JPH08111635A - 半導体スイッチの制御回路 - Google Patents
半導体スイッチの制御回路Info
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- JPH08111635A JPH08111635A JP7247146A JP24714695A JPH08111635A JP H08111635 A JPH08111635 A JP H08111635A JP 7247146 A JP7247146 A JP 7247146A JP 24714695 A JP24714695 A JP 24714695A JP H08111635 A JPH08111635 A JP H08111635A
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- 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
- H03K17/567—Circuits characterised by the use of more than one type of semiconductor device, e.g. BIMOS, composite devices such as IGBT
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- H03K17/687—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
- 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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- H01F29/14—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with variable magnetic bias
- H01F2029/143—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with variable magnetic bias with control winding for generating magnetic bias
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 安定で長寿命の電力用半導体スイッチの制御
回路を提供する。 【解決手段】 本回路は半導体スイッチ（ＳＷ１）に制
御情報と制御エネルギを共に供給する変圧器（Ｔ１，Ｔ
２）を含む。変圧器により生じた交流電圧信号は整流器
（ＤＢ１，ＤＢ２）により整流されて、半導体スイッチ
のオンとオフを制御するのに適した直流電圧レベル（Ｕ
１，Ｕ２，Ｕ３）を生ずる。半導体スイッチをターンオ
ンするための直流電圧（Ｕ１）は、ツェナダイオード
（Ｖ２）と第１の抵抗器（Ｒ１）とを介して半導体スイ
ッチの駆動電極に接続され、半導体スイッチをターンオ
フするための直流電圧（Ｕ３）はブースタ半導体スイッ
チ（Ｖ１）を介して半導体スイッチの駆動電極に接続さ
れると共にダイオード（Ｖ４）を介して半導体スイッチ
のエミッタ電極に接続され、ブースタ半導体スイッチを
制御するための直流電圧（Ｕ２）はその駆動電極に接続
されている。
回路を提供する。 【解決手段】 本回路は半導体スイッチ（ＳＷ１）に制
御情報と制御エネルギを共に供給する変圧器（Ｔ１，Ｔ
２）を含む。変圧器により生じた交流電圧信号は整流器
（ＤＢ１，ＤＢ２）により整流されて、半導体スイッチ
のオンとオフを制御するのに適した直流電圧レベル（Ｕ
１，Ｕ２，Ｕ３）を生ずる。半導体スイッチをターンオ
ンするための直流電圧（Ｕ１）は、ツェナダイオード
（Ｖ２）と第１の抵抗器（Ｒ１）とを介して半導体スイ
ッチの駆動電極に接続され、半導体スイッチをターンオ
フするための直流電圧（Ｕ３）はブースタ半導体スイッ
チ（Ｖ１）を介して半導体スイッチの駆動電極に接続さ
れると共にダイオード（Ｖ４）を介して半導体スイッチ
のエミッタ電極に接続され、ブースタ半導体スイッチを
制御するための直流電圧（Ｕ２）はその駆動電極に接続
されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体スイッチの制
御回路に関するものであり、特に周波数変換器やその他
の類似の装置において小さいＩＧＢＴまたはＦＥＴ半導
体スイッチ部品を制御するための制御回路に関するもの
である。以下これらの半導体スイッチ部品を一般的に電
力部品と呼ぶことにする。
御回路に関するものであり、特に周波数変換器やその他
の類似の装置において小さいＩＧＢＴまたはＦＥＴ半導
体スイッチ部品を制御するための制御回路に関するもの
である。以下これらの半導体スイッチ部品を一般的に電
力部品と呼ぶことにする。
【０００２】
【従来の技術】類似の電力部品を制御する制御回路は例
えば、米国特許第５１６８１８２号とヨーロッパ特許出
願第５６１３１６号に見られるように既に知られてい
る。これらの文献に記載されている技術では、変圧器を
介してターンオンエネルギを直接伝達するようになって
いる。しかしながら、どちらの文献においても、制御さ
れる電力部品の駆動電極、以下グリッドと呼ぶ、の電圧
が短絡時に安定化されてない。更に、米国特許第５１６
８１８２号によれば、電力部品をターンオフするのにグ
リッド電位を電力スイッチのエミッタ電位付近に近づけ
ているのみである。ヨーロッパ特許出願第５６１３１６
号によれば、ターンオフするのに電力部品のエミッタ電
位に比べて負の電位を用いている。しかしながらこの負
の電位を発生するには、コンデンサのようなエネルギを
蓄積するものを必要とし、前もってその中にターンオフ
エネルギを蓄えておかなければならない。更に、エネル
ギ貯蔵用のコンデンサの代表的なものは電解質を含むの
で、もしそれが電力部品の近傍に置かれると、すなわち
高温環境下では寿命が劇的に短くなる。離して置くと標
