开关元件的驱动电路制造技术

本发明专利技术所涉及的开关元件的驱动电路具有：驱动电压生成电路(18)，其生成开关元件(16)的驱动用电压；以及滤波器电路(20)，其对驱动用电压进行滤波，滤波器电路(20)与开关元件(16)的内部栅极电阻(10)以及栅极端子(11)‑发射极端子(15)间的输入电容(13)一起构成具有由阶数为二阶的传递函数表示的阶跃响应的电路，并且该滤波器电路(20)设定有使得传递函数的衰减系数成为一定范围内的值的电路常数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种开关元件的驱动电路，该驱动电路将以IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、FET(Field Effect Transistor)为代表的开关元件作为对象而进行驱动控制。
技术介绍
近年来，由于用于使电动机进行可变速运转的逆变器装置的普及，电动机控制装置变得不可或缺。电动机控制装置具备从直流变换为交流、从交流变换为直流的电力变换装置，在电力变换装置使用诸如IGBT、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor FET)这样的开关元件，通过其通断实现电力变换。开关元件的驱动电路单纯地仅由开关元件的VGE充电用栅极电阻构成，进行开关元件的通断。然而，如上所述的开关元件的通断是通过对栅极端子进行电荷的充入、释放，对栅极-发射极端子间电压进行充放电，由此进行控制、驱动的，但存在下述问题，即，由于此时的栅极电流IG、集电极电流IC而产生通断损耗，同时由于取决于充电时间的电流变化率di/dt而发生EMI(Electro Magnetic Interference)噪声，不仅对本设备还对周边设备带来不良影响。作为上述问题的对策，现有的开关元件的驱动电路具有用于对通断速度进行调整的电路。通过利用该电路来减缓通断速度等，由此抑制栅极电流IG、集电极电流IC的瞬间上扬而实现EMI噪声的降低。然而，存在通断速度变慢、因镜像期间引起的损耗变大这样的缺点，即，呈折衷(trade-off)关系，难以调整。针对上述课题，提出有对栅极的ON/OFF切换定时(timing)进行调整的驱动电路(例如，参照专利文献1)、使恒定的栅极电流持续流过栅极端子的恒流驱动电路(例如，参照专利文献2)。专利文献1：日本特开2004-253582号公报(第1页、第1图)专利文献2：日本特许第4954290号公报(第13页、第8图)
技术实现思路
在如上所述的专利文献1所记载的专利技术中，存在下述问题，即，具有多个驱动电路，必须利用各自的驱动电路对栅极的ON/OFF的定时进行调整。另外，在专利文献2所记载的专利技术中，存在下述问题，即，虽然不会增大电流变化率di/dt，能够减小通断损耗，但另一方面，由于使栅极电流以一定时间持续流动，因此镜像期间的损耗增加。而且，专利文献1及2所记载的专利技术还存在下述问题，即，电路变得复杂，由于结构部件的增加而导致驱动电路变大。本专利技术就是鉴于上述内容而提出的，其目的在于得到一种开关元件的驱动电路，该开关元件的驱动电路能够避免结构复杂化且降低通断损耗及EMI噪声。为了解决上述课题、实现目的，本专利技术的特征在于，具有：驱动电压生成电路，其生成开关元件的驱动用电压；以及滤波器电路，其对所述驱动用电压进行滤波，所述滤波器电路与所述开关元件的内部栅极电阻以及栅极端子-发射极端子间的输入电容一起构成具有由阶数为二阶的传递函数表示的阶跃响应的电路，并且所述滤波器电路设定有使得所述传递函数的衰减系数成为一定范围内的值的电路常数。专利技术的效果本专利技术所涉及的开关元件的驱动电路具有下述效果，即，能够避免电路复杂化且降低通断损耗以及EMI噪声。附图说明图1是表示开关元件的驱动电路的结构例的图。图2是表示对开关元件的栅极-发射极间的输入电容进行充电过程中的开关元件的驱动电路的图。图3是表示镜像期间的开关元件的驱动电路的图。图4是表示将滤波器电路设为RC滤波器的情况下的开关元件的驱动电路的结构例的图。图5是用于说明开关元件的驱动电路的动作的图。图6是表示栅极电压的阶跃响应的一个例子的图。具体实施方式下面基于附图详细地说明本专利技术所涉及的开关元件的驱动电路的实施方式。此外，本专利技术并不限定于该实施方式。实施方式.图1是表示本专利技术所涉及的开关元件的驱动电路的电路结构例的图。本实施方式的开关元件的驱动电路(下面，简称为“驱动电路”)是将开关元件16作为控制对象的电路，包含有控制电路1、开关3及4、滤波器电路20。