- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
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- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
- H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
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- H03K17/689—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit
- H03K17/691—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit using transformer coupling
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- H03K17/04—Modifications for accelerating switching
- H03K17/0406—Modifications for accelerating switching in composite switches
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- H03K17/04123—Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit in field-effect transistor switches
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Abstract
(57)【要約】
【目的】電圧制御半導体スイッチ(S1)を駆動するダ
イナミックで低損失回路を提供する。 【構成】スイッチ(S1)のゲートはブリッジ整流器
(D1/D2/D3/D4)のプラス直流電圧端子に接
続される。この整流器はトランス(T)の二次巻線に接
続され、トランス(T)の一次巻線には前記スイッチを
駆動するための電圧が発生する。予備スイッチ(S2)
と第1抵抗(R4)の直列回路は、前記ブリッジ整流器
の直流電圧端子間に設けられる。トランス(T)の第2
巻線にはセンタータップが設けられ、このセンタータッ
プは半導体スイッチ(S1)、第1コンデンサ(C2)
及び第2抵抗(R3)に接続される。第1コンデンサ
(C2)の他方の端子はブリッジ整流器(D1/D2/
D3/D4)のマイナス直流電圧端子に接続される。第
2抵抗(R3)の他の端子は2つのダイオード(D6、
D7)に接続される。
イナミックで低損失回路を提供する。 【構成】スイッチ(S1)のゲートはブリッジ整流器
(D1/D2/D3/D4)のプラス直流電圧端子に接
続される。この整流器はトランス(T)の二次巻線に接
続され、トランス(T)の一次巻線には前記スイッチを
駆動するための電圧が発生する。予備スイッチ(S2)
と第1抵抗(R4)の直列回路は、前記ブリッジ整流器
の直流電圧端子間に設けられる。トランス(T)の第2
巻線にはセンタータップが設けられ、このセンタータッ
プは半導体スイッチ(S1)、第1コンデンサ(C2)
及び第2抵抗(R3)に接続される。第1コンデンサ
(C2)の他方の端子はブリッジ整流器(D1/D2/
D3/D4)のマイナス直流電圧端子に接続される。第
2抵抗(R3)の他の端子は2つのダイオード(D6、
D7)に接続される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は特許請求項1の前文に示
されるような電圧制御半導体スイッチの駆動回路に関す
る。
されるような電圧制御半導体スイッチの駆動回路に関す
る。
【0002】
【従来の技術】本回路は全てのタイプの半導体スイッ
チ、特に回路遮断器に使用できる。このような回路遮断
器は電界によって無電圧に制御され、例えばMOSFE
T(metaloxide semiconductor field effect transisto
rs)及びIGBT(insulated-gate bipolar transistor
s)などにおけるような運動力学的理由により、受動的タ
ーンオフは不十分である。本発明の用途は、例えば開始
抵抗のバイパス又は遮断抵抗のスイッチングである。
チ、特に回路遮断器に使用できる。このような回路遮断
器は電界によって無電圧に制御され、例えばMOSFE
T(metaloxide semiconductor field effect transisto
rs)及びIGBT(insulated-gate bipolar transistor
s)などにおけるような運動力学的理由により、受動的タ
ーンオフは不十分である。本発明の用途は、例えば開始
抵抗のバイパス又は遮断抵抗のスイッチングである。
【0003】図3は電圧制御半導体スイッチS1を駆動
する回路の概略図である。トランスTが図示され、一次
巻線にはスイッチS1に対する駆動電圧が印加されてい
る。スイッチS1は一次巻線に駆動電圧が圧制している
限り、ターンオンして導通状態である。一次巻線の駆動
電圧を切ることにより、スイッチS1はある遅延時間の
後ターンオフし、オフ状態となる。トランスTは二次巻
線を有し、その端子はブリッジ整流器D1/D2/D3
/D4の交流電圧端子に接続される。ブリッジ整流器の
プラス直流電圧端子は低抵抗値のバイアス抵抗R1(ゲ
ート抵抗)を介してスイッチS1のゲートに導かれてい
る。ブリッジ整流器のマイナス直流電圧端子は、スイッ
チS1がIGBTであるかMOSFETであるかに依存
して、スイッチS1のエミッタ又はソースに接続され
る。ブリッジ整流器のプラス及びマイナス直流電圧端子
は抵抗R2を介して互いに接続される。
する回路の概略図である。トランスTが図示され、一次
巻線にはスイッチS1に対する駆動電圧が印加されてい
る。スイッチS1は一次巻線に駆動電圧が圧制している
限り、ターンオンして導通状態である。一次巻線の駆動
電圧を切ることにより、スイッチS1はある遅延時間の
後ターンオフし、オフ状態となる。トランスTは二次巻
線を有し、その端子はブリッジ整流器D1/D2/D3
/D4の交流電圧端子に接続される。ブリッジ整流器の
プラス直流電圧端子は低抵抗値のバイアス抵抗R1(ゲ
ート抵抗)を介してスイッチS1のゲートに導かれてい
る。ブリッジ整流器のマイナス直流電圧端子は、スイッ
チS1がIGBTであるかMOSFETであるかに依存
して、スイッチS1のエミッタ又はソースに接続され
る。ブリッジ整流器のプラス及びマイナス直流電圧端子
は抵抗R2を介して互いに接続される。
【0004】前述したように、スイッチS1はトランス
Tによって結合される電圧によりターンオンする。スイ
ッチS1のゲートとソース間、及びゲートとエミッタ間
は、オンの期間中に充電される。スイッチS1はトラン
スTの駆動電圧が0電位に落ちた後、抵抗R1及びR2
を介して入力容量が放電することにより受動的にオフす
る。スイッチS1のオフ期間中、相反する2つの要求事
項が満足されなければならない。1つは、ブリッジ整流
器の直流電圧端子を介して流れる直流電流がスイッチS
1がオン状態のとき、過大にならないように抵抗R2の
抵抗値は小さすぎてはならない。過大な直流電流は、特
に駆動電圧を送る制御電圧源に過大な負荷(比較的大き
な電圧損失)を与える。他の1つは、スイッチS1には
高速なターンオフが望まれ、この目的のためスイッチS
1の入力容量が高速に放電するように、抵抗R2はでき
る限り小さい値でなければならない。
Tによって結合される電圧によりターンオンする。スイ
ッチS1のゲートとソース間、及びゲートとエミッタ間
は、オンの期間中に充電される。スイッチS1はトラン
スTの駆動電圧が0電位に落ちた後、抵抗R1及びR2
を介して入力容量が放電することにより受動的にオフす
る。スイッチS1のオフ期間中、相反する2つの要求事
項が満足されなければならない。1つは、ブリッジ整流
器の直流電圧端子を介して流れる直流電流がスイッチS
1がオン状態のとき、過大にならないように抵抗R2の
抵抗値は小さすぎてはならない。過大な直流電流は、特
に駆動電圧を送る制御電圧源に過大な負荷(比較的大き
な電圧損失)を与える。他の1つは、スイッチS1には
高速なターンオフが望まれ、この目的のためスイッチS
1の入力容量が高速に放電するように、抵抗R2はでき
る限り小さい値でなければならない。
【0005】本発明は前述したようなタイプの電圧制御
半導体スイッチを駆動する回路の実現に基づいており、
この回路は制御電圧源に過大な付加を与えない一方で、
スイッチを高速にターンオフする。
半導体スイッチを駆動する回路の実現に基づいており、
この回路は制御電圧源に過大な付加を与えない一方で、
スイッチを高速にターンオフする。
【0006】本発明によれば、前述の目的は請求項1の
前文に結び付いて説明される請求項1の特徴説明部分に
示される特徴により達成される。
前文に結び付いて説明される請求項1の特徴説明部分に
示される特徴により達成される。
【0007】本発明の特徴により達成できる利点は特
に、提案される回路が非常に安価で、僅かな出費のみが
必要となる。付加的に必要となるダイオードは安価な信
号ダイオードで、付加的スイッチは安価な小信号トラン
ジスタ(例えば小信号IGBT)である。本回路の利点
は第2のトランスやプラス及びマイナスの駆動パルスか
ら発生する複雑な駆動電圧は必要ないことである。更に
予備エネルギの追加供給は必要ない。回路の電力消費は
比較的低い。
に、提案される回路が非常に安価で、僅かな出費のみが
必要となる。付加的に必要となるダイオードは安価な信
号ダイオードで、付加的スイッチは安価な小信号トラン
ジスタ(例えば小信号IGBT)である。本回路の利点
は第2のトランスやプラス及びマイナスの駆動パルスか
ら発生する複雑な駆動電圧は必要ないことである。更に
予備エネルギの追加供給は必要ない。回路の電力消費は
比較的低い。
【0008】本発明の利点はサブクレームに説明される
特徴に発展する。
特徴に発展する。
【0009】
【実施例】図1はIGBTを駆動する回路を示す。トラ
ンスTはセンタータップを有する第2巻線を含み、第2
巻線の1/2外部端子はブリッジ整流器D1/D2/D
3/D4に接続され、センタータップ端子はダイオード
D5を介して高抵抗R3、バックアップコンデンサC2
の第1端子、及びいわゆるIGBTスイッチS1のエミ
ッタに接続される。ダイオードD5のアノードはセンタ
ータップに接続される。トランスTの一次巻線は制御電
圧源に接続され、この電圧源はスイッチS1をオン・オ
フする駆動電圧を発生する。
ンスTはセンタータップを有する第2巻線を含み、第2
巻線の1/2外部端子はブリッジ整流器D1/D2/D
3/D4に接続され、センタータップ端子はダイオード
D5を介して高抵抗R3、バックアップコンデンサC2
の第1端子、及びいわゆるIGBTスイッチS1のエミ
ッタに接続される。ダイオードD5のアノードはセンタ
ータップに接続される。トランスTの一次巻線は制御電
圧源に接続され、この電圧源はスイッチS1をオン・オ
フする駆動電圧を発生する。
【0010】抵抗R3の第2端子は、2つのダイオード
D6、D7を介して第2巻線の1/2外部端子に接続さ
れる。ダイオードD6、D7のアノードは抵抗R3に接
続される。コンデンサC2の第2端子はブリッジ整流器
のマイナスの直流電圧端子に接続される。
D6、D7を介して第2巻線の1/2外部端子に接続さ
れる。ダイオードD6、D7のアノードは抵抗R3に接
続される。コンデンサC2の第2端子はブリッジ整流器
のマイナスの直流電圧端子に接続される。
【0011】スイッチS1のゲートは抵抗R1を介して
ブリッジ整流器のプラスの直流電圧端子に接続される。
予備スイッチS2のコレクタ又はドレインもプラス直流
電圧端子に接続される。このスイッチS2のエミッタ又
はソースは低抵抗値放電抵抗R4を介してブリッジ整流
器のマイナスの直流電圧端子に接続される。スイッチS
2のゲートはR3/D6/D7の接合点に接続される。
MOSFET又は小信号IGBTを予備スイッチS2と
して使用できる。
ブリッジ整流器のプラスの直流電圧端子に接続される。
予備スイッチS2のコレクタ又はドレインもプラス直流
電圧端子に接続される。このスイッチS2のエミッタ又
はソースは低抵抗値放電抵抗R4を介してブリッジ整流
器のマイナスの直流電圧端子に接続される。スイッチS
2のゲートはR3/D6/D7の接合点に接続される。
MOSFET又は小信号IGBTを予備スイッチS2と
して使用できる。
【0012】バックアップコンデンサC1を抵抗R3と
並列に接続して電圧を安定化してもより。
並列に接続して電圧を安定化してもより。
【0013】高抵抗値の抵抗R2をブリッジ整流器の直
流電圧端子間に接続して参照点を形成してもよい。
流電圧端子間に接続して参照点を形成してもよい。
【0014】図2はMSOFETの駆動回路を示す。こ
の回路は図1の回路に対応し、違いはIGBTの変わり
にMOSFETがスイッチS1として使用されているこ
とである。
の回路は図1の回路に対応し、違いはIGBTの変わり
にMOSFETがスイッチS1として使用されているこ
とである。
【0015】次に図1及び図2の動作を説明する。スイ
ッチS1をオンするために、交流電圧(駆動電圧)がト
ランスTの一次巻線に供給される。高周波数バースト(b
urst) 電圧が好適に使用される。プラスの電圧がダイオ
ードD1、D2のカソードに発生し、マイナスの電圧が
D3、D4のアノードに発生するように、トランスの二
次巻線に誘導された交流電圧はブリッジ整流器D1/D
2/D3/D4を介して整流される。プラスの電圧は、
スイッチS1のコレクタ・エミッタ経路又はドレイン・
ソース経路が導通するように、低抵抗値の抵抗R1を介
して、比較的高速にスイッチS1の入力容量を充電す
る。
ッチS1をオンするために、交流電圧(駆動電圧)がト
ランスTの一次巻線に供給される。高周波数バースト(b
urst) 電圧が好適に使用される。プラスの電圧がダイオ
ードD1、D2のカソードに発生し、マイナスの電圧が
D3、D4のアノードに発生するように、トランスの二
次巻線に誘導された交流電圧はブリッジ整流器D1/D
2/D3/D4を介して整流される。プラスの電圧は、
スイッチS1のコレクタ・エミッタ経路又はドレイン・
ソース経路が導通するように、低抵抗値の抵抗R1を介
して、比較的高速にスイッチS1の入力容量を充電す
る。
【0016】ダイオードD6、D7のアノードにはマイ
ナスの電圧が発生している。このマイナス電圧は予備ス
イッチS2のゲートに供給されるので、予備スイッチS
2のコレクタ・エミッタ経路及びドレイン・ソース経路
はオフ状態を維持する。トランスTの二次巻線のセンタ
ータップ、ダイオードD5、抵抗R3、ダイオードD
6、D7及びトランスの1/2二次巻線を流れる電流は
比較的少ない。なぜなら、抵抗R3は前述したように高
抵抗であるからである。同様に、ダイオードD1、D
2、D3、D4、必要に応じて挿入できる抵抗R2、及
び1/2二次巻線を流れる電流は、抵抗R2が大きいた
めに比較的小さい。コンデンサC2はスイッチS1の入
力容量の電圧に対してマイナスに充電される。
ナスの電圧が発生している。このマイナス電圧は予備ス
イッチS2のゲートに供給されるので、予備スイッチS
2のコレクタ・エミッタ経路及びドレイン・ソース経路
はオフ状態を維持する。トランスTの二次巻線のセンタ
ータップ、ダイオードD5、抵抗R3、ダイオードD
6、D7及びトランスの1/2二次巻線を流れる電流は
比較的少ない。なぜなら、抵抗R3は前述したように高
抵抗であるからである。同様に、ダイオードD1、D
2、D3、D4、必要に応じて挿入できる抵抗R2、及
び1/2二次巻線を流れる電流は、抵抗R2が大きいた
めに比較的小さい。コンデンサC2はスイッチS1の入
力容量の電圧に対してマイナスに充電される。
【0017】スイッチS1をターンオフするために、ト
ランスTの一次巻線を介して発生している交流電圧は切
り離される。その結果、抵抗を介したコンデンサによる
短い時定数の後、ダイオードD6、D7はターンオフ
し、予備スイッチS2のエミッタ又はソース電圧に比べ
て、予備スイッチS2のゲートにプラスの電圧が供給さ
れる。コンデンサC1が使用されなければ、時定数は存
在しない。そして、予備スイッチS2のコレクタ・エミ
ッタ経路及びドレインソース経路は導通し、スイッチS
1のゲートと、ソース又はエミッタ間の入力容量は低抵
抗値の抵抗R1、スイッチS2のコレクタ・エミッタ経
路とドレイン・ソース経路、及び低抵抗の抵抗R4を介
して、コンデンサC2のマイナス電位に結合される。こ
れにより、スイッチS1の入力容量の高速放電が可能と
なり、従ってスイッチS1のコレクタ・エミッタ経路及
びドレイン・ソース経路をターンオフする(スイッチS
1のエミッタ・ゲート経路及びソース・ゲート経路、抵
抗R1、予備スイッチS2のコレクタ・エミッタ経路及
びドレインソース経路、抵抗R4、及びコンデンサC2
を介して回路を参照のこと)。従ってトランスを介した
交流電圧(駆動電圧)が切り離されても、コンデンサC
2によりマイナスの電圧がスイッチS1を高速にターン
オフするために利用できることになる。これはS1のタ
ーンオフ過程を著しく加速させる。コンデンサC2はダ
イオードD5がターンオフされるため、その放電が防止
される。
ランスTの一次巻線を介して発生している交流電圧は切
り離される。その結果、抵抗を介したコンデンサによる
短い時定数の後、ダイオードD6、D7はターンオフ
し、予備スイッチS2のエミッタ又はソース電圧に比べ
て、予備スイッチS2のゲートにプラスの電圧が供給さ
れる。コンデンサC1が使用されなければ、時定数は存
在しない。そして、予備スイッチS2のコレクタ・エミ
ッタ経路及びドレインソース経路は導通し、スイッチS