遊インダクタンスが大きくなりかねない。問題の制御回
路の弱点を更につけ加えるならば、この回路のターンオ
フ電圧の大きさはターンオン電圧の大きさと同じなの
で、ターンオン動作を続けると遅くなる。なぜならば、
電力部品のグリッド電位は相次ぐターンオン動作の間に
ターンオン電圧の全振幅に相当する負の値まで充電され
なければならないからである。前記回路のもうひとつの
弱点はターンオフの開始が遅いことである。なぜなら
ば、電力部品のターンオフが始まるのは、ブースタ半導
体スイッチ部品として使われるＦＥＴのグリッドキャパ
シタンスが高抵抗の抵抗器を介して充分高い電位に充電
されたときのみだからである。
えば、米国特許第５１６８１８２号とヨーロッパ特許出
願第５６１３１６号に見られるように既に知られてい
る。これらの文献に記載されている技術では、変圧器を
介してターンオンエネルギを直接伝達するようになって
いる。しかしながら、どちらの文献においても、制御さ
れる電力部品の駆動電極、以下グリッドと呼ぶ、の電圧
が短絡時に安定化されてない。更に、米国特許第５１６
８１８２号によれば、電力部品をターンオフするのにグ
リッド電位を電力スイッチのエミッタ電位付近に近づけ
ているのみである。ヨーロッパ特許出願第５６１３１６
号によれば、ターンオフするのに電力部品のエミッタ電
位に比べて負の電位を用いている。しかしながらこの負
の電位を発生するには、コンデンサのようなエネルギを
蓄積するものを必要とし、前もってその中にターンオフ
エネルギを蓄えておかなければならない。更に、エネル
ギ貯蔵用のコンデンサの代表的なものは電解質を含むの
で、もしそれが電力部品の近傍に置かれると、すなわち
高温環境下では寿命が劇的に短くなる。離して置くと標
遊インダクタンスが大きくなりかねない。問題の制御回
路の弱点を更につけ加えるならば、この回路のターンオ
フ電圧の大きさはターンオン電圧の大きさと同じなの
で、ターンオン動作を続けると遅くなる。なぜならば、
電力部品のグリッド電位は相次ぐターンオン動作の間に
ターンオン電圧の全振幅に相当する負の値まで充電され
なければならないからである。前記回路のもうひとつの
弱点はターンオフの開始が遅いことである。なぜなら
ば、電力部品のターンオフが始まるのは、ブースタ半導
体スイッチ部品として使われるＦＥＴのグリッドキャパ
シタンスが高抵抗の抵抗器を介して充分高い電位に充電
されたときのみだからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は前述し
たような従来の制御回路の有する弱点を全く持たない半
導体スイッチの制御回路を提供することである。
たような従来の制御回路の有する弱点を全く持たない半
導体スイッチの制御回路を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体スイ
ッチの制御回路は、制御エネルギと制御情報とを共に含
む交流電圧信号を発生する変圧器の結合体と、変圧器の
結合体により生じた交流電圧信号を整流して、半導体ス
イッチをオン、オフするのに適する直流電圧レベルを発
生する整流器の結合体と、一方の端部が半導体スイッチ
の駆動電極に接続されている第１の抵抗器と、半導体ス
イッチの駆動電極とエミッタ電極またはソース電極との
間に接続されている第２の抵抗器と、半導体スイッチの
駆動電極と、半導体スイッチをオフするために整流器の
結合体によりつくられる直流電圧出力との間に接続され
ているブースタ半導体スイッチであって、該ブースタ半
導体スイッチの駆動電極はブースタ半導体スイッチを制
御するために整流器結合体によりつくられる直流電圧出
力に接続されているブースタ半導体スイッチと、を含
む。
ッチの制御回路は、制御エネルギと制御情報とを共に含
む交流電圧信号を発生する変圧器の結合体と、変圧器の
結合体により生じた交流電圧信号を整流して、半導体ス
イッチをオン、オフするのに適する直流電圧レベルを発
生する整流器の結合体と、一方の端部が半導体スイッチ
の駆動電極に接続されている第１の抵抗器と、半導体ス
イッチの駆動電極とエミッタ電極またはソース電極との
間に接続されている第２の抵抗器と、半導体スイッチの
駆動電極と、半導体スイッチをオフするために整流器の
結合体によりつくられる直流電圧出力との間に接続され
ているブースタ半導体スイッチであって、該ブースタ半
導体スイッチの駆動電極はブースタ半導体スイッチを制
御するために整流器結合体によりつくられる直流電圧出
力に接続されているブースタ半導体スイッチと、を含
む。
【０００５】本発明による半導体スイッチの制御回路は
更に、第１の抵抗器の他方の端部と、半導体スイッチを
オンにするために整流器の結合体によりつくられる直流
出力との間に接続されているツェナダイオードと、整流
器結合体のターンオフ電圧出力と、半導体スイッチのエ
ミッタ電極またはソース電極との間に順方向に接続され
ているダイオードとを含むことを特徴とする。
更に、第１の抵抗器の他方の端部と、半導体スイッチを
オンにするために整流器の結合体によりつくられる直流
出力との間に接続されているツェナダイオードと、整流
器結合体のターンオフ電圧出力と、半導体スイッチのエ
ミッタ電極またはソース電極との間に順方向に接続され
ているダイオードとを含むことを特徴とする。
【０００６】ここでいうダイオードとツェナダイオード
はそれぞれの術語で呼ばれる個別部品に限らず、同等の
機能を有していれば、個別部品であれ、集積回路の一部
であれ、どんな部品または部品の組でもよい。
はそれぞれの術語で呼ばれる個別部品に限らず、同等の
機能を有していれば、個別部品であれ、集積回路の一部
であれ、どんな部品または部品の組でもよい。
【０００７】この回路を使ってるおかげで、外部から変
圧器結合を介して電力部品のグリッドにターンオフエネ
ルギを絶えず供給することができるので、エネルギを蓄
積するものが不要である。したがって、エネルギ貯蔵物
の熱的経年変化に起因する問題もない。エネルギ貯蔵物
は何もないけれども、電力部品のターンオンにより、グ
リッド電荷がこれらの部品のインピーダンス値により制
