JPH07297698A

JPH07297698A - 半導体素子のオンオフ制御回路

Info

Publication number: JPH07297698A
Application number: JP6090397A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kumagai; 直樹熊谷
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1994-04-28
Filing date: 1994-04-28
Publication date: 1995-11-10
Anticipated expiration: 2016-03-19
Also published as: JP3147656B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高圧側の半導体素子１を低電位側LSのオンオフ
指令S1に応じて動作させるオンオフ制御回路に組み込む
高耐圧トランジスタの個数を減少させて制御回路のチッ
プサイズを縮小する。【構成】高圧側の半導体素子１ごとに高電位側HSと低電
位側LSの間に単一の電流路10を設け、この電流路10に電
流を流す低電位側LSのスイッチ手段20によりオンオフ指
令S1のオンまたはオフの指定状態に応じて電流の流し方
を異ならせ、高電位側HSの電流検出手段30により電流路
10に流れる電流の検出信号Sdを作り、かつ変換手段HSに
よりこの検出信号Sdが電流の流れ方に応じて変化する様
子からオンオフ指令S1によるオンやオフの指定状態を互
いに区別しながら高電圧側HSでオンオフ指令S1H を再生
することにより、スイッチング手段20内の電流制御用の
高耐圧トランジスタ22の個数を従来の半分に減少させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体素子，とくに負荷
用の電源電圧を受けて動作する電力用半導体素子を駆動
するに際し高電位側に接続された半導体素子を低電位側
からオンオフ指令により動作させるためのオンオフ制御
回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば電動機の駆動用の電力装置では交
流電圧を整流した数百Ｖの直流電圧を電源とするインバ
ータ装置を用いる場合が多く、この装置の回路は周知の
ように同じ電力用半導体素子を高圧側と低圧側に配して
交互にオンオフさせるいわゆるトーテムポール接続回路
を単位とする２相や３相構成とするのが通例であるが、
これに所期のインバータ作用を営ませるには各電力用半
導体素子に対しそれぞれオンオフ指令を与えて正しい順
序で動作させる必要がある。

【０００３】このオンオフ指令は駆動制御回路等から発
せられるもちろん数Ｖ程度の低圧の信号であり、低圧側
の電力用半導体素子にはそのままで与えることができる
が、高圧側の電力用半導体素子に対してはその基準電位
のレベルを上げないと与えることができない。このた
め、従来からフォトカプラを用いてこのオンオフ信号を
高圧側に伝達することが広く行なわれて来たが、コスト
がかなり高く付くだけでなく、最近のように電力用半導
体素子とともにその制御回路を同じチップに組み込もう
とするとフォトカプラが集積化上の隘路になって来た。

【０００４】この問題を解決する手段として、オンオフ
指令をいわゆるレベルシフト回路を介して高圧側の電力
用半導体素子に伝達する技術が知られており、以下に図
６と図７を参照してこの従来技術を説明する。図６はそ
の回路図，図７はその動作を示す関連信号の波形図であ
る。図６には電力インバータ装置を構成する１相分であ
る前述のトーテムポール接続の１アーム分の回路を示
す。

【０００５】図６の右側が１アームの主回路であり、図
示の例では npn形の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
である半導体素子１と２が直流の電源電圧Ｖと接地電位
Ｅの間に直列にないしはトーテムポール接続され、両者
の相互接続点からインバータ装置の負荷に対する出力端
子Toが導出されている。これら半導体素子１と２には周
知のようにダイオード1aと2aがそれぞれ並列に組み込ま
れており、インバータ装置の動作上で転流ダイオードと
しての役目を果たす。半導体素子１と２に対応して駆動
回路３がそれらの絶縁ゲートを駆動するためにそれぞれ
設けられ、図の高電位側HSと低電位側LSの回路に対して
それぞれ設けられた図の左側のふつうは数Ｖ程度の低圧
の制御電源４から給電される。