开关元件16例如是IGBT、FET等功率半导体元件。开关元件16具有连接于集电极14-发射极15间的反馈二极管17。另外，开关元件16具有内部栅极电阻10、栅极11-集电极14间的输入电容(Cgc)12、以及栅极11-发射极15间的输入电容(Cge)13。开关元件16例如应用于逆变器等电力变换装置。控制电路1决定开关元件16的ON/OFF，生成与决定结果相应的电压指令(Vref)2。例如，开关3是NPN型的晶体管，开关4是PNP型的晶体管，成为双方的基极以及发射极彼此连接，电压指令Vref2被输入至双方的基极的结构。另外，开关3的集电极与正电源5(省略图示的开关元件驱动用电源的正极)连接，开关4的集电极与负电源6(开关元件驱动用电源的负极)连接。这些开关3及4与控制电路1一起构成驱动电压生成电路18，根据从控制电路1输入的脉冲信号即电压指令Vref，生成及输出开关元件16的驱动用电压即栅极电压7。例如，在电压指令Vref为ON(对开关元件16的ON进行指示的电平)的情况下，开关3为ON，开关4为OFF，输出正电源5的电位作为栅极电压7。在电压指令Vref为OFF(对开关元件16的OFF进行指示的电平)的情况下，开关3为OFF，开关4为ON，输出负电源6的电位作为栅极电压7。栅极电压7经由滤波器电路20而施加至开关元件16的栅极11。该栅极电压7对开关元件16的栅极11-发射极15间的输入电容(Cge)13以及栅极11-集电极14间的输入电容(Cgc)12进行充电，使集电极14-发射极15间导通。图2是表示开关元件16的驱动开始时的驱动电路的图。在开关元件16的驱动开始时、即向栅极11施加了正极性的栅极电压7(正电源5的电位)的情况下，首先如图2所示，通过栅极电压7对开关元件16的输入电容Cge13进行充电。至输入电容Cge13的两端的电压超过集电极电流开始从集电极14朝向发射极15流动的阈值电压为止进行输入电容Cge13的充电。图3是表示上述输入电容Cge13的充电结束之后的镜像期间的驱动电路的图。在输入电容Cge13的充电结束之后的镜像期间，栅极电流IG向开关元件16的栅极11的流入变得恒定，集电极14-发射极15间的电压Vce逐渐下降。在以上述方式构成的驱动电路中，将滤波器电路20与开关元件16的内部栅极电阻10以及输入电容Cge13视作一个模块19，由此能够作为从电压指令Vref至开关元件16的栅极11为止的传递函数而处理。这里，开关元件16的内部栅极电阻10和输入电容Cge13形成滤波器，因此模块19的电路成为串联连接有滤波器的结构。滤波器电路20例如是如图4所示那样具有电阻21以及电容器22的RC滤波器。在图4所示的结构的驱动电路中，能够用二阶延迟的传递函数来表现模块19的电路的阶跃响应，能够用下面的通式(式(1))表示。G(s)＝ωn2/(s2+2ζωns+ωn2) …(1)这里，能够通过对衰减系数ζ进行调整，从而对栅极电流的峰值进行调整。即，能够通过以使得栅极电流的峰值变小的方式对衰减系数ζ进行调整，由此降低EMI噪声。另外，通过设为模块19的电路具有滤波器电路20的结构、即由二阶延迟的传递函数表现阶跃响应的结构，从而与不具有滤波器电路20的现有的驱动电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关元件的驱动电路，其特征在于，具有：驱动电压生成电路，其生成开关元件的驱动用电压；以及滤波器电路，其对所述驱动用电压进行滤波，所述滤波器电路与所述开关元件的内部栅极电阻以及栅极端子‑发射极端子间的输入电容一起构成具有由阶数为二阶的传递函数表示的阶跃响应的电路，并且所述滤波器电路设定有使得所述传递函数的衰减系数成为一定范围内的值的电路常数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种开关元件的驱动电路，其特征在于，具有：驱动电压生成电路，其生成开关元件的驱动用电压；以及滤波器电路，其对所述驱动用电压进行滤波，所述滤波器电路与所述开关元件的内部栅极电阻以及栅极端子-发射极端子间的输入电容一起构成具有由阶数为二阶的传递函数表示的阶跃响应的电路，并且所述滤波器电路设定有使得所述传递函数的衰减系数成为一定范围内的值的电路常数。2.一种开关元件的驱动电路，其特征在于，具有：驱动电压生成电路，其生成开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：上冈誉和，林良知，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP