JPH10285949A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH10285949A
JPH10285949A JP9079756A JP7975697A JPH10285949A JP H10285949 A JPH10285949 A JP H10285949A JP 9079756 A JP9079756 A JP 9079756A JP 7975697 A JP7975697 A JP 7975697A JP H10285949 A JPH10285949 A JP H10285949A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高圧側駆動回路に供給すべき充電電圧の変動
を抑えて、スイッチングデバイスの５Ｖでの駆動を可能
とする。 【解決手段】 高圧側駆動回路２に、コンデンサＣと共
にツェナーダイオードＺＤ２を並列接続する。ツェナー
電圧ＶＺＤ２を５Ｖに設定すれば、コンデンサＣに充電
される電圧は、ツェナー電圧ＶＺＤ２で決定される。こ
のとき、低圧直流電源４の電圧ＶＣＣを、（ＶＺＤ２＋
ＶＤ＋ＶＣＥ）よりも高い値に設定すればよい（ＶＤは
ダイオードＤｉの順方向電圧、ＶＣＥは低圧側スイッチ
ングデバイスＱ１のオン電圧）。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置におけ
るパワーデバイスの駆動技術に関するものである。より
具体的には、本発明は、ハーフブリッジ構成のパワーデ
バイスの単電源駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】ハーフブリッジ構成のパワーデバイスの
単電源駆動回路は、図１０に示すように、高圧直流電源
１ＰとグランドＧＮＤ間に直列に接続した２個のスイッ
チングデバイスＱ２Ｐ，Ｑ１Ｐと、これらのスイッチン
グデバイスＱ２Ｐ，Ｑ１Ｐをそれぞれ駆動する高圧側駆
動回路（ゲートドライバ）２Ｐ及び低圧側駆動回路（ゲ
ートドライバ）３Ｐとを備えており、２個のスイッチン
グデバイスＱ１Ｐ，Ｑ２Ｐを上記駆動回路３Ｐ，２Ｐに
よって交互にオン、オフさせるものである。
【０００３】従来のパワーデバイスの駆動回路において
は、一方をグランドＧＮＤに接続した低圧直流電源４Ｐ
から、その電圧ＶＣＣを低圧側駆動回路３Ｐに供給し、
また低圧直流電源４ＰからダイオードＤｉＰを通してコ
ンデンサＣＰに充電した電圧を高圧側駆動回路３Ｐに供
給している。通常、高圧直流電源１ＰとグランドＧＮＤ
間に直列に接続した２個のスイッチングデバイスＱ２
Ｐ，Ｑ１Ｐには、それぞれダイオードＤ２Ｐ，Ｄ１Ｐが
逆並列接続されている。これらのダイオードＤ１Ｐ，Ｄ
２Ｐは、インダクタンスＬの負荷時の誘導起電力の回生
用として用いられる。
【０００４】図１０の従来の駆動回路の動作原理は、次
の通りである。即ち、（Ａ）低圧側スイッチングデバイ
スＱ１Ｐがオン状態の時に、低圧直流電源４Ｐから、ダ
イオードＤｉＰ、コンデンサＣＰ、低圧側スイッチング
デバイスＱ１Ｐまたは、ダイオードＤ１Ｐから成る経路
Ｌ１又はＬ２でコンデンサＣＰを充電しておき、（Ｂ）
高圧側スイッチングデバイスＱ２Ｐがオン状態の時に、
ダイオードＤｉＰが逆バイアスとなる結果、コンデンサ
ＣＰをフローティング状態として、コンデンサＣＰに充
電された電圧を高圧側駆動回路２Ｐに供給することとし
ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
に示した従来の駆動回路では、コンデンサＣＰの充電経
路Ｌ１又はＬ２にそれぞれ低圧側スイッチングデバイス
Ｑ１Ｐまたは、低圧側のダイオードＤ１Ｐが存在するた
め、低圧側スイッチングデバイスＱ１Ｐのオン電圧をＶ
ＣＥ、ダイオードＤ１Ｐの順方向電圧をＶＦ、ダイオー
ドＤｉＰの順方向電圧をＶＤ、低圧直流電源４Ｐの電圧
をＶＣＣとして表わすと、コンデンサＣＰの充電ＶＣ
は、以下の範囲となる。
【０００６】ＶＣ＝（ＶＣＣ−ＶＤ−ＶＣＥ）〜（ＶＣ
Ｃ−ＶＤ＋ＶＦ） このように、インダクタンスＬの負荷時には、低圧側ス
イッチングデバイスＱ１Ｐがオン状態で低圧側スイッチ
ングデバイスＱ１Ｐに電流が流れる時（経路１）と、ダ
イオードＤ１Ｐに電流が流れる時（経路Ｌ２）が存在す
る。
【０００７】通常は、低圧側スイッチングデバイスＱ１
Ｐのオン電圧ＶＣＥは２Ｖ程度であり、ダイオードＤ１
Ｐの順方向電圧ＶＦも２Ｖ程度である。従って、ダイオ
ードＤｉＰの順方向電圧ＶＤを１Ｖ程度とするならば、
コンデンサＣＰの充電電圧ＶＣは、 ＶＣ＝（ＶＣＣ−３Ｖ）〜（ＶＣＣ＋１Ｖ） の範囲で変化することになる。即ち、経路Ｌ１で電流が
流れてコンデンサＣＰが充電されるときには、その充電
電圧ＶＣは低圧直流電源の電圧ＶＣＣよりも３Ｖも低い
値となってしまう。
【０００８】この場合、１５Ｖ駆動スイッチングデバイ
ス（ＶＣＣ＝１５Ｖ）では、充電電圧ＶＣの範囲は１２
Ｖ〜１６Ｖとなる。１５Ｖ駆動時には、高圧側スイッチ
ングデバイスＱ１Ｐのオン時のゲート電圧は最小でも３
Ｖあるので、この程度の充電電圧ＶＣの変動は、使用可
能な電圧範囲であると言える。
【０００９】ところが、５Ｖ駆動スイッチングデバイス
（ＶＣＣ＝５Ｖ）では、ＶＣ＝２Ｖ〜６Ｖとなり、その
変動が大きすぎるために、本回路を使用することができ
ないという問題が発生する。即ち、５Ｖ駆動時には、高
圧側スイッチングデバイスＱ１Ｐのオン時のゲート電圧
は０．５〜０．７５Ｖであるため、充電電圧ＶＣがその
駆動電圧５Ｖから３Ｖも低下するときには、スイッチン
グデバイスＱ１Ｐがオンしても、オン抵抗が大となって
しまい、スイッチングデバイスＱ２Ｐでのロスが大きく
なってしまう。それどころか、スイッチングデバイスＱ
２Ｐのドライブさえも制御できなくなる事態も生じう
る。
【００１０】このように、ハーフブリッジ構成のパワー
デバイスの従来の単電源駆動回路は、高圧側スイッチン
グデバイスの駆動回路に電圧を供給するためのコンデン
サの充電経路に低圧側スイッチングデバイスまたは、低
圧側スイッチングデバイスに逆並列接続されているダイ
オードが入っていることに起因して、充電電圧が大きく
変化するという問題点を根本的に内包している。このた
め、従来回路を用いて５Ｖ駆動スイッチングデバイスを
低圧直流電源電圧５Ｖで駆動することができないという
問題点が生じている。この問題点は、最近のデバイスの
低電圧化の傾向にとっては、克服すべき懸案事項と言え
る。
【００１１】本発明は、コンデンサの充電経路に低圧側
スイッチングデバイスまたは、低圧側スイッチングデバ
イスに逆並列接続されているダイオードが存在していて
も、コンデンサの充電電圧を変化させない半導体装置の
駆動回路技術を提供しようとするものである。
【００１２】また、本発明は、コンデンサの充電経路そ
のものに低圧側スイッチングデバイスや、低圧側スイッ
チングデバイスに逆並列接続されているダイオードが入
らない回路構成を実現して、コンデンサの充電電圧を変
化させないで、５Ｖ駆動スイッチングデバイスを低圧直
流電源電圧５Ｖで使用することが可能な、半導体装置の
駆動回路技術を、提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
高圧直流電源にその第１電極が接続された高圧側スイッ
チングデバイスと、その第１及び第２端がそれぞれ前記
高圧側スイッチングデバイスの制御電極及び第２電極に
接続された高圧側駆動回路と、前記高圧側スイッチング
デバイスの前記第２電極にその第１電極が接続され、そ
の第２電極がグランドに接続された低圧側スイッチング