【０００６】半導体素子１と２に対するオンオフ指令S1
とS2は図７(b) と(a) に示すように例えばハイとローの
論理状態でそれぞれオンとオフとを指定し、両素子１と
２を交互にオンオフさせるために図のように互いにほぼ
逆位相の波形で発生される。低圧側の半導体素子２に対
するオンオフ指令S2は駆動回路３に図６のようにそのま
ま与えることでよいが、高圧側の半導体素子１に対する
オンオフ指令S1の方は高電位側HSに伝達する必要があ
る。このために低電位側LSにパルス発生回路21を設け
て、オンオフ指令S1のローからハイへの立ち上がりに応
じて図７(c) に示すオンパルスPnを, ハイからローへの
立ち下がりに応じ図７(d) のオフパルスPfをそれぞれ対
応するトランジスタ22のゲートに出力させる。

【０００７】両トランジスタ22はいずれも高電位側HSか
ら高電圧を受けかつ抵抗23を介して接地Ｅに接続されて
おり、オンパルスPnやオフパルスPfによりオンして抵抗
23によって設定された電流が流れると、高電位側HSの対
応する検出抵抗31にそれぞれ図７(e) と(f) に示すよう
に負パルス状のオン指令Snとオフ指令Sfが発生する。各
検出抵抗31に並列に接続されたツェナーダイオード32は
これらの指令SnとSfのパルス高を常に一定に保つための
ものである。

【０００８】以上で半導体素子１用の低電位側LSのオン
オフ指令S1に対応する高電位側HSのオン指令Snとオフ指
令Sfがパルスの形で得られたが、これらを駆動回路３に
適合した波形にするためにこれらからインバータ41によ
り図７(g) のセット指令Ssと図７(h) のリセット指令Sr
をそれぞれ作り、これらのパルス指令によりフリップフ
ロップ42をセット・リセット動作させ、そのＱ出力を図
７(i) に示すオンオフ指令SIH として駆動回路３に与え
させる。この高電位側HSのオンオフ指令SIH は図７(b)
の低電位側LSのオンオフ指令S1と同じ波形である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術によれ
ばフォトカプラのかわりにレベルシフト回路を利用して
低電位側LSのオンオフ指令S1を高電位側HSに伝達するこ
とができ、かつオンオフ指令S1をオンパルスSnとオフパ
ルスSfに分割してトランジスタ22を短時間内だけ動作さ
せることにより指令の伝達に要する消費電力をごく僅か
で済ませることができる。しかし、フォトカプラで絶縁
されていた高電位側HSと低電位側LSの間の電位差をレベ
ルシフト回路に負担させるのでトランジスタ22に高耐圧
をもたせる必要があり、このためレベルシフト回路を集
積回路等に組み込む際に非常に広いチップ面積を要する
問題がある。

【００１０】トランジスタ22には電源電圧Ｖのふつう２
倍程度の耐圧が元々必要であるが、半導体素子１と２に
より電動機等の誘導性の負荷を駆動する際に負荷電流の
高速遮断時に生じるスパイク電圧が出力端子Toに掛かっ
たり電源電圧Ｖに重なったりするため、それに対する余
裕も見ておかねばならない。このために電源電圧Ｖが20
0Vの時は600V, 400Vの時は 1200V程度の耐圧がトランジ
スタ22に必要になる。また、電力消費を節減するためオ
ンオフ指令S1をオンパルスSnとオフパルスSfに分けて伝
達するには、２個のレベルシフト回路, 従って２個のト
ランジスタ22が２個必要である。さらに、実際には負荷
を２相や３相で駆動するので２〜３個のアーム, 従って
４〜６個のトランジスタ22が必要となり、集積回路用の
チップの面積のかなりの部分がこれに占領されてしまう
のが実情である。

【００１１】かかる問題点に鑑みて本発明の目的は、電
力消費をできるだけ低く抑えながら集積回路に組み込む
際に必要なチップ面積を従来よりも節約できる半導体素
子のオンオフ制御回路を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明のオン
オフ制御回路によれば、高圧側でオンオフ動作させるべ
き半導体素子ごとに高電位側と低電位側との間に設けら
れた単一の電流路と,オンオフ指令に応じてこの電流路
に流す電流を低電位側で制御するスイッチング手段と,
電流路に電流が流れる状態を高電位側で検出する電流検
出手段と, この電流検出手段による検出信号を半導体素
子を駆動するための高電位側のオンオフ指令に変換する
変換手段とを用い、スイッチング手段により低電位側の
オンオフ指令の指定状態に応じて電流路への電流の流し
方を異ならせ、変換手段に電流に応じて変化する検出信
号からオンとオフの指定状態を区別させながら検出信号
を高電位側のオンオフ指令に変換させることによって達
成される。