1のゲートと、ソース又はエミッタ間の入力容量は低抵
抗値の抵抗R1、スイッチS2のコレクタ・エミッタ経
路とドレイン・ソース経路、及び低抵抗の抵抗R4を介
して、コンデンサC2のマイナス電位に結合される。こ
れにより、スイッチS1の入力容量の高速放電が可能と
なり、従ってスイッチS1のコレクタ・エミッタ経路及
びドレイン・ソース経路をターンオフする(スイッチS
1のエミッタ・ゲート経路及びソース・ゲート経路、抵
抗R1、予備スイッチS2のコレクタ・エミッタ経路及
びドレインソース経路、抵抗R4、及びコンデンサC2
を介して回路を参照のこと)。従ってトランスを介した
交流電圧(駆動電圧)が切り離されても、コンデンサC
2によりマイナスの電圧がスイッチS1を高速にターン
オフするために利用できることになる。これはS1のタ
ーンオフ過程を著しく加速させる。コンデンサC2はダ
イオードD5がターンオフされるため、その放電が防止
される。
【図1】IGBTを駆動する回路を示す。
【図2】MOSFETを駆動する回路を示す。
【図3】電圧制御半導体スイッチS1を駆動する回路の
概略図。
概略図。
T…トランス、S1・S2…半導体スイッチ、D1/D
2/D3/D4…ブリッジ整流器、D5・D6・D7…
ダイオード、C1・C2…コンデンサ、R1〜R4…抵
抗。
2/D3/D4…ブリッジ整流器、D5・D6・D7…
ダイオード、C1・C2…コンデンサ、R1〜R4…抵
抗。
Claims (4)
- 【請求項1】電圧制御半導体スイッチを駆動する回路に
おいて、前記スイッチのゲートはゲート抵抗(R1)を
介してブリッジ整流器のプラス直流電圧端子に接続さ
れ、前記整流器はトランスの二次巻線に接続され、前記
トランスの一次巻線を介して前記スイッチを駆動するた
めの電圧が発生し、 予備スイッチ(S2)と第1抵抗(R4)の直列回路を
具備し、この直列回路は前記ブリッジ整流器の直流電圧
端子間に配置され、 前記トランス(T)の二次巻線はセンタータップを有
し、このタップは半導体スイッチ(S1)のエミッタ又
はソース、第1コンデンサ(C2)及び第2抵抗(R
3)に接続され、 前記第1コンデンサ(C2)の他の端子は、前記ブリッ
ジ整流器(D1/D2/D3/D4)のマイナスの直流
電圧端子の接続され、 前記第2抵抗(R3)の他の端子は、、前記トランス
(T)の二次巻線の1/2外部端子に接続される前記2
つのダイオード(D6、D7)のアノードの接続され、
及び予備スイッチ(S2)のゲートに接続されることを
特徴とする電圧制御半導体スイッチ駆動回路。 - 【請求項2】ダイオード(D5)が前記センタータップ
及び第1コンデンサ(C2)間に接続され、そのカソー
ドは前記第2コンデンサに接続されることを特徴とする
請求項1記載の回路。 - 【請求項3】第2コンデンサ(C1)が前記第2抵抗
(R3)と並列に接続されることを特徴とする請求項1
記載の回路。 - 【請求項4】第3抵抗(R2)が前記ブリッジ整流器
(D1/D2/D3/D4)の直流電圧端子間に接続さ
れることを特徴とする請求項1記載の回路。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4208894:1 | 1992-03-19 | ||
| DE4208894A DE4208894A1 (de) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | Schaltung zur ansteuerung eines spannungsgesteuerten halbleiterschalters |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0629810A true JPH0629810A (ja) | 1994-02-04 |
Family
ID=6454502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5060555A Pending JPH0629810A (ja) | 1992-03-19 | 1993-03-19 | 電圧制御半導体スイッチ駆動回路 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5404059A (ja) |
| EP (1) | EP0561316B1 (ja) |
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