デバイスと、その第１及び第２端がそれぞれ前記低圧側
スイッチングデバイスの制御電極及び前記第２電極に接
続された低圧側駆動回路とを備え、前記高圧側スイッチ
ングデバイスと前記低圧側スイッチングデバイスとは、
前記高圧側駆動回路と前記低圧側駆動回路とによって交
互にその動作をオン、オフするように制御されており、
ダイオードと、その一端及び他端がそれぞれ前記ダイオ
ードのアノード及び前記グランドに接続された低圧直流
電源と、その第１電極が前記ダイオードを介して前記低
圧直流電源の前記一端に接続され且つ前記高圧側駆動回
路の第３端にも接続されており、その第２電極が前記高
圧側スイッチングデバイスの前記第２電極に接続された
コンデンサと、前記高圧側スイッチングデバイスの動作
がオン状態にある間に成される前記コンデンサの充電期
間中、前記コンデンサの両端間の電圧値を固定する電圧
固定手段とを、更に備えることを特徴とする。
【００１４】請求項２に係る発明は、請求項１記載の半
導体装置において、前記電圧固定手段は、そのカソード
が前記コンデンサの前記第１電極に接続され、そのアノ
ードが前記コンデンサの前記第２電極に接続された、ツ
ェナーダイオードを備え、前記低圧直流電源の電圧は、
前記ツェナーダイオードのツェナー電圧と前記ダイオー
ドの順方向電圧と前記低圧側スイッチングデバイスのオ
ン電圧との和よりも大きく設定されていることを特徴と
する。
【００１５】請求項３に係る発明は、請求項２記載の半
導体装置において、前記低圧側スイッチングデバイスの
前記第１及び第２電極にそのカソード及びアノードがそ
れぞれ接続された低圧側ダイオードと、前記ダイオード
のカソード及び前記コンデンサの前記第１電極にその一
端及び他端が接続された抵抗とを、更に備えることを特
徴とする。
【００１６】請求項４に係る発明は、高圧直流電源にそ
の第１電極が接続された高圧側スイッチングデバイス
と、その第１及び第２端がそれぞれ前記高圧側スイッチ
ングデバイスの制御電極及び第２電極に接続された高圧
側駆動回路と、前記高圧側スイッチングデバイスの前記
第２電極にその第１電極が接続され、その第２電極がグ
ランドに接続された低圧側スイッチングデバイスと、そ
の第１及び第２端がそれぞれ前記低圧側スイッチングデ
バイスの制御電極及び前記第２電極に接続された低圧側
駆動回路とを備え、前記高圧側スイッチングデバイスと
前記低圧側スイッチングデバイスとは、前記高圧側駆動
回路と前記低圧側駆動回路とによって交互にその動作を
オン、オフするように制御されており、前記低圧側スイ
ッチングデバイスの前記第１及び第２電極にそのカソー
ド及びアノードがそれぞれ接続された低圧側ダイオード
と、ダイオードと、その一端及び他端がそれぞれ前記ダ
イオードのアノード及び前記グランドに接続された低圧
直流電源と、前記ダイオードのカソードと前記グランド
と前記高圧側駆動回路の第３端とに接続され、前記低圧
側スイッチングデバイスの動作がオン状態にある間に、
前記低圧側スイッチングデバイスと前記低圧側ダイオー
ドとを介在させることなく、前記低圧直流電源から供給
される、前記高圧側スイッチングデバイスを駆動するの
に必要な電荷を自ら充電する一方、前記高圧側スイッチ
ングデバイスの動作がオン状態にあるときに前記電荷に
対応した充電電圧を前記高圧側駆動回路に供給する充電
電圧供給手段とを、更に備えることを特徴とする。
【００１７】請求項５に係る発明は、請求項４記載の半
導体装置において、前記ダイオードを第１ダイオードと
すると、前記充電電圧供給手段は、前記第１ダイオード
の前記カソードにその第１電極が接続された第１コンデ
ンサと、前記第１コンデンサの第２電極と前記グランド
との間に配設され、前記低圧側スイッチングデバイスの
動作がオン状態にあるときには、そのスイッチング動作
はオンに制御され、前記高圧側スイッチングデバイスの
動作がオン状態にあるときには、前記スイッチング動作
はオフに制御される、第１スイッチと、そのアノード及
びカソードが前記第１ダイオードの前記カソード及び前
記高圧側駆動回路の前記第３端にそれぞれ接続された第
２ダイオードと、その第１及び第２電極が前記高圧側駆
動回路の前記第３端及び前記第２端にそれぞれ接続され
た第２コンデンサと、前記第１コンデンサの前記第２電
極と前記第２コンデンサの前記第２電極との間に配設さ
れ、前記低圧側スイッチングデバイスの動作がオン状態
にあるときには、そのスイッチング動作はオフに制御さ
れ、前記高圧側スイッチングデバイスの動作がオン状態
にあるときには、前記スイッチング動作はオンに制御さ
れる、第２スイッチとを、備えることを特徴とする。
【００１８】請求項６に係る発明は、請求項５記載の半
導体装置において、前記第２ダイオードに代えて、前記
低圧側スイッチングデバイスの動作がオン状態にあると
きには、そのスイッチング動作はオフに制御され、前記
高圧側スイッチングデバイスの動作がオン状態にあると
きには、前記スイッチング動作はオンに制御される、第
３スイッチを、備えることを特徴とする。
【００１９】請求項７に係る発明は、高圧直流電源にそ
の第１電極が接続された高圧側スイッチングデバイス
と、その第１及び第２端がそれぞれ前記高圧側スイッチ
ングデバイスの制御電極及び第２電極に接続された高圧
側駆動回路と、前記高圧側スイッチングデバイスの前記
第２電極にその第１電極が接続され、その第２電極がグ
ランドに接続された低圧側スイッチングデバイスと、そ
の第１及び第２端がそれぞれ前記低圧側スイッチングデ
バイスの制御電極及び前記第２電極に接続された低圧側
駆動回路とを備え、前記高圧側スイッチングデバイスと
前記低圧側スイッチングデバイスとは、前記高圧側駆動
回路と前記低圧側駆動回路とによって交互にその動作を
オン、オフするように制御されており、前記低圧側スイ
ッチングデバイスの前記第１及び第２電極にそのカソー
ド及びアノードがそれぞれ接続された低圧側ダイオード
と、ダイオードと、その一端及び他端がそれぞれ前記ダ
イオードのアノード及び前記グランドに接続された低圧
直流電源と、前記ダイオードのカソードと前記グランド
と前記高圧側駆動回路の第３端とに接続され、前記高圧
側スイッチングデバイスの動作がオン状態にある間に、
前記低圧側スイッチングデバイスと前記低圧側ダイオー
ドとを介在させることなく、前記低圧直流電源から供給
される、前記高圧側スイッチングデバイスを駆動するの
に必要な電荷を自ら充電する一方、前記低圧側スイッチ
ングデバイスの動作がオン状態にあるときに前記電荷に
対応した充電電圧を前記高圧側駆動回路に供給する充電
電圧供給手段とを、更に備えることを特徴とする。
【００２０】請求項８に係る発明は、請求項７記載の半
導体装置において、前記ダイオードを第１ダイオードと
すると、前記充電電圧供給手段は、前記第１ダイオード
の前記カソードにその第１電極が接続された第１コンデ
ンサと、前記第１コンデンサの第２電極と前記グランド
との間に配設され、前記高圧側スイッチングデバイスの
動作がオン状態にあるときには、そのスイッチング動作
はオンに制御され、前記低圧側スイッチングデバイスの
動作がオン状態にあるときには、前記スイッチング動作
はオフに制御される、第１スイッチと、そのアノード及
びカソードが前記第１ダイオードの前記カソード及び前
記高圧側駆動回路の前記第３端にそれぞれ接続された第
２ダイオードと、その第１及び第２電極が前記高圧側駆
動回路の前記第３端及び前記第２端にそれぞれ接続され
た第２コンデンサと、前記第１コンデンサの前記第２電
極と前記第２コンデンサの前記第２電極との間に配設さ
れ、前記高圧側スイッチングデバイスの動作がオン状態
にあるときには、そのスイッチング動作はオフに制御さ
れ、前記低圧側スイッチングデバイスの動作がオン状態
にあるときには、前記スイッチング動作はオンに制御さ
れる、第２スイッチとを、備えることを特徴とする。
【００２１】請求項９に係る発明は、請求項５，６及び
８のいずれかに記載の半導体装置において、前記低圧直
流電源の電圧を、前記高圧側スイッチングデバイスの駆
動電圧に前記第１ダイオードの順方向電圧分だけを加え
た値に設定することを特徴とする。
【００２２】請求項１０に係る発明は、高圧直流電源に
その第１電極が接続された高圧側スイッチングデバイス
と、その第１及び第２端がそれぞれ前記高圧側スイッチ
ングデバイスの制御電極及び第２電極に接続された高圧
側駆動回路と、前記高圧側スイッチングデバイスの前記
第２電極にその第１電極が接続され、その第２電極がグ
ランドに接続された低圧側スイッチングデバイスと、そ
の第１及び第２端がそれぞれ前記低圧側スイッチングデ
バイスの制御電極及び前記第２電極に接続された低圧側
駆動回路と、前記低圧側スイッチングデバイスの前記第
１及び第２電極にそのカソード及びアノードがそれぞれ
接続された低圧側ダイオードと、前記高圧側駆動回路の
第３端及び前記第２端との間に並列に接続されたコンデ
ンサと、低圧直流電源をソースとし、スイッチング手段
を備える、前記コンデンサの充電経路とを備え、前記高
圧側スイッチングデバイスと前記低圧側スイッチングデ
バイスとを、前記高圧側駆動回路と前記低圧側駆動回路
とによって交互にオン、オフするように制御すると共
に、前記高圧側スイッチングデバイス及び前記低圧側ス
イッチングデバイスの動作状態に応じて前記スイッチン
グ手段の動作をオン、オフに交互に切り換え制御するこ
とにより、前記低圧側スイッチングデバイス及び前記低
圧側ダイオードを介在させることなく、前記充電経路よ
り、前記高圧側スイッチングデバイスを駆動するのに必
要な電圧を前記コンデンサに充電することを特徴とす
る。
【００２３】
【発明の実施の形態】この発明は、大別して、次の２つ
の基本的な技術的思想を有している。
【００２４】（Ｉ） その第一は、コンデンサに充電し
たい電圧をツェナーダイオードのツェナー電圧で決定し
てしまい、コンデンサの充電経路に入っている低圧側ス
イッチングデバイスまたは、低圧側スイッチングデバイ
スに逆並列接続されているダイオードの影響による変化
分以上だけ、コンデンサの充電電圧よりも高い電圧を有
する低圧直流電源を使用する点にある。
【００２５】（ＩＩ） その第二は、コンデンサの充電
経路中に低圧側スイッチングデバイスまたは、低圧側ス
イッチングデバイスに逆並列接続されているダイオード
が含まれることを防止すると共に、他のスイッチ手段を
設けて、低圧側スイッチングデバイス及び高圧側スイッ
チングデバイスのそれぞれのオンのタイミングで上記ス
イッチ手段をオン、オフすることにより、コンデンサを
充電する点にある。この構成を用いるときには、後述す
るように、コンデンサの充電電圧の変化を従来よりも格
段に小さくすることができる。
【００２６】以下に示す実施の形態１〜３の内で、実施
の形態１は上記構成（Ｉ）に基づくものであり、実施の
形態２，３は共に上記構成（ＩＩ）に立脚するものであ
る。
【００２７】（実施の形態１）以下、本発明の実施の形
態１について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２８】図１は、実施の形態１に係る半導体装置の
構成を示す図である。本装置は、ハーフブリッジ構成の
パワーデバイスの単電源駆動回路に関する。
【００２９】本装置は、高圧直流電源１とグランドＧＮ
Ｄ間にこの順序で直列に接続された２個のスイッチング
デバイスＱ２，Ｑ１と、２個のスイッチングデバイスＱ
２，Ｑ１にそれぞれ逆並列接続されたダイオードＤ１，
Ｄ２と、２個のスイッチングデバイスＱ２，Ｑ１をそれ
ぞれ駆動するゲートドライバ、即ち、高圧側駆動回路２
及び低圧側駆動回路３とを備えている。
【００３０】これらの内で、スイッチングデバイスＱ
２，Ｑ１をそれぞれ「高圧側スイッチングデバイスない
し第２スイッチングデバイス」，「低圧側スイッチング
デバイスないし第１スイッチングデバイス」とも称し、
又、ダイオードＤ２，Ｄ１をそれぞれ「高圧側ダイオー
ド」、「低圧側ダイオード」とも称す。そして、上記デ
バイスＱ２，Ｄ２の端子の内で高圧直流電源１に接続さ
れたものをそれぞれ「第１電極」，「第２電極（カソー
ド）」と定義し、上記デバイスＱ２，Ｄ２の他方の端
子、即ち、デバイスＱ２の基準電位ノードＮ１（出力端
子ＯＵＴ）側の端子を、それぞれ「第２電極」，「第１
電極（アノード）」と定義する。又、高圧側駆動回路２
の第１端に接続されている上記デバイスＱ２の端子を
「制御電極」と定義する。以後、上記基準電位ノードＮ
１を、単に「ノードＮ１」と称す。
【００３１】上記デバイスＱ１，Ｄ１についても同様
に、上記ノードＮ１に接続された端子をそれぞれ「第１
電極」，「第２電極（カソード）」と定義し、グランド
ＧＮＤに接続された他方の端子をそれぞれ「第２電
極」，「第１電極（アノード）」と定義する。両スイッ
チングデバイスＱ１，Ｑ２は、例えばＩＧＢＴやパワー
ＭＯＳトランジスタ等よりなる。
【００３２】尚、記号ＰＣは、パスコンを示す。
【００３３】２個のスイッチングデバイスＱ１，Ｑ２の
動作は、外部のオン・オフ切替え信号発生回路５が生成
・出力するオン・オフ切替信号６，７（信号７は信号６
の逆相信号である）に応じて、交互にオン、オフされ
る。
【００３４】一端をグランドＧＮＤに接続された低圧直
流電源４（その電圧値はＶＣＣ）から、第１抵抗Ｒ１を
通して、その第１電極（アノード）がグランドＧＮＤに
接続された第１ツェナーダイオード（ないし低圧側ツェ
ナーダイオード）ＺＤ１に電流を流す。その結果発生す
る、第１ツェナーダイオードＺＤ１の第２電極（カソー
ド）と第１電極間の電圧を低圧側駆動回路３に供給す
る。
【００３５】他方、低圧直流電源４からダイオードＤ
ｉ、第２抵抗Ｒ２を通して、その第１電極（アノード）
が高圧側スイッチングデバイスＱ２の基準電位（出力）
のノードＮ１に接続された第２ツェナーダイオード（な
いし高圧側ツェナーダイオード）ＺＤ２に電流を流し、
第２ツェナーダイオードＺＤ２の第２電極（カソード）
と第１電極間に生ずる電圧を、第２ツェナーダイオード
ＺＤ２に並列に接続されたコンデンサＣを介して高圧側
駆動回路２に供給する。尚、コンデンサＣの第１電極と
接続された高圧側駆動回路２の端子を「第３端」とし、
コンデンサＣの第２電極と接続された高圧側駆動回路２
の端子を「第２端」と定義する。
【００３６】ここでは、第１及び第２ツェナーダイオー
ドＺＤ１，ＺＤ２とも、そのツェナー電圧が５Ｖ程度に
なるものが用いられる。
【００３７】次に、本装置におけるパワーデバイスの駆
動動作について説明する。
【００３８】（Ａ） 低圧側スイッチングデバイスＱ１
がオン状態にある時：低圧直流電源４からダイオードＤ
ｉ、第２抵抗Ｒ２を通してコンデンサＣ、低圧側スイッ
チングデバイスＱ１または、低圧側ダイオードＤ１に至
る充電経路（Ｌ１，Ｌ２）によって、コンデンサＣに、
第２ツェナーダイオードＺＤ２の両電極間に生ずる電圧
（即ち、ツェナー電圧）で定まる電荷を充電する。従っ
て、コンデンサＣの充電電圧は一定である。
【００３９】（Ｂ） 高圧側スイッチングデバイスＱ２
がオン状態にある時：ダイオードＤｉが逆バイアス状態
となるので、コンデンサＣはフローティング状態とな
り、コンデンサＣに充電された電圧は高圧側駆動回路２
の第３端に供給される。
【００４０】ここで、低圧側スイッチングデバイスＱ１
のオン電圧をＶＣＥ、低圧側ダイオードＤ１の順方向電
圧をＶＦ、ダイオードＤｉの順方向電圧をＶＤ、第２ツ
ェナーダイオードＺＤ２のツェナー電圧をＶＺＤ２、低
圧直流電源の電圧をＶＣＣとして表わすと、上記電圧Ｖ
ＣＣを、 ＶＣＣ＞ＶＺＤ２＋ＶＤ＋ＶＣＥ…（１）式 に設定することにより、コンデンサＣの充電電圧ＶＣ
を、常にＶＣ＝ＶＺＤ２に設定することができる。尚、
コンデンサＣが充電された後は、第２抵抗Ｒ２には電流
が流れなくなるので、電圧ＶＣＣを設定する際の限界点
を考えるときには、第２抵抗Ｒ２での電圧を０Ｖとして
扱うことができる。第２抵抗Ｒ２自体は、低圧側ダイオ
ードＤ１に電流が流れたときの電圧分を補償する部分で
ある。
【００４１】他方、上記（１）式に基づき、低圧直流電
源４の電圧ＶＣＣを通常のパワーデバイスの駆動電圧
（５Ｖ）よりも高い値に設定しているので、低圧側駆動
回路３に供給される電圧は、低圧直流電源４から第１抵
抗Ｒ１を通して第１ツェナーダイオードＺＤ１に至る経
路によって供給され、その供給電圧は、第１ツェナーダ
イオードＺＤ１のツェナー電圧ＶＺＤ１、従って、ＶＺ
Ｄ１＝ＶＺＤ２となる。即ち、第１抵抗Ｒ１の値は、上
記供給電圧がツェナー電圧ＶＺＤ１（＝ＶＺＤ２）とな
るように設定されている。
【００４２】以上により、高圧側駆動電源のコンデンサ
Ｃの充電電圧の変動を０Ｖとすることができ、５Ｖ駆動
スイッチングデバイスを安定して駆動することが可能と
なる。
【００４３】なお、第２ツェナーダイオードＺＤ２は、
低圧側スイッチングデバイスＱ１をオン状態にしてコン
デンサＣを充電中に、コンデンサの両端間の電圧を固定
する手段であると言える。
【００４４】以上より、図１の第２ツェナーダイオード
ＺＤ２は、高圧側スイッチングデバイスＱ２の動作がオ
ン状態にある間に成されるコンデンサＣの充電期間中、
コンデンサＣの両端間の電圧値を固定する電圧固定手段
であると言える。
【００４５】（実施の形態２）図２は、本発明の実施の
形態２に係る半導体装置を示す図である。
【００４６】同図２の装置が図１の装置と異なる点は、
第２ツェナーダイオードＺＤ２と第２抵抗Ｒ２とに代え
て、第１コンデンサＣ１と、第１及び第２ダイオードＤ
ｉ１，Ｄｉ２と、第１及び第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２
とを設けた点にある。その他の構成は同じである。即
ち、第１ダイオードＤｉ１のカソードと第２ダイオード
Ｄｉ２のアノードとの接続ノードに第１コンデンサＣ１
の第１電極が接続され、第１コンデンサＣ１の第２電極
と第１スイッチＳＷ１の第１端との接続ノードＮ３に第
２スイッチＳＷ２の第１端が接続され、第１及び第２ス
イッチＳＷ１，ＳＷ２の第２端は、それぞれグランドＧ
ＮＤ及びノードＮ１に接続されている。ここでは、図１
のコンデンサＣを、第２コンデンサＣと定義する。
【００４７】尚、図２では、図１で図示した外部のオン
・オフ切替信号発生回路５の図示化を省略している。以
下の他の実施の形態でも、当該回路５の図示化を同様に
省略している。
【００４８】低圧直流電源４（その電圧はＶＣＣ）から
第１抵抗Ｒ１を通して第１ツェナーダイオードＺＤ１に
印加される電圧、即ちツェナー電圧ＶＺＤ１（＝５Ｖ）
を、低圧側駆動回路３に供給することとしている。
【００４９】他方、第１スイッチＳＷ１のオン、第２ス
イッチＳＷ２のオフにより、低圧直流電源４から第１ダ
イオードＤｉ１を通して第１コンデンサＣ１と第１スイ
ッチＳＷ１とにより形成される充電経路Ｌ３によって第
１コンデンサＣ１を充電し、次に、第２スイッチＳＷ２
のオン，第１スイッチＳＷ１のオフにより第１コンデン
サＣ１から第２ダイオードＤｉ２を通して第２コンデン
サＣに充電し、第２コンデンサＣの充電電圧を高圧側駆
動回路２に供給するようにしている。
【００５０】以下に、動作について説明する。但し、図
２の回路では、駆動方法として２つの方法が考えられる
ので、それらを方法（Ａ），（Ｂ）として順次に説明す
る。
【００５１】（第１方法Ａ）第１ダイオードＤｉ１、第
２ダイオードＤｉ２の順方向電圧をいずれもＶＤとして
表わし、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２のオ
ン電圧をＯＶであるものとする。
【００５２】（ａ） 高圧側スイッチングデバイスＱ２
がオン状態のとき：第１スイッチＳＷ１をオンに、第２
スイッチＳＷ２をオフに制御する。このとき、低圧直流
電源４から、各素子Ｄｉ１，Ｃ１，ＳＷ１より成る充電
経路Ｌ３によって、第１コンデンサＣ１は充電される。
その充電電圧ＶＣ１は、ＶＣ１＝ＶＣＣ−ＶＤとなる。
このとき、第２スイッチＳＷ２がオフであるので、充電
経路Ｌ３には、低圧側スイッチングデバイスＱ１や、低
圧側ダイオードＤ１は、入らない。従って、従来技術の
ような充電圧ＶＣ１の変動は生じない。
【００５３】このタイミングでは、（ａ）よりも前の
（ｂ）の動作によって既に第２コンデンサＣに充電され
ている電圧ＶＣにより、高圧側駆動回路２が動作する。
このとき、高圧側スイッチングデバイスＱ２がオン状態
にあるので、高圧側スイッチングデバイスＱ２の出力の
電位は高く、第２のコンデンサＣはフローティング状態
にある。
【００５４】（ｂ） 次に、低圧側スイッチングデバイ
スＱ１がオン状態のとき：第１スイッチＳＷ１をオフ
に、第２スイッチＳＷ２をオンに制御する。このときの
充電経路は、低圧直流電源４から各素子Ｄｉ１，Ｄｉ
２，Ｃを経て低圧側スイッチングデバイスＱ１または、
低圧側ダイオードＤ１から成る第１の経路Ｌ４と、第
１コンデンサＣ１から各素子Ｄｉ２，Ｃを経て第２スイ
ッチＳＷ２に至る第２の経路Ｌ５とがある。それぞれの
経路Ｌ４，Ｌ５での充電電圧ＶＣは、ＶＣＥ＝ＶＦ＝２
Ｖ，ＶＤ＝１Ｖとすると、次の通りとなる。
【００５５】先ず第１の経路Ｌ４では、 ＶＣ＝（ＶＣＣ−２＊ＶＤ−ＶＣＥ）〜（ＶＣＣ−２＊
ＶＤ＋ＶＦ）＝（ＶＣＣ−４Ｖ）〜ＶＣＣ となる。他方、第２の経路Ｌ５では、 ＶＣ＝ＶＣ１−ＶＤ＝ＶＣＣ−２＊ＶＤ＝ＶＣＣ−２Ｖ となる。
【００５６】このとき、第１の経路Ｌ４での充電電圧Ｖ
Ｃが、 ＶＣ＝（ＶＣＣ−４Ｖ）〜（ＶＣＣ−２Ｖ） となるときは、第２の経路Ｌ５による充電電圧ＶＣの方
がその電圧のレベルが高いので、第１ダイオードＤｉ１
が逆バイアス状態となり、第１コンデンサＣ１から上記
の第２経路Ｌ５を介してのみ、第２コンデンサＣは充電
されることとなる。その結果、充電電圧ＶＣは、 ＶＣ＝（ＶＣＣ−２Ｖ）〜ＶＣＣ…（２）式 となる。
【００５７】したがって、上記（２）式を踏まえて、低
圧直流電源４の電圧ＶＣＣを予め高圧側スイッチングデ
バイスＱ１の駆動電圧の最適値（例えば５Ｖ）よりも１
Ｖだけ高く設定しておけば（上記（２）式のＶＣＣをＶ
ＣＣ＋１Ｖに置き換えれば）、高圧側駆動回路２への供
給電圧の変動を±１Ｖにすることができる。つまり、低
圧直流電源４の電圧ＶＣＣを、高圧側スイッチングデバ
イスＱ２の駆動電圧（５Ｖ）に第１ダイオードＤｉ１の
順方向電圧ＶＤ分だけを加えた値に設定すれば、供給電
圧の変動分は±１Ｖに抑えられる。
【００５８】低圧側駆動回路３への電圧供給は、低圧直
流電源２から抵抗Ｒ１を介してツェナーダイオードＺＤ
１に至る経路によって行われる。この場合、低圧側スイ
ッチングデバイスＱ１の駆動電圧の最適値（５Ｖ）に等
しいツェナー電圧を有するツェナーダイオードＺＤ１が
用いられている。従って、ＶＣＣ＝５Ｖ＋１Ｖとすれ
ば、抵抗Ｒ１での電圧が１Ｖとなるように、抵抗Ｒ１の
値が設定される。
【００５９】図３に、上記の動作のタイミングチャート
を示す。
【００６０】以上より、ここでは、各素子Ｃ１，ＳＷ
１，Ｄｉ２，ＳＷ２が、ダイオードＤｉ１のカソードと
グランドＧＮＤと高圧側駆動回路２の第３端とに接続さ
れ、高圧側スイッチングデバイスＱ２の動作がオン状態
にある間に、低圧側スイッチングデバイスＱ１と低圧側
ダイオードＤ１とを介在させることなく、低圧直流電源
４から供給される、高圧側スイッチングデバイスＱ２を
駆動するのに必要な電荷を自ら充電する一方、低圧側ス
イッチングデバイスＱ１の動作がオン状態にあるときに
前記電荷に対応した充電電圧を高圧側駆動回路２に供給
する、充電電圧供給手段を構成していると言える。
【００６１】（Ｂ） 次に、図２の回路の第２の駆動方
法による場合の動作について説明する。第１ダイオード
Ｄｉ１、第２ダイオードＤｉ２の順方向電圧をいずれも
ＶＤとし、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２の
オン電圧を共にＯＶとする。
【００６２】（ａ） 低圧側スイッチングデバイスＱ１
がオン状態のとき：第１スイッチＳＷ１をオンに、第２
スイッチＳＷ２をオフにそれぞれ制御する。このとき、
低圧直流電源４から各素子Ｄｉ１，Ｃ１，ＳＷ１に至る
充電経路Ｌ３により、第１コンデンサＣ１は充電され、
その充電電圧ＶＣ１は、 ＶＣ１＝ＶＣＣ−ＶＤ となる。このとき、第２スイッチＳＷ２がオフであるの
で、充電経路Ｌ３に低圧側スイッチングデバイスＱ１
や、低圧側ダイオードＤ１は、入らない。従って、充電
電圧ＶＣ１の変動要因が防止される。
【００６３】このタイミングでは、第２コンデンサＣに
充電された電圧ＶＣにより、高圧側駆動回路２が動作す
る。しかし、このときには高圧側スイッチングデバイス
Ｑ２がオフ状態にあるので、出力端ＯＵＴ（ノードＮ
１）の電位は低く、第２コンデンサＣは、低圧直流電源
４から各素子Ｄｉ１，Ｄｉ２，Ｃを経て低圧側スイッチ
ングデバイスＱ１または、低圧側ダイオードＤ１に至る
経路で充電され、その充電電圧ＶＣは、ＶＣＥ＝ＶＦ＝
２Ｖ，ＶＤ＝１Ｖとすると、 ＶＣ＝（ＶＣＣ−２＊ＶＤ−ＶＣＥ）〜（ＶＣＣ−２＊
ＶＤ＋ＶＦ）＝（ＶＣＣ−４Ｖ）〜ＶＣＣ となる。充電電圧ＶＣは、最悪のケースでは（ＶＣＣ−
４Ｖ）となるが、高圧側スイッチングデバイスＱ２がオ
フ状態にあるので、全く問題は生じない。
【００６４】（ｂ） 高圧側スイッチングデバイスＱ２
がオン状態のとき：第１スイッチＳＷ１をオフに、第２
スイッチＳＷ２をオンにそれぞれ制御する。このとき、
第２コンデンサＣは、第１コンデンサＣ１から各素子Ｄ
ｉ２，Ｃ及びＳＷ２に至る充電経路で充電され、その充
電電圧ＶＣは、ＶＤ＝１Ｖとすると、 ＶＣ＝ＶＣ１−ＶＤ＝ＶＣＣ−２＊ＶＤ＝ＶＣＣ−２Ｖ となる。このとき、第２コンデンサＣの充電電圧ＶＣ
が、 ＶＣ＝（ＶＣＣ−４Ｖ）〜（ＶＣＣ−２Ｖ） の範囲内にあるときにのみ、第１ダイオードＤｉ１が逆
バイアスとなり、第１コンデンサＣ１から各素子Ｄｉ
２，Ｃ，ＳＷ２に至る充電経路Ｌ５によってのみ、第２
コンデンサＣは充電され、その充電電圧ＶＣは、 ＶＣ＝（ＶＣＣ−２Ｖ）〜ＶＣＣ…（３）式 となる。
【００６５】したがって、上記（３）式を踏まえて、低
圧直流電源４の電圧ＶＣＣを、高圧側スイッチングデバ
イスＱ２の駆動電圧の最適値（例：５Ｖ）よりも１Ｖだ
け高く設定すれば（つまり、上記最適値よりも第１ダイ
オードＤｉ１の順方向電圧ＶＤ分だけ高く設定すれ
ば）、高圧側駆動回路２への供給電圧の変動を±１Ｖに
することができる。
【００６６】上述の動作のタイミングチャートを、図４
に示す。
【００６７】本方法（Ｂ）では、図２の各素子Ｃ１，Ｓ
Ｗ１，Ｄｉ２，ＳＷ２からなる部分は、ダイオードＤｉ
１のカソードとグランドＧＮＤと高圧側駆動回路２の第
３端とに接続され、低圧側スイッチングデバイスＱ１の
動作がオン状態にある間に、低圧側スイッチングデバイ
スＱ１と低圧側ダイオードＤ１とを介在させることな
く、低圧直流電源４から供給される、高圧側スイッチン
グデバイスＱ２を駆動するのに必要な電荷を自ら充電す
る一方、高圧側スイッチングデバイスＱ２の動作がオン
状態にあるときに前記電荷に対応した充電電圧を高圧側
駆動回路２に供給する、充電電圧供給手段を構成してい
ると言える。
【００６８】以上のように、上記（Ａ）の方法では、高
圧側スイッチングデバイスＱ２の動作状態をオンに制御
している間に第１コンデンサＣ１を充電し、低圧側スイ
ッチングデバイスＱ１のオン動作時に、第２コンデンサ
Ｃを充電して、この充電電圧を、次の高圧側スイッチン
グデバイスＱ２のオン動作時に上記回路２に供給してい
る。他方、上記（Ｂ）の方法では、低圧側スイッチング
デバイスＱ１のオン時に第１コンデンサＣ１を充電し、
高圧側スイッチングデバイスＱ２のオン時に、第２コン
デンサＣの充電、従って、高圧側駆動回路２への充電電
圧の供給を実行している。
【００６９】上記（Ａ），（Ｂ）のスイッチング制御
を、表１，表２に整理して示す。
【００７０】
【表１】
【００７１】
【表２】
【００７２】なお、低圧側スイッチングデバイスＱ１が
オン状態のときに、第１スイッチＳＷ１をオンまたはオ
フに制御すればよいので、低圧側駆動回路３が出力す
る、低圧側スイッチングデバイスＱ１をオンとするため
の信号を第１スイッチＳＷ１の制御信号に用いることが
できる。これにより、容易に第１スイッチＳＷ１をオ
ン、オフに制御することができる。又、第２スイッチＳ
Ｗ２については、高圧側スイッチングデバイスＱ２がオ
ン状態のときに、第２スイッチＳＷ２をオンまたはオフ
にすればよいので、高圧側駆動回路２が高圧側スイッチ
ングデバイスＱ２をオンとするために出力する信号を第
２スイッチＳＷ２用の制御信号に用いることで、容易に
第２スイッチＳＷ２をオン、オフに制御することができ
る。
【００７３】（実施の形態２の変形例） （１） 図５は、図２の回路の変形例であり、図２の第
１抵抗Ｒ１を取り除いたものに対応する。即ち、図５の
回路は、低圧側駆動回路３への電圧供給を低圧直流電源
４より直接に供給したものであり、ここでは、同電源４
の供給電圧ＶＣＣは高圧側，低圧側スイッチングデバイ
スＱ２，Ｑ１の駆動電圧の最適値（例：５Ｖ）よりも１
Ｖだけ高くなるが、実用上、特に問題となることはな
い。この構成により、回路構成を簡略化することができ
る。
【００７４】（２） 図６の回路も同じく図２の回路の
変形例であり、図２の第１抵抗Ｒ１を第３ダイオードＤ
ｉ３に置換したものである。即ち、低圧側駆動回路３へ
の供給電圧ＶＣＣを第３ダイオードＤｉ３を通して供給
したものであり、第３ダイオードＤｉ３の順方向電圧Ｖ
Ｄを１Ｖとすると、低圧側駆動回路３への供給電圧は、 ＶＣＣ−ＶＤ＝ＶＣＣ−１Ｖ となり、高圧側・低圧側スイッチングデバイスＱ２，Ｑ
１の駆動電圧の最適値（例：５Ｖ）を低圧側駆動回路３
に供給することができる。
【００７５】（３） 図２、図５、図６に示した実施の
形態１の各回路において、第１、第２スイッチＳＷ１，
ＳＷ２をＭＯＳＦＥＴを用いて構成することができる。
この場合には、図２、図５、図６で、第１、第２コンデ
ンサＣ１，Ｃ、低圧直流電源４および負荷Ｌ以外の部分
をモノリシックＩＣ化することができる。また、具体的
には、第１、第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２をＮｃｈ−Ｍ
ＯＳＦＥＴで構成することで、第１スイッチＳＷ１のＮ
ｃｈ−ＭＯＳＦＥＴを、低圧直流電源４の電圧値ＶＣＣ
または、低圧側駆動回路３への供給電圧で以て駆動する
ことができ、第２スイッチＳＷ２のＮｃｈ−ＭＯＳＦＥ
Ｔを第２のコンデンサＣの充電電圧により駆動すること
ができる。
【００７６】（実施の形態３）図７は、本発明の実施の
形態３に係る半導体装置の構成を示す図である。図７の
回路が図２の回路と相違する点は、図２の第２ダイオー
ドＤｉ２に代えて、第３スイッチＳＷ３を設けた点にあ
る。その他の構成は、図２の場合と同一である。
【００７７】本回路の動作について説明する。ここで
は、第１ダイオードＤｉ１の順方向電圧をＶＤとして表
わし、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、及び
第３スイッチＳＷ３のオン電圧を全てＯＶであるものと
する。
【００７８】（ａ） 低圧側スイッチングデバイスＱ１
がオン状態のとき：第１スイッチＳＷ１をオンに、第２
及び第３スイッチＳＷ２，ＳＷ３をオフに、制御する。
このとき、低圧直流電源４から各素子Ｄｉ１，Ｃ１，Ｓ
Ｗ１に至る充電経路Ｌ６により、第１コンデンサＣ１は
充電され、その充電電圧ＶＣ１は、ＶＣ１＝ＶＣＣ−Ｖ
Ｄ＝ＶＣＣ−１Ｖとなる。このとき、第２及び第３スイ
ッチＳＷ２，ＳＷ３がオフであるので、充電経路Ｌ６に
低圧側スイッチングデバイスＱ１や、低圧側ダイオード
Ｄ１は、入らない。
【００７９】このタイミングでは、第２コンデンサＣに
充電された電圧ＶＣにより高圧側駆動回路２が動作す
る。しかし、このとき高圧側スイッチングデバイスＱ２
がオフ状態にあるので、出力端子ＯＵＴ（ノードＮ１）
の電位は低いが、第２、第３スイッチＳＷ２，ＳＷ３が
共にオフであるので、高圧側スイッチングデバイスＱ２
はオフ状態を維持する。
【００８０】（ｂ） 高圧側スイッチングデバイスＱ２
がオン状態のとき：第１スイッチＳＷ１をオフに、第
２、第３スイッチＳＷ２，ＳＷ３を共にオンに制御す
る。ダイオードＤｉ１は逆バイアス状態となり、このと
きの充電経路は、第１コンデンサＣ１から各素子ＳＷ
３，Ｃ，ＳＷ２に至る経路Ｌ７のみとなる。この場合の
充電電圧ＶＣは、ＶＤ＝１Ｖとすると、 ＶＣ＝ＶＣ１＝ＶＣＣ−ＶＤ＝ＶＣＣ−１Ｖ となる。この第２コンデンサＣの充電電圧ＶＣにより、
高圧側駆動回路２が動作し、高圧側スイッチングデバイ
スＱ２をオン状態にする。
【００８１】したがって、低圧直流電源４の電圧ＶＣＣ
を高圧側，低圧側スイッチングデバイスＱ２，Ｑ１の駆
動電圧の最適値（例：５Ｖ）よりも１Ｖ高く設定するこ
とで（つまり、上記最適値よりもダイオードＤｉ１の順
方向電圧ＶＤ部分だけ高く設定することで）、高圧側駆
動回路２への供給電圧を上記最適値に固定することがで
きる。その意味では、各素子Ｃ１，ＳＷ１，ＳＷ２，Ｓ
Ｗ３より成る部分は、高圧側スイッチングデバイスＱ２
がオンにある間に、第２コンデンサＣを充電し、しか
も、その充電電圧を一定値にする手段であると言える。
【００８２】又、各素子Ｃ１，ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３
は、ダイオードＤｉ１のカソードとグランドＧＮＤと高
圧側駆動回路２の第３端とに接続され、低圧側スイッチ
ングデバイスＱ１の動作がオン状態にある間に、低圧側
スイッチングデバイスＱ１と前記低圧側ダイオードＤ１
とを介在させることなく、低圧直流電源４から供給され
る、高圧側スイッチングデバイスＱ２を駆動するのに必
要な電荷を自ら充電する一方、高圧側スイッチングデバ
イスＱ２の動作がオン状態にあるときに前記電荷に対応
した充電電圧を高圧側駆動回路２に供給する、充電電圧
供給を構成しているとも言える。
【００８３】ここでのスイッチング制御方法を、表３に
整理して示す。
【００８４】
【表３】
【００８５】低圧側駆動回路３への電圧供給は、低圧直
流電源４より抵抗Ｒ１を介してツェナーダイオードＺＤ
１に至る経路により行われる。両スイッチングデバイス
Ｑ１，Ｑ２の駆動電圧の最適値（例：５Ｖ）に等しいツ
ェナー電圧ＶＺＤ１が、上記回路３に供給される。
【００８６】また、第１スイッチＳＷ１については、低
圧側スイッチングデバイスＱ１がオン状態のときに、第
１スイッチＳＷ１をオンにすればよいので、低圧側駆動
回路３が出力する、低圧側スイッチングデバイスＱ１の
オン信号を用いて容易に第１スイッチＳＷ１をオン、オ
フに制御することができる。
【００８７】第２、第３スイッチＳＷ２，ＳＷ３につい
ては、高圧側スイッチングデバイスＱ２がオン状態のと
きに、第２、第３スイッチＳＷ２，ＳＷ３を共にオンに
すればよいので、高圧側駆動回路２が出力する、高圧側
スイッチングデバイスＱ２をオンとするための信号を用
いて、容易に第２、第３スイッチＳＷ２，ＳＷ３を共に
オン、オフに制御することができる。
【００８８】（実施の形態３の変形例） （１） 図８の回路は、図７の回路に対して、図２の回
路から図５の回路への変形と同じ変形を適用して得られ
たものであり、これにより図７の回路についても図５の
回路のもつ特有な利点を発揮させることができる。従っ
て、図８の構成により、回路構成を簡略化することがで
きる。
【００８９】（２） 図９の回路は、図２の回路から図
６の回路への変形と同一の変形を図７の回路に適用した
ものである。従って、ダイオードＤｉ３の順方向電圧Ｖ
Ｄを１Ｖとすると、低圧側駆動回路３への供給電圧は、 ＶＣＣ−ＶＤ＝ＶＣＣ−１Ｖ となり、両スイッチングデバイスＱ１，Ｑ２の駆動電圧
の最適値（例：５Ｖ）をダイオード１個で以て供給する
ことができる。
【００９０】（３） 図７、図８、図９の各回路におい
て、第１、第２、及び第３のスイッチＳＷ１，ＳＷ２，
ＳＷ３をＭＯＳＦＥＴを用いて構成することができ、第
１、第２コンデンサＣ１，Ｃと、低圧直流電源４と負荷
Ｌ以外の部分をモノリシックＩＣ化することが実現でき
る。
【００９１】また、具体的には第１、第２スイッチＳＷ
１，ＳＷ２をＮｃｈ−ＭＯＳＦＥＴで、第３スイッチＳ
Ｗ３をＰｃｈ−ＭＯＳＦＥＴでそれぞれ構成すること
で、第１スイッチＳＷ１のＮｃｈ−ＭＯＳＦＥＴは、低
圧直流電源４の電圧ＶＣＣまたは、低圧側駆動回路３へ
の供給電圧で以て、第２、第３スイッチＳＷ２，ＳＷ３
のＮｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ、及びＰｃｈ−ＭＯＳＦＥＴを
第２コンデンサＣの充電電圧により、駆動することがで
きる。
【００９２】（まとめ）以上のように、本発明の実施の
形態２，３によれば、高圧側駆動回路２の電源とするコ
ンデンサＣを充電するのに、低圧側スイッチングデバイ
スＱ１、低圧側ダイオードＤ１の経路が介在しなくなる
ので、又、実施の形態１では充電電圧をツェナー電圧に
固定してしまうので、コンデンサＣの充電電圧ＶＣの変
動を、図１の実施の形態１では０Ｖに、図２、図５、図
６の実施の形態２では±１Ｖ内に、図７、図８、図９の
実施の形態３では０Ｖとすることができ、コンデンサＣ
の充電電圧の変動の小さい、又は全く変動のないハーフ
ブリッジ構成のパワーデバイスの単電源駆動回路を実現
できる。従って、低圧直流電源の電圧を各実施の形態１
〜３に応じて所定の値に設定するならば、５Ｖ駆動スイ
ッチングデバイスを低圧直流電源電圧５Ｖで以て使用す
ることが可能な、ハーフブリッジ構成のパワーデバイス
の単電源駆動回路を実現することができる。
【００９３】
【発明の効果】請求項１ないし３の各発明によれば、コ
ンデンサの充電経路中に低圧側スイッチングデバイスが
存在していても、それによる影響を受けることなく、充
電中、常にコンデンサの両端間の電圧を一定に固定する
ことができる。従って、本装置を、低圧駆動スイッチン
グデバイスを低圧直流電源で駆動する場合、例えば５Ｖ
駆動スイッチングデバイスを５Ｖの低圧直流電源によっ
て駆動するという場合にも、何ら問題なく適用すること
が可能になる。
【００９４】特に、請求項３の発明では、抵抗を設ける
ことによって、コンデンサの充電経路中に低圧側ダイオ
ードが存在する場合でも、当該低圧側ダイオードで生ず
る電圧を上記抵抗で生ずる電圧降下によって補償できる
という利点がある。勿論、上記低圧側ダイオードを含む
充電経路でコンデンサが充電されているときでも、常に
コンデンサの充電電圧を一定にすることができる。
【００９５】請求項４ないし１０に記載の各発明によれ
ば、低圧側スイッチングデバイス及び低圧側ダイオード
の影響を受けることなく高圧側スイッチングデバイスを
駆動するのに必要な電荷を充電することができるので、
高圧側駆動回路への供給電圧の変動を、従来よりも格段
に小さくすることができる。これにより、５Ｖ駆動スイ
ッチングデバイスを５Ｖの低圧直流電源で以て駆動する
場合にも、本発明を適用することが可能となる。
【００９６】特に、請求項５，６，８の各発明によれ
ば、複数のスイッチのオン・オフ動作の組合わせによっ
て、低圧側スイッチングデバイス及び低圧側ダイオード
を介在させることなく、安定した第１コンデンサ、従っ
て、第２コンデンサの充電を容易に実現することができ
る。しかも、各スイッチは例えばＭＯＳＦＥＴによって
実現可能なので、この点で装置内部の充電経路上の各部
の集積化を推進することもできる。
【００９７】特に請求項９の発明によれば、（１）請求
項５及び８との関係では、第２コンデンサの充電電圧な
いし高圧側駆動回路への供給電圧の変動を±１Ｖの範囲
内に抑制することができ、又、（２）請求項６との関係
では、上記供給電圧の変動をなくすことができ、（３）
５Ｖで高圧側スイッチングデバイスを駆動するために、
６Ｖまたは５Ｖの低圧直流電源を用いることも可能とし
うる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１のハーフブリッジ構成
のパワーデバイスの単電源駆動回路を示す図である。
【図２】 本発明の実施の形態２のハーフブリッジ構成
のパワーデバイスの単電源駆動回路を示す図である。
【図３】 方法（Ａ）での充電・駆動のタイミングを示
す図である。
【図４】 方法（Ｂ）での充電・駆動のタイミングを示
す図である。
【図５】 図２の回路の変形例を示す図である。
【図６】 図２の回路の変形例を示す図である。
【図７】 本発明の実施の形態３のハーフブリッジ構成
のパワーデバイスの単電源駆動回路を示す図である。
【図８】 図７の回路の変形例を示す図である。
【図９】 図７の回路の変形例を示す図である。
【図１０】 従来のハーフブリッジ構成のパワーデバイ
スの単電源駆動回路を示す図である。
【符号の説明】
１ 高圧直流電源、２ 高圧側駆動回路、３ 低圧側駆
動回路、４ 低圧直流電源、Ｑ１ 高圧側スイッチング
デバイス、Ｑ２ 低圧側スイッチングデバイス、Ｒ１
第１抵抗、Ｒ２ 第２抵抗、ＳＷ１ 第１スイッチ、Ｓ
Ｗ２ 第２スイッチ、ＳＷ３ 第３スイッチ、Ｃ （第
２）コンデンサ、Ｃ１ 第１コンデンサ、ＺＤ１ 第１
ツェナーダイオード、ＺＤ２ 第２ツェナーダイオー
ド。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０３Ｋ 17/687 Ｈ０３Ｋ 17/687 Ｆ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高圧直流電源にその第１電極が接続され
    た高圧側スイッチングデバイスと、 その第１及び第２端がそれぞれ前記高圧側スイッチング
    デバイスの制御電極及び第２電極に接続された高圧側駆
    動回路と、 前記高圧側スイッチングデバイスの前記第２電極にその
    第１電極が接続され、その第２電極がグランドに接続さ
    れた低圧側スイッチングデバイスと、 その第１及び第２端がそれぞれ前記低圧側スイッチング
    デバイスの制御電極及び前記第２電極に接続された低圧
    側駆動回路とを備え、 前記高圧側スイッチングデバイスと前記低圧側スイッチ
    ングデバイスとは、前記高圧側駆動回路と前記低圧側駆
    動回路とによって交互にその動作をオン、オフするよう
    に制御されており、 ダイオードと、 その一端及び他端がそれぞれ前記ダイオードのアノード
    及び前記グランドに接続された低圧直流電源と、 その第１電極が前記ダイオードを介して前記低圧直流電
    源の前記一端に接続され且つ前記高圧側駆動回路の第３
    端にも接続されており、その第２電極が前記高圧側スイ
    ッチングデバイスの前記第２電極に接続されたコンデン
    サと、 前記高圧側スイッチングデバイスの動作がオン状態にあ
    る間に成される前記コンデンサの充電期間中、前記コン
    デンサの両端間の電圧値を固定する電圧固定手段とを、
    更に備えることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体装置において、 前記電圧固定手段は、 そのカソードが前記コンデンサの前記第１電極に接続さ
    れ、そのアノードが前記コンデンサの前記第２電極に接
    続された、ツェナーダイオードを備え、 前記低圧直流電源の電圧は、前記ツェナーダイオードの
    ツェナー電圧と前記ダイオードの順方向電圧と前記低圧
    側スイッチングデバイスのオン電圧との和よりも大きく
    設定されていることを特徴とする、半導体装置。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の半導体装置において、 前記低圧側スイッチングデバイスの前記第１及び第２電
    極にそのカソード及びアノードがそれぞれ接続された低
    圧側ダイオードと、 前記ダイオードのカソード及び前記コンデンサの前記第
    １電極にその一端及び他端が接続された抵抗とを、更に
    備えることを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項４】 高圧直流電源にその第１電極が接続され
    た高圧側スイッチングデバイスと、 その第１及び第２端がそれぞれ前記高圧側スイッチング
    デバイスの制御電極及び第２電極に接続された高圧側駆
    動回路と、 前記高圧側スイッチングデバイスの前記第２電極にその
    第１電極が接続され、その第２電極がグランドに接続さ
    れた低圧側スイッチングデバイスと、 その第１及び第２端がそれぞれ前記低圧側スイッチング
    デバイスの制御電極及び前記第２電極に接続された低圧
    側駆動回路とを備え、 前記高圧側スイッチングデバイスと前記低圧側スイッチ
    ングデバイスとは、前記高圧側駆動回路と前記低圧側駆
    動回路とによって交互にその動作をオン、オフするよう
    に制御されており、 前記低圧側スイッチングデバイスの前記第１及び第２電
    極にそのカソード及びアノードがそれぞれ接続された低
    圧側ダイオードと、 ダイオードと、 その一端及び他端がそれぞれ前記ダイオードのアノード
    及び前記グランドに接続された低圧直流電源と、 前記ダイオードのカソードと前記グランドと前記高圧側
    駆動回路の第３端とに接続され、前記低圧側スイッチン
    グデバイスの動作がオン状態にある間に、前記低圧側ス
    イッチングデバイスと前記低圧側ダイオードとを介在さ