【００１３】なお、本発明は上記の構成中にいう半導体
素子が絶縁ゲートバイポーラトランジスタや電界効果ト
ランジスタのほか, ゲートターンオフ可能な絶縁ゲート
制御サイリスタ等の場合にも適用できる。また、これら
に通常のようにハイやローの論理状態によりオンやオフ
の状態を指定するオンオフ指令を与える場合のほか、オ
ンオフ指令をオン指令とオフ指令に分けてそれぞれ例え
ばパルスの形で与える場合にも本発明は容易に適用でき
る。

【００１４】本発明においても電力消費を減少させるた
めにスイッチング手段により従来と同様にパルス電流を
電流路に流すのが有利であるが、本発明では従来とは異
なり前記構成にいうように高圧側の半導体素子ごとに電
流路を１個だけ用いるので、それへの電流の流し方を低
電位側のオンオフ指令のオンまたはオフの指定状態に応
じて異ならせる必要がある。

【００１５】このための本発明の有利な一実施態様で
は、スイッチング手段により電流路に低電位側のオンオ
フ指令の指定状態の変化の方向に応じて電流値の異なる
パルス電流を流すことによりいわば２値信号を低電位側
から電流路を介して高電位側に伝達し、電流検出手段に
よるこのパルス電流の検出信号を変換手段によりそれに
含まれているパルスの電流値を反映した波高値の差から
オン指定状態とオフ指定状態を区別しながら高電圧側の
オンオフ指令に変換する。なお、この場合の変換手段に
はしきい値動作回路要素，例えば動作しきい値が異なる
インバータを２個組み込んでパルスの波高値の差を弁別
させるのがよい。

【００１６】上記のための別の実施態様では、スイッチ
ング手段により低電位側のオンオフ指令がとる一方の論
理状態に応じて電流路にパルス電流を一定周期で繰り返
して流し、電流検出手段による検出信号を変換手段によ
りその反復パルスの継続状態からオンとオフの指定状態
を区別しながら高電圧側のオンオフ指令に変換する。こ
の場合の変換手段には、パルス電流の反復周期よりも長
いパルス幅のパルスを発生するいわゆるリトリガラブル
なワンショット回路を組み込み、検出信号中のパルスに
よりその動作を反復トリガしながらその出力を高電位側
のオンオフ指令として取り出すのが有利である。

【００１７】上と同様に電力消費を抑制しながら電流路
への電流の流し方を低電位側のオンオフ指令のオンまた
はオフの指定状態に応じて異ならせる別の手段では、電
力用インバータ装置では低圧側と高圧側の半導体素子を
交互にオンオフさせることを利用して、スイッチング手
段により低電位側のオンオフ指令がオフの指定状態のと
きにのみ電流路に電流を流し、電流検出手段による検出
信号を変換手段によりその電流の通流時の状態をオフの
指定状態として高電位側のオンオフ指令に変換する。こ
の実施態様では電流路に電流が流れている間中は低圧側
の半導体素子がほぼオンしており、高電位側と低電位側
の間に半導体素子の順方向電圧に等しいごく僅かな電位
差しか掛からないので電力消費が少なくて済む。

【００１８】

【作用】本発明はオンオフ指令を低電圧側から高電圧側
に伝達するレベルシフト回路の電流路を前項の構成にい
うよう高圧側の半導体素子ごとに単一とし、従ってこの
電流路に電流を流すための図６のトランジスタ22に当た
るスイッチング手段内のトランジスタも１個だけで済ま
せることにより、高耐圧を要するトランジスタの個数を
従来の半分に減少させるものである。しかし、この単一
の電流路を介してオンオフ指令のオンとオフの２個の指
定状態を伝達する必要があるため、本発明では電流路の
時間的な使い分けが可能な点に着目してその電流の流し
方を前項の構成にいうように低電位側のオンオフ指令に
よるオンやオフの指定状態に応じて異ならせる。この電
流制御は低電位側でスイッチング手段に行わせ、高電位
側の変換手段に電流検出手段による検出信号が電流に応
じて変化する様子からオンとオフの指定状態を区別しな
がらオンオフ指令を再生させる。

