特許ウォッチ

公開番号2025091920
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-19
出願番号2023207475
出願日2023-12-08
発明の名称ゲート駆動装置
出願人三菱電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H02M 1/08 20060101AFI20250612BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】駆動するトランジスタに合わせて回路素子の定数を調整できるゲート駆動装置を提供する。
【解決手段】本開示に係るゲート駆動装置は、第1の電圧の第1のノードと、第1の電圧よりも低い第2の電圧の第2のノードとの間に直列に接続され、接続ノードがゲート駆動装置の出力ノードとなる相補的に動作する第1および第2のトランジスタと、第1のノードと、第1の電圧よりも低く、第2の電圧よりも高い第3の電圧の第3のノードとの間に直列に接続され、接続ノードが、外部に設けた第1のコンデンサの一方電極に接続される容量ノードに接続される第1のチャージトランジスタおよび第1の負バイアストランジスタと、各トランジスタを制御するロジック回路と、を有したゲートドライバ回路と、第1のコンデンサと、その他方電極と第2のノードにアノードが接続され、第3のノードにカソードが接続された第1のダイオードとを備えている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
トランジスタのゲートを駆動するゲート駆動装置であって、
第１の電圧が与えられる第１のノードと、前記第１の電圧よりも低い第２の電圧が与えられる第２のノードとの間に直列に接続され、接続ノードが前記ゲート駆動装置の出力ノードとなる、相補的に動作する第１導電型の第１のトランジスタおよび第２導電型の第２のトランジスタと、
前記第１のノードと、前記第１の電圧よりも低く、前記第２の電圧よりも高い第３の電圧が与えられる第３のノードとの間に直列に接続され、接続ノードが外部に設けた第１のコンデンサの一方電極に接続される容量ノードに接続される第１のチャージトランジスタおよび第１の負バイアストランジスタと、
前記第１のトランジスタ、前記第２のトランジスタ、前記第１のチャージトランジスタおよび前記第１の負バイアストランジスタを制御するロジック回路と、を有したゲートドライバ回路と、
前記第１のコンデンサと、
前記第１のコンデンサの他方電極と前記第２のノードにアノードが接続され、前記第３のノードにカソードが接続された第１のダイオードとを備えた、ゲート駆動装置。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
トランジスタのゲートを駆動するゲート駆動装置であって、
第１の電圧が与えられる第１のノードと、前記第１の電圧よりも低い第２の電圧が与えられる第２のノードとの間に直列に接続され、接続ノードが前記ゲート駆動装置の出力ノードとなる、相補的に動作する第１導電型の第１のトランジスタおよび第２導電型の第２のトランジスタと、
前記第１のノードと、前記第１の電圧よりも低く、前記第２の電圧よりも高い第３の電圧が与えられる第３のノードとの間に直列に接続され、接続ノードが外部に設けた第１のコンデンサの一方電極に接続される容量ノードに接続される第１のチャージトランジスタおよび第１の負バイアストランジスタと、
前記第２のノードと前記第３のノードとの間に接続されたダイオード代替トランジスタと、
前記ダイオード代替トランジスタのゲートを駆動する駆動トランジスタと、
前記第１のトランジスタ、前記第２のトランジスタ、前記第１のチャージトランジスタ、前記第１の負バイアストランジスタおよび前記駆動トランジスタを制御するロジック回路と、を有したゲートドライバ回路と、
前記第１のコンデンサと、を備えた、ゲート駆動装置。
【請求項３】
前記ゲートドライバ回路は、
前記出力ノードの電圧をモニタし、
前記ロジック回路は、
前記出力ノードの前記電圧が、前記第２の電圧から増加して閾値電圧に達した場合に、前記第１のチャージトランジスタをオンし、前記第１の負バイアストランジスタをオフして前記第１のコンデンサを充電する充電制御を行い、
前記出力ノードの前記電圧が、前記第１の電圧から低下して前記閾値電圧に達した場合に、前記第１のチャージトランジスタをオフし、前記第１の負バイアストランジスタをオンして前記第１のトランジスタに負バイアスを印加する負バイアス印加制御を行う、請求項１または請求項２記載のゲート駆動装置。
【請求項４】
前記ゲートドライバ回路は、
前記容量ノードの電圧をモニタし、
前記ロジック回路は、
前記容量ノードの前記電圧が、閾値電圧に達した時点で前記第１のチャージトランジスタをオフし、前記充電制御を終了する、請求項３記載のゲート駆動装置。
【請求項５】
前記第１導電型はＰ型であり、
前記第２導電型はＮ型であり
前記第１のチャージトランジスタはＮ型の第１のＭＯＳトランジスタであり、
前記第１の電圧よりも低いゲート電圧を前記ゲートドライバ回路で生成し、前記第１のＭＯＳトランジスタのゲートに供給する、請求項３記載のゲート駆動装置。
【請求項６】
前記ゲートドライバ回路は、
前記第１のノードと前記容量ノードとの間に接続された第２のチャージトランジスタをさらに有し、
前記第２のチャージトランジスタはＮ型の第２のＭＯＳトランジスタであり、
前記ロジック回路は、
前記第１の電圧を供給する電源の立ち上げ時において、前記第１の電圧が前記第３の電圧から閾値電圧に到達するまでは、前記第２のＭＯＳトランジスタをオン状態に保ち、前記閾値電圧に到達した後は、前記第２のＭＯＳトランジスタをオフするように前記第２のＭＯＳトランジスタを制御する、請求項５記載のゲート駆動装置。
【請求項７】
前記ゲートドライバ回路は、
前記第１のノードと前記第３のノードとの間に直列に接続された第３のチャージトランジスタおよび第２の負バイアストランジスタと、
前記第３のノードと前記第２のノードとの間に直列に接続された第２のダイオードおよび第３のダイオードと、
前記第３のチャージトランジスタと前記第２の負バイアストランジスタの接続ノードと、前記第２のダイオードと前記第３のダイオードの接続ノードとの間に接続された第２のコンデンサと、をさらに有し、
前記ゲートドライバ回路は、
前記出力ノードの電圧をモニタし、
前記ロジック回路は、
前記出力ノードの前記電圧が、前記第２の電圧から増加して閾値電圧に達した場合に、前記第１のチャージトランジスタをオンし、前記第１の負バイアストランジスタをオフして前記第１のコンデンサを充電する充電制御を行い、
前記出力ノードの前記電圧が、前記第１の電圧から低下して前記閾値電圧に達した場合に、前記第１のチャージトランジスタをオフし、前記第１の負バイアストランジスタをオンして前記第１のトランジスタに負バイアスを印加する負バイアス印加制御を行うと同時に、前記第３のチャージトランジスタをオフし、前記第２の負バイアストランジスタのオン、オフを繰り返す制御を行って、前記第２のコンデンサの充放電を繰り返す、請求項２記載のゲート駆動装置。
【請求項８】
前記ゲートドライバ回路は、
発振回路を有し、
前記発振回路の周波数に応じて、前記第２の負バイアストランジスタのゲートにオン信号、オフ信号を繰り返して与える、請求項７記載のゲート駆動装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は半導体スイッチング装置を駆動するゲート駆動装置に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
従来のゲート駆動装置としては、例えば、特許文献１に開示されるゲート駆動回路が挙げられる。特許文献１の図１では、主スイッチング素子のソースまたはエミッタを基準電位とし、正および負の電圧パルスを生成するゲート駆動回路において、主スイッチング素子のソースまたはエミッタに接続される制御電源と、コンデンサと、制御電源によりコンデンサを充電する充電手段とを有し、コンデンサに蓄えられた電荷を用いて主スイッチング素子のゲート容量を充電または放電する構成が開示されている。
【０００３】
特許文献１のゲート駆動回路では、主スイッチング素子がオン期間中に、コンデンサを充電し、主スイッチング素子をオフする際に、コンデンサから主スイッチング素子のゲートに負バイアスを印加するので、負バイアス用の電源を用いることなく高速なターンオフ動作を可能にし、スイッチング損失を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００９－２００８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示の技術では、負バイアス印加に必要なコンデンサおよび充電手段を構成するスイッチング手段として機能するダイオードがゲート駆動回路に内蔵されているので、主スイッチング素子に合わせてコンデンサおよびダイオードの定数を調整することが困難という問題があった。
【０００６】
本開示は上記のような問題を解決するためになされたものであり、駆動するトランジスタに合わせて回路素子の定数を調整できるゲート駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示に係るゲート駆動装置は、トランジスタのゲートを駆動するゲート駆動装置であって、第１の電圧が与えられる第１のノードと、前記第１の電圧よりも低い第２の電圧が与えられる第２のノードとの間に直列に接続され、接続ノードが前記ゲート駆動装置の出力ノードとなる、相補的に動作する第１導電型の第１のトランジスタおよび第２導電型の第２のトランジスタと、前記第１のノードと、前記第１の電圧よりも低く、前記第２の電圧よりも高い第３の電圧が与えられる第３のノードとの間に直列に接続され、接続ノードが外部に設けた第１のコンデンサの一方電極に接続される容量ノードに接続される第１のチャージトランジスタおよび第１の負バイアストランジスタと、前記第１のトランジスタ、前記第２のトランジスタ、前記第１のチャージトランジスタおよび前記第１の負バイアストランジスタを制御するロジック回路と、を有したゲートドライバ回路と、前記第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサの他方電極と前記第２のノードにアノードが接続され、前記第３のノードにカソードが接続された第１のダイオードとを備えている。
【発明の効果】
【０００８】
本開示に係るゲート駆動装置によれば、駆動するトランジスタに合わせて、回路素子の定数を調整でき、トランジスタに印加する負バイアスを調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示に係る実施の形態１のゲート駆動装置の構成を示す回路図である。
本開示に係る実施の形態１のゲート駆動装置の制御シーケンスを示す図である。
本開示に係る実施の形態２のゲート駆動装置の構成を示す回路図である。
本開示に係る実施の形態２のゲート駆動装置の制御シーケンスを示す図である。
本開示に係る実施の形態３のゲート駆動装置の構成を示す回路図である。
本開示に係る実施の形態３のゲート駆動装置の制御シーケンスを示す図である。
本開示に係る実施の形態４のゲート駆動装置の構成を示す回路図である。
本開示に係る実施の形態４のゲート駆動装置の制御シーケンスを示す図である。
本開示に係る実施の形態５のゲート駆動装置の構成を示す回路図である。
本開示に係る実施の形態５のゲート駆動装置の制御シーケンスを示す図である。
本開示に係る実施の形態６のゲート駆動装置の構成を示す回路図である。
本開示に係る実施の形態６のゲート駆動装置の制御シーケンスを示す図である。
本開示に係る実施の形態７のゲート駆動装置の構成を示す回路図である。
本開示に係る実施の形態７のゲート駆動装置の制御シーケンスを示す図である。
本開示に係る実施の形態７の変形例１の構成を示す回路図である。
本開示に係る実施の形態７の変形例１の構成を示す回路図である。
本開示に係る実施の形態７の変形例１の構成を示す回路図である。
本開示に係る実施の形態７の変形例２の構成を示す回路図である。
本開示に係る実施の形態７の変形例２の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜実施の形態１＞
図１は本開示に係る実施の形態１のゲート駆動装置１００の構成を示す回路図である。図１に示すようにゲート駆動装置１００は、パワーデバイスであるＮチャネル型（以下「Ｎ型」）の高耐圧のＭＯＳトランジスタＴ１を駆動する。ゲート駆動装置１００は、集積回路（ＩＣ）として構成されたゲートドライバＩＣ１０１と、ゲートドライバＩＣ１０１の外部に設けられた、パワーデバイスのターンオフ速度の調整用のダイオードＤ１およびコンデンサＣ１を備えている。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許