    せることなく、前記低圧直流電源から供給される、前記
    高圧側スイッチングデバイスを駆動するのに必要な電荷
    を自ら充電する一方、前記高圧側スイッチングデバイス
    の動作がオン状態にあるときに前記電荷に対応した充電
    電圧を前記高圧側駆動回路に供給する充電電圧供給手段
    とを、更に備えることを特徴とする半導体装置。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の半導体装置において、 前記ダイオードを第１ダイオードとすると、 前記充電電圧供給手段は、 前記第１ダイオードの前記カソードにその第１電極が接
    続された第１コンデンサと、 前記第１コンデンサの第２電極と前記グランドとの間に
    配設され、前記低圧側スイッチングデバイスの動作がオ
    ン状態にあるときには、そのスイッチング動作はオンに
    制御され、前記高圧側スイッチングデバイスの動作がオ
    ン状態にあるときには、前記スイッチング動作はオフに
    制御される、第１スイッチと、 そのアノード及びカソードが前記第１ダイオードの前記
    カソード及び前記高圧側駆動回路の前記第３端にそれぞ
    れ接続された第２ダイオードと、 その第１及び第２電極が前記高圧側駆動回路の前記第３
    端及び前記第２端にそれぞれ接続された第２コンデンサ
    と、 前記第１コンデンサの前記第２電極と前記第２コンデン
    サの前記第２電極との間に配設され、前記低圧側スイッ
    チングデバイスの動作がオン状態にあるときには、その
    スイッチング動作はオフに制御され、前記高圧側スイッ
    チングデバイスの動作がオン状態にあるときには、前記
    スイッチング動作はオンに制御される、第２スイッチと
    を、備えることを特徴とする半導体装置。
  6. 【請求項６】 請求項５記載の半導体装置において、 前記第２ダイオードに代えて、 前記低圧側スイッチングデバイスの動作がオン状態にあ
    るときには、そのスイッチング動作はオフに制御され、
    前記高圧側スイッチングデバイスの動作がオン状態にあ
    るときには、前記スイッチング動作はオンに制御され
    る、第３スイッチを、備えることを特徴とする半導体装
    置。
  7. 【請求項７】 高圧直流電源にその第１電極が接続され
    た高圧側スイッチングデバイスと、 その第１及び第２端がそれぞれ前記高圧側スイッチング
    デバイスの制御電極及び第２電極に接続された高圧側駆
    動回路と、 前記高圧側スイッチングデバイスの前記第２電極にその
    第１電極が接続され、その第２電極がグランドに接続さ
    れた低圧側スイッチングデバイスと、 その第１及び第２端がそれぞれ前記低圧側スイッチング
    デバイスの制御電極及び前記第２電極に接続された低圧
    側駆動回路とを備え、 前記高圧側スイッチングデバイスと前記低圧側スイッチ
    ングデバイスとは、前記高圧側駆動回路と前記低圧側駆
    動回路とによって交互にその動作をオン、オフするよう
    に制御されており、 前記低圧側スイッチングデバイスの前記第１及び第２電
    極にそのカソード及びアノードがそれぞれ接続された低
    圧側ダイオードと、 ダイオードと、 その一端及び他端がそれぞれ前記ダイオードのアノード
    及び前記グランドに接続された低圧直流電源と、 前記ダイオードのカソードと前記グランドと前記高圧側
    駆動回路の第３端とに接続され、前記高圧側スイッチン
    グデバイスの動作がオン状態にある間に、前記低圧側ス
    イッチングデバイスと前記低圧側ダイオードとを介在さ
    せることなく、前記低圧直流電源から供給される、前記
    高圧側スイッチングデバイスを駆動するのに必要な電荷
    を自ら充電する一方、前記低圧側スイッチングデバイス
    の動作がオン状態にあるときに前記電荷に対応した充電
    電圧を前記高圧側駆動回路に供給する充電電圧供給手段
    とを、更に備えることを特徴とする半導体装置。
  8. 【請求項８】 請求項７記載の半導体装置において、 前記ダイオードを第１ダイオードとすると、 前記充電電圧供給手段は、前記第１ダイオードの前記カ
    ソードにその第１電極が接続された第１コンデンサと、 前記第１コンデンサの第２電極と前記グランドとの間に
    配設され、前記高圧側スイッチングデバイスの動作がオ
    ン状態にあるときには、そのスイッチング動作はオンに
    制御され、前記低圧側スイッチングデバイスの動作がオ
    ン状態にあるときには、前記スイッチング動作はオフに
    制御される、第１スイッチと、 そのアノード及びカソードが前記第１ダイオードの前記
    カソード及び前記高圧側駆動回路の前記第３端にそれぞ
    れ接続された第２ダイオードと、 その第１及び第２電極が前記高圧側駆動回路の前記第３
    端及び前記第２端にそれぞれ接続された第２コンデンサ
    と、 前記第１コンデンサの前記第２電極と前記第２コンデン
    サの前記第２電極との間に配設され、前記高圧側スイッ
    チングデバイスの動作がオン状態にあるときには、その
    スイッチング動作はオフに制御され、前記低圧側スイッ
    チングデバイスの動作がオン状態にあるときには、前記
    スイッチング動作はオンに制御される、第２スイッチと
    を、備えることを特徴とする半導体装置。
  9. 【請求項９】 請求項５，６及び８のいずれかに記載の
    半導体装置において、 前記低圧直流電源の電圧を、前記高圧側スイッチングデ
    バイスの駆動電圧に前記第１ダイオードの順方向電圧分
    だけを加えた値に設定することを特徴とする、半導体装
    置。
  10. 【請求項１０】 高圧直流電源にその第１電極が接続さ
    れた高圧側スイッチングデバイスと、 その第１及び第２端がそれぞれ前記高圧側スイッチング
    デバイスの制御電極及び第２電極に接続された高圧側駆
    動回路と、 前記高圧側スイッチングデバイスの前記第２電極にその
    第１電極が接続され、その第２電極がグランドに接続さ
    れた低圧側スイッチングデバイスと、 その第１及び第２端がそれぞれ前記低圧側スイッチング
    デバイスの制御電極及び前記第２電極に接続された低圧
    側駆動回路と、 前記低圧側スイッチングデバイスの前記第１及び第２電
    極にそのカソード及びアノードがそれぞれ接続された低
    圧側ダイオードと、 前記高圧側駆動回路の第３端及び前記第２端との間に並
    列に接続されたコンデンサと、 低圧直流電源をソースとし、スイッチング手段を備え
    る、前記コンデンサの充電経路とを備え、 前記高圧側スイッチングデバイスと前記低圧側スイッチ
    ングデバイスとを、前記高圧側駆動回路と前記低圧側駆
    動回路とによって交互にオン、オフするように制御する
    と共に、 前記高圧側スイッチングデバイス及び前記低圧側スイッ
    チングデバイスの動作状態に応じて前記スイッチング手
    段の動作をオン、オフに交互に切り換え制御することに
    より、前記低圧側スイッチングデバイス及び前記低圧側
    ダイオードを介在させることなく、前記充電経路より、
    前記高圧側スイッチングデバイスを駆動するのに必要な
    電圧を前記コンデンサに充電することを特徴とする、半
    導体装置。
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