【００１９】さらに、本発明ではレベルシフト回路の電
力消費をできるだけ削減する必要があり、このための一
手段として従来と同様に電流路に流す電流をパルス状に
して電力の消費時間を短縮することができる。また、こ
のための別の手段としては、高圧側と低圧側の半導体素
子が交互にオンオフする場合に高圧側の半導体素子に対
するオンオフ指令がオフ指定状態のときだけ電流路に電
流を流すことにより、電流が流れる時間内に高電位側と
低電位側の間に掛かる電位差をごく僅かにして電力消費
のレベルを下げることができる。

【００２０】

【実施例】以下、図を参照しながら本発明の実施例を説
明する。図１は本発明によるオンオフ制御回路の実施例
の回路図と関連する信号の波形図，図２は異なる実施例
の回路図，図３は図２の関連信号の波形図，図４はさら
に異なる実施例の回路図，図５は図４の関連信号の波形
図であり、これらの図６や図７に対応する部分には同じ
符号が付されているので重複部分の説明は適宜省略する
こととする。なお、これら実施例ではオンオフ制御すべ
き半導体素子をすべて絶縁ゲートバイポーラトランジス
タとするが、本発明回路はもちろんこれに限らず種々な
半導体素子のオンオフ制御にも適用できる。

【００２１】以下に説明する実施例では半導体素子１と
２を含む主回路は図１(a) のように前に説明した図６と
同じであり、各半導体素子１や２に対し駆動回路３とそ
れに給電する制御電源４とを設け, かつハイとローが交
替するオンオフ指令S1とS2をそれぞれ図１(c) と図１
(b) に示すよう互いに逆位相の波形で与える点も同じで
ある。しかし、本発明回路では高圧側の半導体素子１に
対するオンオフ指令S1の低電位側LSから高電位側HSへの
伝達路として図のように単一の電流路10を用いる点が従
来の回路と異なる。

【００２２】本発明ではこの電流路10に流す電流を低電
位側LSのスイッチング手段20によりオンオフ指令SIのオ
ンやオフの指定状態に応じ流し方を異ならせるよう制御
し、高電位側HSの電流検出手段30によりこの電流を検出
してその流れ方に応じて変化する検出信号Sdを作り、変
換手段40によりこの検出信号Sdをオン指定状態とオフ指
定状態とを区別しながら高圧側の半導体素子１を駆動す
るための高電位側HSのオンオフ指令S1L に変換して駆動
回路３に与える。

【００２３】この図１(a) の実施例ではスイッチング手
段20により電流路10にパルス電流をオンオフ指令S1のハ
イやローの状態変化方向に応じて異なる電流値で流すの
で、まずそのパルス発生回路21にオンオフ指令S1のハイ
とローの状態が変化するつど共通パルスPcを図１(d) に
示すよう発生させ、かつそのハイからローへの変化に応
じてオフパルスPfを図１(e) に示すように発生させる。
このためには、例えばこのスイッチング手段20に２個の
ワンショット回路を設けてその一方をオンオフ指令SIの
立ち上がり時, 他方を立ち下がり時にそれぞれ動作さ
せ、両方の出力をオアゲートを介して共通パルスPcとし
て取り出し、他方の出力をオフパルスPfとして取り出す
ことでよい。なお、場合によってはオフパルスPfのかわ
りに図６のオンパルスPnを発生させてもよい。

【００２４】このほか、スイッチング手段20には２個の
トランジスタ22と24が組み込まれており、トランジスタ
22の方は電流路10に挿入される高耐圧トランジスタであ
ってその接地側に２個の抵抗23ａと23ｂが直列接続さ
れ、その内の一方の抵抗23ｂと並列にトランジスタ24が
接続され、前者に共通パルスPc, 後者にオフパルスPfが
それぞれ与えられる。従って、トランジスタ22は共通パ
ルスPcとオフパルスPfが同時に発生したときは抵抗23ａ
だけをソース抵抗として電流路10に大きなパルス電流を
流し、オフパルスPfだけが発生したときは抵抗23ａと23
ｂをソース抵抗として小さなパルス電流を流す。トラン
ジスタ22はいわゆるソースフォロワ接続のトランジスタ
として動作し、電流路10に流すべき大小のパルス電流を
そのソース抵抗による設定どおりの一定値に正確に制御
する。なお、これらの大小のパルス電流の電流値比は２
以上に設定するのが望ましい。

【００２５】高電位側HSの電流検出手段30は前の図６の
場合と同様に電流路10に挿入された検出用の抵抗31と,
それと並列に接続されたツェナーダイオード33とからな
り、電流路10内に流れる上述の大小のパルス電流を検出
した検出信号Sdを図１(f) に示すように大小の負パルス
を含む波形で発する。この波形からもわかるように、こ
の実施例のツェナーダイオード33は従来のように検出信
号Sd中のパルス波形の一定化用ではなく、変換手段40に
対する過電圧保護用に従来よりもツェナー降伏電圧の高
いものが用いられる。パルスの波形はトランジスタ22側
の前述のソースフォロワ動作によって一定化される。

【００２６】高電位側HSの変換手段40はこの検出信号Sd
を動作しきい値が互いに異なるその一対のインバータ41
ｃと41ｆに受ける。しきい値はインバータ41ｃの方が低
く、これにより図１(g) に示す共通パルスScが図１(d)
の共通パルスPcと同じ波形で作られる。また、しきい値
が高い方のインバータ41ｆにより図１(h) に示すオフパ
ルスSfが図１(e) のオフパルスPfと同じ波形で作られ
る。これらのいわば再生パルスScとSfを受ける再生回路
43は、それらによりオンオフ信号S1によるオンとオフの
指定状態を区別しながら図１(i) に示す高電位側HSのオ
ンオフ信号S1H を図１(b) と同じ波形で再生するもので
ある。

【００２７】この再生に際しては、容易にわかるようオ
ン動作が共通パルスScのハイとオフパルスSfのローによ
り, オフ動作が両パルスのともにハイによってそれぞれ
指定されているから、再生回路43には例えばこれら指定
状態でそれぞれ出力をハイにする２個の論理ゲートと１
個のフリップフロップとを設け、フリップフロップを一
方の論理ゲートの出力でセットし他方の論理ゲートの出
力でリセットしながらそのＱ出力をオンオフ信号S1H と
して取り出せばよい。

【００２８】以上からわかるように、この図１の実施例
では単一の電流路10に低電位側LSのスイッチング手段20
によりオンオフ指令S1の論理状態の変化方向に応じ電流
値の異なるパルス電流を流し、高電位側HSの電流検出手
段30によりこのパルス電流の検出信号Sdを作り、変換手
段40によりこの検出信号Sd中のパルス電流の電流値を反
映したパルスの波高値の差異からオンとオフの指定状態
を正確に区別しながら高電位側HSにオンオフ信号S1H を
再生できる。また、電流路10に電流をパルスの形でごく
短時間内しか流さないから電力消費はごく僅かで済む。

【００２９】次の図２に示す実施例では電流路10にパル
ス電流を流すのは前実施例と同じであるが、オンオフ指
令S1が一方の論理状態をとる時間だけ反復パルス電流を
流す点が異なる。このため、スイッチング手段20にはパ
ルス発生回路25を組み込んで図３(b) のオンオフ指令S1
の状態がこの例ではハイの時間内に限って図３(c) に示
すように反復パルスPrを発生させる。その反復周期はオ
ンオフ指令SIの周期の例えば10〜数十分の１の範囲内に
設定される。この反復パルスPrを受けるトランジスタ22
は電流路10に反復パルス電流を抵抗23により設定された
電流値で流し、かつ前述のソースフォロワ動作によって
その値を一定に保つ。

【００３０】高電位側LSの電流検出手段30は抵抗31とツ
ェナーダイオード32からなり、検出信号Sdを図３(d) に
示すように上述の反復パルスPrに対応する複数の負パル
スを含む波形で発生する。この実施例ではツェナーダイ
オード32によって負パルスの波高値を一定化することが
できる。変換手段40はこの検出信号Sdを受けてそれに含
まれる反復パルスの継続と中断の状態からオンオフ指令
SIによるオンとオフの指定状態を弁別しながら高電位側
HSのオンオフ指令S1H を作る。このため、図の実施例で
は変換手段40としてリトリガラブルなワンショット回路
44を用い、その発生パルスの幅を電流路10に流れるパル
ス電流の反復周期より若干長いめに設定しておき、検出
信号Sd中のパルスによりその動作を反復してトリガしな
がらその出力を図３(e) に示すオンオフ指令S1H として
取り出す。以上の説明からわかるように、この図２の実
施例では電流路10に反復パルス電流を流すので電力消費
は前実施例より若干増えるが、回路構成をかなり簡単化
できる。

【００３１】図４に示す実施例では高圧側の半導体素子
１と低圧側の半導体素子２が交互にオンオフ動作するこ
とを利用して、電流路10にこれまでの実施例のようにパ
ルス電流を流すかわりにオンオフ指令S1がオフ指定状態
の時間内に持続電流を流す。すなわち、図４の実施例の
スイッチング回路20ではインバータ26によりオンオフ指
令S1を反転した図５(c) の補指令S1I をトランジスタ22
に与えることにより、電流路10に電流ｉを図５(d) に示
すようにオンオフ指令S1がオフ指定状態, 図の例では図
５(b) のようにローである時間内に持続して流す。

【００３２】この電流ｉの通流中は低圧側の半導体素子
２がオンしているので高電位側HSの基準電位である出力
端子Toは接地点Ｅとほぼ同じ電位であり、従って電流路
10の上下端間には制御電源４の電圧程度しか掛からない
ため持続電流であっても電力消費は僅かで済む。なお、
電流ｉが流れ始める当初に半導体素子１と２がともにオ
フ状態になるため図５(d) のようにピーク電流ipが生じ
るが２〜３μＳ程度のごく短時間なので電流消費に大き
な影響はない。高電位側HSの電流検出手段30は図２の実
施例と同構成であり、その検出信号Sdは図５(e) に示す
ようにオンオフ指令S1と相似な波形をもつ。従って、変
換手段40には単なる増幅回路45を用いて検出信号Sdを所
望のレベルまで増幅すれば、電流路に電流が通流する状
態をオフ指定状態とする高電位側HSのオンオフ指令S1H
が得られる。

【００３３】このように、図４の実施例では電流消費を
抑えながら回路構成を図２の実施例よりさらに簡単化で
き、かつ制御回路の動作の信頼性も図１や図２の実施例
より高めることができる。すなわち、制御回路へのノイ
ズの混入によって図１(a) の再生回路43内のフリップフ
ロップが誤ってセットないしリセットされた場合や、図
２のワンショット回路44の反復トリガが切れた場合には
高電位側HSのオンオフ指令S1H の波形が乱れるので、最
悪の場合は半導体素子１と２が同時にオンして電源電圧
Ｖを短絡するおそれがあるが、図４の実施例では電流路
10に持続電流を流すのでノイズの悪影響を受けるおそれ
はほぼ皆無になる。

【００３４】

【発明の効果】本発明ではオンオフ指令を低電圧側から
高電圧側に伝達する電流路を高圧側の半導体素子ごとに
単一としても、それを時間的に使い分ければオンとオフ
の指令状態を伝達できる点に着目して、以上に説明した
とおり低電位側のスイッチング手段により電流路の電流
の流し方を低電位側のオンオフ指令によるオンやオフの
指定状態に応じて異ならせ、高電位側の電流検出手段に
よりこの電流を検出して検出信号を作り、変換手段によ
りこの検出信号が電流の流れ方に応じて変化する様子か
らオンとオフの指定状態を互いに区別しながら高電位側
でオンオフ指令を再生するようにしたので、電流路に流
す電流を制御する高耐圧のトランジスタが１個だけで済
み、その所要個数を従来の半分に減少させて半導体装置
にオンオフ制御回路を組み込む際に必要なチップ面積を
節約することができる。