限のみの速度で急速に放電するおかげで、ターンオフが
高速で行われる。
圧器結合を介して電力部品のグリッドにターンオフエネ
ルギを絶えず供給することができるので、エネルギを蓄
積するものが不要である。したがって、エネルギ貯蔵物
の熱的経年変化に起因する問題もない。エネルギ貯蔵物
は何もないけれども、電力部品のターンオンにより、グ
リッド電荷がこれらの部品のインピーダンス値により制
限のみの速度で急速に放電するおかげで、ターンオフが
高速で行われる。
【０００８】制御回路は好ましくは更に、半導体スイッ
チの駆動電極とブースタ半導体スイッチの駆動電極との
間に直接接続されているツェナダイオードと、順方向の
ダイオードとを含む。この結合のおかげで、このような
場合に起こるかもしれないターンオン電圧の過上昇とそ
のために起こる半導体スイッチの破壊が防止される。
チの駆動電極とブースタ半導体スイッチの駆動電極との
間に直接接続されているツェナダイオードと、順方向の
ダイオードとを含む。この結合のおかげで、このような
場合に起こるかもしれないターンオン電圧の過上昇とそ
のために起こる半導体スイッチの破壊が防止される。
【０００９】本回路は好ましくは更に、ブースタ半導体
スイッチと半導体スイッチをオフにするための直流出力
との間に接続されている第３の抵抗器を含む。好ましく
は低抵抗のこの種の抵抗器により、半導体スイッチのグ
リッド電圧の放電により生ずる電流の最大値をある所望
の値に制限することができる。
スイッチと半導体スイッチをオフにするための直流出力
との間に接続されている第３の抵抗器を含む。好ましく
は低抵抗のこの種の抵抗器により、半導体スイッチのグ
リッド電圧の放電により生ずる電流の最大値をある所望
の値に制限することができる。
【００１０】本発明の制御回路の根本原理はいくつかの
異なる直流電圧レベルが利用可能であることである。こ
のことを実現するために好ましくは本制御回路において
用いる変圧器結合体は、整流されてターンオン電圧を生
ずるための電圧を発生する第１の変圧器と、整流されて
ターンオフ電圧とブースタ半導体スイッチの制御電圧と
を生ずるための電圧を発生する第２の変圧器とを含み、
第１の変圧器の二次巻線の第２極と第２の変圧器の二次
巻線の中間点とが相互に接続されていると共に半導体ス
イッチのエミッタ電極またはソース電極に接続され、基
準電圧を形成する。
異なる直流電圧レベルが利用可能であることである。こ
のことを実現するために好ましくは本制御回路において
用いる変圧器結合体は、整流されてターンオン電圧を生
ずるための電圧を発生する第１の変圧器と、整流されて
ターンオフ電圧とブースタ半導体スイッチの制御電圧と
を生ずるための電圧を発生する第２の変圧器とを含み、
第１の変圧器の二次巻線の第２極と第２の変圧器の二次
巻線の中間点とが相互に接続されていると共に半導体ス
イッチのエミッタ電極またはソース電極に接続され、基
準電圧を形成する。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下図面を参照しながら本発明の
制御回路を更に詳しく説明する。図１は本発明の制御回
路の一実施例の回路図を示す。この制御回路は電力部品
ＳＷ１を制御するのに用いられる。典型的な電力部品Ｓ
Ｗ１はＩＧＢＴ部品またはＦＥＴ部品である。図示して
あるのはＩＧＢＴ部品である。この回路は、電力部品の
エミッタ・コレクタを電流経路またはソース・コレクタ
電流経路を流れる公称電流が２５アンペア以下のときに
特に適している。図１に示した回路には変圧器Ｔ１とＴ
２とを有する変圧器結合体が含まれている。これらの変
圧器により生じた交流電圧信号レベルは２個のブリッジ
ＤＢ１とＤＢ２とにより整流されて、電力部品ＳＷ１を
制御するのに適した直流電力レベルになる。変圧器Ｔ１
とＴ２とにより、制御情報と制御エネルギの両方が電力
部品ＳＷ１に供給される。
制御回路を更に詳しく説明する。図１は本発明の制御回
路の一実施例の回路図を示す。この制御回路は電力部品
ＳＷ１を制御するのに用いられる。典型的な電力部品Ｓ
Ｗ１はＩＧＢＴ部品またはＦＥＴ部品である。図示して
あるのはＩＧＢＴ部品である。この回路は、電力部品の
エミッタ・コレクタを電流経路またはソース・コレクタ
電流経路を流れる公称電流が２５アンペア以下のときに
特に適している。図１に示した回路には変圧器Ｔ１とＴ
２とを有する変圧器結合体が含まれている。これらの変
圧器により生じた交流電圧信号レベルは２個のブリッジ
ＤＢ１とＤＢ２とにより整流されて、電力部品ＳＷ１を
制御するのに適した直流電力レベルになる。変圧器Ｔ１
とＴ２とにより、制御情報と制御エネルギの両方が電力
部品ＳＷ１に供給される。
【００１２】電力部品ＳＷ１は２個のプッシュプル方形
波（ターンオン、ターンオフ）を用いてオンとオフが制
御される。これらの方形波は位相は揃っているが極性反
転した形をしていて、それぞれ変圧器Ｔ１，Ｔ２の一次
巻線を制御する。変圧器の一次巻線の中間点は＋１５Ｖ
の電圧に接続されており、巻線の両端はそれぞれターン
オン信号とターンオフ信号により制御されるＦＥＴ Ｆ
１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を介して、交互にアース電位に接
続される。変圧器の二次巻線は一次巻線に加えられた制
御信号に対応した信号を発生し、発生した信号は整流ブ
リッジＤＢ１とＤＢ２とにより整流されて、それぞれ電
圧Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３になる。電圧Ｕ１は変圧器Ｔ１の一
方の極から得られ、他方の極は０Ｖと記してある基準電
位に接続されている。第２の変圧器Ｔ２の二次巻線の中
間点と電力部品ＳＷ１のエミッタ電極もこの基準電位に
接続されている。電圧Ｕ２は第２の変圧器Ｔ２の一方の
極から整流され、電圧Ｕ３は他方の極から整流される。
これらの電圧Ｕ２とＵ３の極性は、二次巻線の中間部の
基準電位０Ｖに関して、逆の関係にある。
波（ターンオン、ターンオフ）を用いてオンとオフが制
御される。これらの方形波は位相は揃っているが極性反
転した形をしていて、それぞれ変圧器Ｔ１，Ｔ２の一次
巻線を制御する。変圧器の一次巻線の中間点は＋１５Ｖ
の電圧に接続されており、巻線の両端はそれぞれターン
オン信号とターンオフ信号により制御されるＦＥＴ Ｆ
１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を介して、交互にアース電位に接
続される。変圧器の二次巻線は一次巻線に加えられた制
御信号に対応した信号を発生し、発生した信号は整流ブ
リッジＤＢ１とＤＢ２とにより整流されて、それぞれ電
圧Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３になる。電圧Ｕ１は変圧器Ｔ１の一
方の極から得られ、他方の極は０Ｖと記してある基準電
位に接続されている。第２の変圧器Ｔ２の二次巻線の中
間点と電力部品ＳＷ１のエミッタ電極もこの基準電位に
接続されている。電圧Ｕ２は第２の変圧器Ｔ２の一方の
極から整流され、電圧Ｕ３は他方の極から整流される。
これらの電圧Ｕ２とＵ３の極性は、二次巻線の中間部の
基準電位０Ｖに関して、逆の関係にある。
【００１３】ターンオンの始めに電圧Ｕ１は急速に約２
０Ｖに上昇する。その結果、電力部品ＳＷ１のグリッド
キャパシタンスはツェナダイオードＶ２とグリッド抵抗
器Ｒ２を通って流れる電流により充電を開始する。ツェ
ナダイオードの値は４．７Ｖと記してある。約１マイク
ロ秒経つと、電力部品ＳＷ１はオンになり、グリッド電
流は減少し始め、ゼロに近づく。駆動電極、すなわち電
力部品のグリッドはブースタ半導体スイッチとして使わ
れているＦＥＴ Ｖ１と、抵抗器Ｒ３とを経由して、電
圧レベルＵ３に接続されている。更に、電力部品ＳＷ１
の駆動電極は１２ＶのツェナダイオードＶ３とダイオー
ドＶ５とを経由して、電圧レベルＵ２に接続されてい
る。電圧レベルＵ２はＦＥＴ Ｖ１の駆動電極に接続さ
れている。このように結合されているために、以下の状
況がつくりだされる。すなわち、もし電力部品ＳＷ１の
グリッド電圧が約１５Ｖより高くなったならば、ＦＥＴ
Ｖ１は導通状態になる。その結果、ＦＥＴ Ｖ１と、
電圧レベルＵ３と基準電圧レベル０Ｖ間に接続されてい
るダイオードＶ４とを流れる電流が、電圧の更なる上昇
を制限する。この理由で、電力部品のグリッド電圧は前
記の約１５Ｖを超えることができない。同じ理由で、も
し電力部品が短絡したならば、グリッド電圧が問題の電
圧より上昇するのが防げるであろう。短絡した場合に
は、最初に電力部品をオンにして、それから抵抗器Ｒ１
によりゆるやかにオフにするという制御をやめて、急速
にターンオフだけを後で行うというふうに切替えること
が可能である。抵抗器Ｒ１は電力部品のグリッド電極と
エミッタ電極との間に接続されている。
０Ｖに上昇する。その結果、電力部品ＳＷ１のグリッド
キャパシタンスはツェナダイオードＶ２とグリッド抵抗
器Ｒ２を通って流れる電流により充電を開始する。ツェ
ナダイオードの値は４．７Ｖと記してある。約１マイク
ロ秒経つと、電力部品ＳＷ１はオンになり、グリッド電
流は減少し始め、ゼロに近づく。駆動電極、すなわち電
力部品のグリッドはブースタ半導体スイッチとして使わ
れているＦＥＴ Ｖ１と、抵抗器Ｒ３とを経由して、電
圧レベルＵ３に接続されている。更に、電力部品ＳＷ１
の駆動電極は１２ＶのツェナダイオードＶ３とダイオー
ドＶ５とを経由して、電圧レベルＵ２に接続されてい
る。電圧レベルＵ２はＦＥＴ Ｖ１の駆動電極に接続さ
れている。このように結合されているために、以下の状
況がつくりだされる。すなわち、もし電力部品ＳＷ１の
グリッド電圧が約１５Ｖより高くなったならば、ＦＥＴ
Ｖ１は導通状態になる。その結果、ＦＥＴ Ｖ１と、
電圧レベルＵ３と基準電圧レベル０Ｖ間に接続されてい
るダイオードＶ４とを流れる電流が、電圧の更なる上昇
を制限する。この理由で、電力部品のグリッド電圧は前
記の約１５Ｖを超えることができない。同じ理由で、も
し電力部品が短絡したならば、グリッド電圧が問題の電
圧より上昇するのが防げるであろう。短絡した場合に
は、最初に電力部品をオンにして、それから抵抗器Ｒ１
によりゆるやかにオフにするという制御をやめて、急速
にターンオフだけを後で行うというふうに切替えること
が可能である。抵抗器Ｒ１は電力部品のグリッド電極と
エミッタ電極との間に接続されている。
【００１４】ターンオフの始めのとき、ＦＥＴ Ｖ１の
グリッドの直流電圧レベルＵ２は急速に＋５Ｖに上昇す
る。その結果ＦＥＴ Ｖ１は導通状態になる。したがっ
て、同時にＦＥＴ Ｖ１のソース電圧Ｕ３は−５Ｖに向
かって下降しようとするが、生じた電流のせいで問題の
ソース電圧は当初、ダイオードＶ４の順方向電圧値に相
当する正の値にまで上昇する。電力部品ＳＷ１のグリッ
ド電圧は当初、ＦＥＴＶ１の内部抵抗により制限された
電流がダイオードＶ４を通って流れることによってのみ
放電する。この電流の大きさは更に図１に示した低抵抗
の抵抗器Ｒ３により制限される。この抵抗器はＦＥＴ
Ｖ１のソース電極と電圧レベルＵ３との間に接続されて
いる。ターンオフが始まってから約２００ｎｓ後に、電
力部品ＳＷ１のグリッド電圧はエミッタ電位になり、−
５Ｖに向かって、最後に−５Ｖになる。なぜならばツェ
ナダイオードＶ２が、整流ブリッジＤＢ１と変圧器Ｔ１
の二次巻線とを通って電流が流れるのを阻止するからで
ある。ツェナダイオードＶ２の効果がなければ、グリッ
ド電圧はこの負のレベルに達しないであろう。更に、直
流電流の効果のおかげで、変圧器Ｔ１のコアの飽和が防
止される。
グリッドの直流電圧レベルＵ２は急速に＋５Ｖに上昇す
る。その結果ＦＥＴ Ｖ１は導通状態になる。したがっ
て、同時にＦＥＴ Ｖ１のソース電圧Ｕ３は−５Ｖに向
かって下降しようとするが、生じた電流のせいで問題の
ソース電圧は当初、ダイオードＶ４の順方向電圧値に相
当する正の値にまで上昇する。電力部品ＳＷ１のグリッ
ド電圧は当初、ＦＥＴＶ１の内部抵抗により制限された
電流がダイオードＶ４を通って流れることによってのみ
放電する。この電流の大きさは更に図１に示した低抵抗
の抵抗器Ｒ３により制限される。この抵抗器はＦＥＴ
Ｖ１のソース電極と電圧レベルＵ３との間に接続されて
いる。ターンオフが始まってから約２００ｎｓ後に、電
力部品ＳＷ１のグリッド電圧はエミッタ電位になり、−
５Ｖに向かって、最後に−５Ｖになる。なぜならばツェ
ナダイオードＶ２が、整流ブリッジＤＢ１と変圧器Ｔ１
の二次巻線とを通って電流が流れるのを阻止するからで
ある。ツェナダイオードＶ２の効果がなければ、グリッ
ド電圧はこの負のレベルに達しないであろう。更に、直
流電流の効果のおかげで、変圧器Ｔ１のコアの飽和が防
止される。
【００１５】電力部品ＳＷ１のグリッドとエミッタとの
間に接続されている抵抗器Ｒ１は、ブースト電圧も制御
電圧も利用されないときに、電力部品のグリッドをエミ
ッタ電位に維持して、オフ状態に保つ。
間に接続されている抵抗器Ｒ１は、ブースト電圧も制御
電圧も利用されないときに、電力部品のグリッドをエミ
ッタ電位に維持して、オフ状態に保つ。
【００１６】図２は図１に示した制御回路を用いて、ブ
ランチ全体を制御する場合の回路図である。この場合、
制御される電力半導体部品の数は２個であり、電力部品
ＳＷ１とＳＷ２が交互に導通状態になるように制御され
る。両電力部品の制御回路は図１に示したものと同様で
あり、前述のように動作するが、変圧器結合体とその制
御回路が二重にあるわけではない。図２に示すように結
線することによって、同じ回路を２個用いる場合と比べ
て２個の変圧器とその制御回路とが節約されている。こ
のことを実現するために、一方の制御信号が上側のブラ
ンチの電力部品をオンにするとき、同時に下側のブラン
チの電力部品をオフする電圧を発生する。同様に、他方
の変圧器が一方の電力部品をオフするのに必要な電圧レ
ベルを発生すると、それに従って他方の電力部品をオン
にするのに必要な電力レベルが生ずる。本発明の制御回
路では、電力部品がオフになる方がオンになるよりもず
っと速いので、一方の電力部品がオフになった後に、同
じ制御信号により制御される他方の電力部品がオンにな
る。そのためにブランチのブレークスルーが阻止され
る。もし両方の電力部品が瞬時に同時に制御されたなら
ば、両電力部品はオフになる。これは両方のブースタ半
導体スイッチ部品のグリッドが制御状態になる、すなわ
ち導通状態になるからである。この場合、両スイッチを
流れる電流が非常に大きくなるので、変圧器にターンオ
ンエネルギを供給する巻線が電力部品のグリッド電圧を
維持することができなくなって、電圧降下を起こして電
力部品をオフにする。数十マイクロ秒後に両電力部品は
同時に制御から解放される。その結果、電力部品のグリ
ッドとエミッタ間に接続されている抵抗器の効果によ
り、電力部品は前述のようにオフ状態が維持される。
ランチ全体を制御する場合の回路図である。この場合、
制御される電力半導体部品の数は２個であり、電力部品
ＳＷ１とＳＷ２が交互に導通状態になるように制御され
る。両電力部品の制御回路は図１に示したものと同様で
あり、前述のように動作するが、変圧器結合体とその制
御回路が二重にあるわけではない。図２に示すように結
線することによって、同じ回路を２個用いる場合と比べ
て２個の変圧器とその制御回路とが節約されている。こ
のことを実現するために、一方の制御信号が上側のブラ
ンチの電力部品をオンにするとき、同時に下側のブラン
チの電力部品をオフする電圧を発生する。同様に、他方
の変圧器が一方の電力部品をオフするのに必要な電圧レ
ベルを発生すると、それに従って他方の電力部品をオン
にするのに必要な電力レベルが生ずる。本発明の制御回
路では、電力部品がオフになる方がオンになるよりもず
っと速いので、一方の電力部品がオフになった後に、同
じ制御信号により制御される他方の電力部品がオンにな
る。そのためにブランチのブレークスルーが阻止され
る。もし両方の電力部品が瞬時に同時に制御されたなら
ば、両電力部品はオフになる。これは両方のブースタ半
導体スイッチ部品のグリッドが制御状態になる、すなわ
ち導通状態になるからである。この場合、両スイッチを
流れる電流が非常に大きくなるので、変圧器にターンオ
ンエネルギを供給する巻線が電力部品のグリッド電圧を
維持することができなくなって、電圧降下を起こして電
力部品をオフにする。数十マイクロ秒後に両電力部品は
同時に制御から解放される。その結果、電力部品のグリ
ッドとエミッタ間に接続されている抵抗器の効果によ
り、電力部品は前述のようにオフ状態が維持される。
【００１７】上述のように、本発明の制御回路において
は、電力部品をオンにするのに要するエネルギは、一次
回路から変圧器を介して直接加えられるのであって、電
力部品のエミッタ電位にはエネルギが全く蓄えられな
い。本発明の回路では、比較的熱抵抗の小さな電解コン
デンサも、その他の熱に敏感な部品も必要としないの
で、本発明の制御回路を高温環境下に置いても、その寿
命が短くなることはない。
は、電力部品をオンにするのに要するエネルギは、一次
回路から変圧器を介して直接加えられるのであって、電
力部品のエミッタ電位にはエネルギが全く蓄えられな
い。本発明の回路では、比較的熱抵抗の小さな電解コン
デンサも、その他の熱に敏感な部品も必要としないの
で、本発明の制御回路を高温環境下に置いても、その寿
命が短くなることはない。
【００１８】本発明による制御回路の特徴は以下のよう
に要約される。すなわち、変圧器結合体を用いているた
めに、この制御回路により任意の電圧レベルまで完全な
動電気的絶縁がなし遂げられる；別の電力をグリッド制
御回路に供給する必要が全くない；電力部品は負のグリ
ッド電圧を用いてオフにされる；短絡した場合には穏や
かにオフにすることが可能である；短絡した場合には、
自動的にターンオン電圧の調整とグリッド電圧の制限が
起きる；そして、オフになるときはオンになるときより
ずっと高速である。またそのために休止時間（デッドタ
イム）ができるので、プッシュプル接続されている電力
段はブレークスルーになりえない。
に要約される。すなわち、変圧器結合体を用いているた
めに、この制御回路により任意の電圧レベルまで完全な
動電気的絶縁がなし遂げられる；別の電力をグリッド制
御回路に供給する必要が全くない；電力部品は負のグリ
ッド電圧を用いてオフにされる；短絡した場合には穏や
かにオフにすることが可能である；短絡した場合には、
自動的にターンオン電圧の調整とグリッド電圧の制限が
起きる；そして、オフになるときはオンになるときより
ずっと高速である。またそのために休止時間（デッドタ
イム）ができるので、プッシュプル接続されている電力
段はブレークスルーになりえない。
【００１９】以上一実施例だけを例にして本発明の半導
体スイッチの制御回路を説明したが、請求の範囲に記載
した本発明の保護範囲から逸脱することなく、いくつか
の修正を施すことが可能であることは理解されよう。例
えば、上述の例では電力部品としてＩＧＢＴ部品を用い
たが、ＦＥＴ部品を使うこともできる。同様に、ブース
タ半導体スイッチとして、図示したＦＥＴ以外の電子ス
イッチ部品を使ってもよい。
体スイッチの制御回路を説明したが、請求の範囲に記載
した本発明の保護範囲から逸脱することなく、いくつか
の修正を施すことが可能であることは理解されよう。例
えば、上述の例では電力部品としてＩＧＢＴ部品を用い
たが、ＦＥＴ部品を使うこともできる。同様に、ブース
タ半導体スイッチとして、図示したＦＥＴ以外の電子ス
イッチ部品を使ってもよい。
【図１】本発明による制御回路の回路図。
【図２】本発明による制御回路の回路図であって、制御
される半導体スイッチを２個含み、それらが交互に導通
状態になるように制御される回路図。
される半導体スイッチを２個含み、それらが交互に導通
状態になるように制御される回路図。
【符号の説明】 Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４ ＦＥＴ Ｔ１，Ｔ２ 変圧器 ＤＢ１，ＤＢ２ ダイオードブリッジ Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３ 直流電圧 Ｖ１ ブースタ半導体スイッチ Ｖ２，Ｖ３ ツェナダイオード Ｖ４，Ｖ５ ダイオード Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ 抵抗器 ＳＷ１，ＳＷ２ 電力部品
Claims (4)
- 【請求項１】 制御エネルギと制御情報とを含む交流電
圧信号を発生する変圧器の結合体（Ｔ１，Ｔ２）と、 前記変圧器の結合体（Ｔ１，Ｔ２）により生じた前記交
流電圧信号を整流して、半導体スイッチ（ＳＷ１）をオ
ン、オフするのに適する直流電圧レベル（Ｕ１，Ｕ２，
Ｕ３）を発生する整流器の結合体（ＤＢ１，ＤＢ２）
と、 一方の端部が前記半導体スイッチ（ＳＷ１）の駆動電極
に接続されている第１の抵抗器（Ｒ２）と、 前記半導体スイッチの駆動電極とエミッタ電極またはソ
ース電極との間に接続されている第２の抵抗器（Ｒ１）
と、 前記半導体スイッチ（ＳＷ１）の駆動電極と、前記半導
体スイッチをオフにするために前記整流器の結合体によ
りつくられる直流電圧出力（Ｕ３）との間に接続されて
いるブースタ半導体スイッチ（Ｖ１）であって、該ブー
スタ半導体スイッチ（Ｖ１）の駆動電極は該ブースタ半
導体スイッチを制御するために前記整流器の結合体によ
りつくられる直流電圧出力（Ｕ２）に接続されているブ
ースタ半導体スイッチ（Ｖ１）と、 を含む半導体スイッチの制御回路であって、更に、 前記第１の抵抗器（Ｒ１）の他方の端部と、前記半導体
スイッチ（ＳＷ１）をオンにするために前記整流器の結
合体によりつくられる直流出力（Ｕ１）との間に接続さ
れているツェナダイオード（Ｖ２）と、 前記整流器の結合体のターンオフ電圧出力（Ｕ３）と、
前記半導体スイッチ（ＳＷ１）のエミッタ電極またはソ
ース電極との間に順方向に接続されているダイオード
（Ｖ４）と、 を含むことを特徴とする、半導体スイッチの制御回路。 - 【請求項２】 第１項記載の装置において、前記半導体
スイッチ（ＳＷ１）の駆動電極と前記ブースタ半導体ス
イッチ（Ｖ１）の駆動電極との間に直列接続されている
ツェナダイオード（Ｖ３）と、順方向のダイオード（Ｖ
５）と、を含むことを特徴とする、半導体スイッチの制
御回路。 - 【請求項３】 第１項または第２項記載の装置におい
て、更に、前記ブースタ半導体スイッチ（Ｖ１）と該半
導体スイッチをオフにするための直流出力（Ｕ３）との
間に接続されている第３の抵抗器（Ｒ３）を含むことを
特徴とする、半導体スイッチの制御回路。 - 【請求項４】 第１項、第２項または第３項記載の装置
において、前記変圧器の結合体は、整流されてターンオ
ン電圧（Ｕ１）を生ずるための電圧を発生する第１の変
圧器（Ｔ１）と、整流されてターンオフ電圧（Ｕ３）と
前記ブースタ半導体スイッチ（Ｖ１）の制御電圧（Ｕ
２）とを生ずるための電圧を発生する第２の変圧器（Ｔ
２）とを含み、前記第１の変圧器（Ｔ１）の二次巻線の
第２極と前記第２の変圧器（Ｔ２）の二次巻線の中間点
とは相互に接続されていると共に前記半導体スイッチの
エミッタ電極またはソース電極に接続されて基準電圧
（０Ｖ）を形成することとを特徴とする、半導体スイッ
チの制御回路。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI944485A FI97176C (fi) | 1994-09-27 | 1994-09-27 | Puolijohdekytkimen ohjauspiiri |
| FI944485 | 1994-09-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08111635A true JPH08111635A (ja) | 1996-04-30 |
Family
ID=8541457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7247146A Pending JPH08111635A (ja) | 1994-09-27 | 1995-09-26 | 半導体スイッチの制御回路 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5530385A (ja) |
| JP (1) | JPH08111635A (ja) |
| DE (1) | DE19535166C2 (ja) |
| FI (1) | FI97176C (ja) |
| FR (1) | FR2727586B1 (ja) |
| GB (1) | GB2293933B (ja) |
| IT (1) | IT1281363B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023067333A (ja) * | 2021-11-01 | 2023-05-16 | 株式会社明電舎 | ゲート駆動回路，電力変換装置およびゲート駆動回路の制御方法 |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5910738A (en) * | 1995-04-07 | 1999-06-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Driving circuit for driving a semiconductor device at high speed and method of operating the same |
| US5663672A (en) * | 1995-11-17 | 1997-09-02 | Sundstrand Corporation | Transistor gate drive circuit providing dielectric isolation and protection |
| US5686854A (en) * | 1996-03-14 | 1997-11-11 | Magl Power Inc. | Isolated driver circuit for high frequency solid-state switches |
| DE19704808A1 (de) * | 1997-02-08 | 1998-08-13 | Bosch Gmbh Robert | Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers |
| JP3067687B2 (ja) * | 1997-05-08 | 2000-07-17 | 富士電機株式会社 | Ｉｇｂｔ駆動回路 |
| GB2356753B (en) * | 1999-11-29 | 2004-08-11 | Eev Ltd | Switching arrangement |
| JP3855116B2 (ja) * | 2000-03-22 | 2006-12-06 | 日本光電工業株式会社 | 半導体スイッチ駆動回路 |
| EP1391900A1 (de) | 2002-08-22 | 2004-02-25 | Abb Research Ltd. | Signaltransformator sowie Verfahren zum Betrieb eines solchen Signaltransformers |
| FI116109B (fi) * | 2004-05-10 | 2005-09-15 | Abb Oy | Puolijohdekomponentin ohjauskytkentä |
| JP4957495B2 (ja) * | 2007-10-03 | 2012-06-20 | 株式会社豊田自動織機 | 信号伝達回路 |
| US20090167412A1 (en) * | 2007-12-17 | 2009-07-02 | Lawson Labs, Inc. | Gate-charge retaining switch |
| US8816653B2 (en) * | 2008-09-25 | 2014-08-26 | Infineon Technologies Austria Ag | Circuit including a transformer for driving a semiconductor switching element |
| US7679410B1 (en) | 2008-09-29 | 2010-03-16 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | System and method for improving the efficiency and reliability of a broadband transistor switch for periodic switching applications |
| US8400789B2 (en) * | 2010-04-27 | 2013-03-19 | Power Integrations, Inc. | Power supply with input filter-controlled switch clamp circuit |
| FI10493U1 (fi) | 2013-02-20 | 2014-05-22 | Vacon Oyj | Järjestely tehoelektroniikkalaitteissa käytettävien jänniteohjattujen tehopuolijohdekytkinten hilaohjausjännitteen muodostamiseksi |
| DE112013006773T5 (de) | 2013-03-06 | 2015-12-10 | SiEVA | Vorrichtung für high-side Transistor-Brückentreiber |
| EP3719997A1 (de) * | 2019-04-01 | 2020-10-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Beschaltung eines halbleiterschalters |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE68925163T2 (de) * | 1988-08-12 | 1996-08-08 | Hitachi Ltd | Treiberschaltung für Transistor mit isoliertem Gate; und deren Verwendung in einem Schalterkreis, einer Stromschalteinrichtung, und einem Induktionsmotorsystem |