【００３５】なお、オンオフ指令のオンとオフの指定状
態が変化する方向に応じて電流値の異なるパルス電流を
電流路に流し、この電流値を反映した検出信号中のパル
スの波高値の差異からオンやオフの指定状態を弁別しな
がらオンオフ指令を再生する本発明の態様，さらにこの
弁別にインバータ等のしきい値動作回路要素を用いる実
施態様は、電流路にパルス電流をごく短時間だけ流して
制御回路の電力消費を減少させる効果を有する。また、
オンオフ指令の一方の論理状態に応じ電流路に反復パル
ス電流を流し、検出信号中の反復パルスの継続状態から
オンとオフの指定状態を区別する態様，さらにはこの反
復パルスにより繰り返してトリガされるワンショット回
路によりオンオフ指令を再生する態様は、消費電力を減
少させるとともに回路構成を簡単化できる効果を有す
る。

【００３６】さらに、低圧側と高圧側の半導体素子が交
互にオンオフすることを利用して、低電位側のオンオフ
指令がオフ指定状態のときにのみ電流路に電流を流し、
この電流の通流時をオフ指定状態としてオンオフ指令を
再生する態様は、電力消費を抑制しながら回路構成をさ
らに簡単化し，かつオンオフ制御回路の動作信頼性を一
層高め得る効果を有する。

【００３７】上述のような特長を備える本発明のオンオ
フ制御回路は、電動機等を駆動する電力インバータ装置
の２相や３相構成のアーム内に組み込む電力用半導体素
子の制御回路を単一の半導体チップに組み込み、あるい
は半導体素子用のチップ内に組み込む場合に適用してと
くに効果が高く、この種の集積回路のチップサイズを大
幅に縮小して経済性を高める上で著効を奏するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例回路図とその関連信号の波形を
示し、同図(a) はその回路図、同図(b) は低圧側の半導
体素子用のオンオフ指令の波形図、同図(c) は高圧側の
半導体素子に対する低電位側のオンオフ指令の波形図、
同図(d) はスイッチング手段内の共通パルスの波形図、
同図(e) はスイッチング手段内のオフパルスの波形図、
同図(f) は電流検出手段による検出信号の波形図、同図
(g) は変換手段内の共通パルスの波形図、同図(h) は変
換手段内のオフパルスの波形図、同図(i)は高圧側の半
導体素子に対する高電位側のオンオフ信号の波形図であ
る。

【図２】本発明の異なる実施例の回路図である。

【図３】図２の関連信号の波形を示し、同図(a) は低圧
側の半導体素子用のオンオフ指令の波形図、同図(b) は
高圧側の半導体素子に対する低電位側のオンオフ指令の
波形図、同図(c) はスイッチング手段内の反復パルスの
波形図、同図(d) は電流検出手段による検出信号の波形
図、同図(e) は高圧側の半導体素子に対する高電位側の
オンオフ信号の波形図である。

【図４】本発明のさらに異なる実施例の回路図である。

【図５】図４の関連信号の波形を示し、同図(a) は低圧
側の半導体素子用のオンオフ指令の波形図、同図(b) は
高圧側の半導体素子に対する低電位側のオンオフ指令の
波形図、同図(c) はスイッチング内のオンオフ指令の補
信号の波形図、同図(d)は電流路に流れる電流の波形
図、同図(e) は電流検出手段による検出信号および高圧
側の半導体素子に対する高電位側のオンオフ信号の波形
図である。

【図６】従来のオンオフ制御回路の回路図である。

【図７】図６の関連信号の波形を示し、同図(a) は低圧
側の半導体素子用のオンオフ指令の波形図、同図(b) は
高圧側の半導体素子に対する低電位側のオンオフ指令の
波形図、同図(c) はオンパルスの波形図、同図(d) はオ
フパルスの波形図、同図(e) はオン指令の波形図、同図
(f) はオフ指令の波形図、同図(g) はセット指令の波形
図、同図(h) はリセット指令の波形図、同図(i) は高圧
側の半導体素子に対する高電位側のオンオフ信号の波形
図である。