| US5055762A (en) * | 1989-04-17 | 1991-10-08 | General Motors Corporation | Current controlled full wave transitor bridge inverter for a multiple phase AC machine |
| FR2669477A1 (fr) * | 1990-11-16 | 1992-05-22 | Gen Electric Cgr | Circuit de commande de commutation basse frequence de transistors a effet de champ et de transistors bipolaires a grille isolee. |
| DE4139997A1 (de) * | 1990-12-06 | 1992-07-09 | Ozcan Akdogan | Schaltungsanordnung mit leistungs-mosfet-transistoren |
| US5257323A (en) * | 1991-05-29 | 1993-10-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Selection agent for a symbol determination system with multiple character recognition processors |
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| FI90605C (fi) * | 1991-12-09 | 1994-02-25 | Abb Stroemberg Drives Oy | Puolijohdekytkimen ohjauspiiri |
| DE4208894A1 (de) * | 1992-03-19 | 1993-09-23 | Abb Patent Gmbh | Schaltung zur ansteuerung eines spannungsgesteuerten halbleiterschalters |
| FR2693604B1 (fr) * | 1992-07-10 | 1994-10-07 | Sgs Thomson Microelectronics | Convertisseur commandé par impulsions et commande électrique de moteur. |
-
1994
- 1994-09-27 FI FI944485A patent/FI97176C/fi active
-
1995
- 1995-08-28 US US08/520,470 patent/US5530385A/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-09-05 GB GB9518030A patent/GB2293933B/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-09-11 FR FR9510883A patent/FR2727586B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 1995-09-22 DE DE19535166A patent/DE19535166C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1995-09-26 JP JP7247146A patent/JPH08111635A/ja active Pending
- 1995-09-26 IT IT95TO000767A patent/IT1281363B1/it active IP Right Grant
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| JP2023067333A (ja) * | 2021-11-01 | 2023-05-16 | 株式会社明電舎 | ゲート駆動回路，電力変換装置およびゲート駆動回路の制御方法 |
Also Published As
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|---|---|
| GB2293933B (en) | 1998-10-28 |
| GB2293933A (en) | 1996-04-10 |
| FI944485A0 (fi) | 1994-09-27 |
| IT1281363B1 (it) | 1998-02-18 |
| ITTO950767A1 (it) | 1997-03-26 |
| DE19535166A1 (de) | 1996-03-28 |
| FI97176C (fi) | 1996-10-25 |
| US5530385A (en) | 1996-06-25 |
| GB9518030D0 (en) | 1995-11-08 |
| ITTO950767A0 (it) | 1995-09-26 |
| FI97176B (fi) | 1996-07-15 |
| FI944485A7 (fi) | 1996-03-28 |
| FR2727586B1 (fr) | 1998-11-20 |
| FR2727586A1 (fr) | 1996-05-31 |
| DE19535166C2 (de) | 2002-10-24 |
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