【符号の説明】

１高圧側の半導体素子２低圧側の半導体素子３半導体素子に対する駆動回路４制御回路の電源 10 電流路 20 スイッチング手段 22 高耐圧のトランジスタ 30 電流検出手段 40 変換手段 41c,41f 動作しきい値が異なるインバータ 43 変換手段の再生回路 44 変換手段のリトリガラブルワンショット回路 45 変換手段の増幅回路 HS 高電位側ｉ電流路を流れる電流 LS 低電位側 Pc 低電位側の共通パルス Pf 低電位側のオフパルス Pr 反復パルス Sc 高電位側の共通パルス Sd 電流検出手段による検出信号 Sf 高電位側のオフパルス S1 半導体素子１用の低電圧側のオンオフ指令 S1H 半導体素子１用の高電圧側のオンオフ指令 S2 半導体素子２用の低電圧側のオンオフ指令

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０３Ｋ 17/66 Ｃ 9184−5Ｊ 17/73

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高電位側の半導体素子を低電位側のオンオ
フ指令に応じて動作させる制御回路であって、オンオフ
動作させるべき半導体素子ごとに高電位側と低電位側の
間に設けられた単一の電流路と、オンオフ指令に応じて
電流路に流す電流を低電位側で制御するスイッチング手
段と、電流路の電流を高電位側で検出する電流検出手段
と、この電流検出手段による検出信号を半導体素子を駆
動するための高電位側のオンオフ指令に変換する変換手
段とを備えてなり、低電位側のオンオフ指令による指定
状態に応じてスイッチング手段により電流路中の電流の
流し方を異ならせ、変換手段によりこの電流に応じて変
化する検出信号からオン指定状態とオフ指定状態とを区
別しながら検出信号を高電位側のオンオフ指令に変換す
るようにしたことを特徴とする半導体素子のオンオフ制
御回路。
【請求項２】請求項１に記載の制御回路において、スイ
ッチング手段により電流路内にパルス電流を流すように
したことを特徴とする半導体素子のオンオフ制御回路。
【請求項３】請求項２に記載の制御回路において、スイ
ッチング手段により低電位側のオンオフ指令の状態変化
の方向に応じて電流値の異なるパルス電流を電流路に流
し、変換手段にパルス電流の電流値を反映した検出信号
中のパルスの波高値の差からオン指定とオフ指定の状態
を区別させるようにしたことを特徴とする半導体素子の
オンオフ制御回路。
【請求項４】請求項３に記載の制御回路において、変換
手段にしきい値動作回路要素を組み込んで検出信号中の
パルスの波高値の差を弁別させるようにしたことを特徴
とする半導体素子のオンオフ制御回路。
【請求項５】請求項２に記載の制御回路において、スイ
ッチング手段により低電位側のオンオフ指令の一方の論
理状態に応じて電流路にパルス電流を一定の周期で繰り
返して流し、変換手段に検出信号中の反復パルスの継続
状態からオン指定状態とオフ指定状態を区別させるよう
にしたことを特徴とする半導体素子のオンオフ制御回
路。
【請求項６】請求項５に記載の制御回路において、変換
手段にパルス電流の反復周期よりも長いパルス幅のパル
スを発生するワンショット回路を組み込んで検出信号中
のパルスによりその動作を反復トリガしながらその出力
を高電位側のオンオフ指令として取り出すようにしたこ
とを特徴とする半導体素子のオンオフ制御回路。
【請求項７】請求項１に記載の制御回路において、低圧
側と高圧側の半導体素子のオンオフを交互に操作するよ
うにし、スイッチング手段により低電位側のオンオフ指
令がオフ指定状態のときに電流路に電流を流し、変換手
段により検出信号をその電流の通流時の状態をオフ指定
状態として高電位側のオンオフ指令に変換するようにし
たことを特徴とする半導体素子のオンオフ制御回路。