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JP6745660B2 - Gate drive circuit - Google Patents

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JP6745660B2
JP6745660B2 JP2016136029A JP2016136029A JP6745660B2 JP 6745660 B2 JP6745660 B2 JP 6745660B2 JP 2016136029 A JP2016136029 A JP 2016136029A JP 2016136029 A JP2016136029 A JP 2016136029A JP 6745660 B2 JP6745660 B2 JP 6745660B2
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Description

本発明は、ゲート駆動回路に関する。 The present invention relates to a gate drive circuit.

従来、スイッチング電源やモータドライバなどのスイッチング素子がオフ時にノイズ等によって誤ってオンすることを抑止する手法として、オフ時にスイッチング素子に負電圧(負バイアス)を印加することが推奨されている。しかしながら、従来は、正電圧を印加するゲート駆動回路とは別に負電源を用意する必要があるということで敬遠される傾向にあった。 Conventionally, as a method of preventing a switching element such as a switching power supply or a motor driver from being accidentally turned on due to noise or the like when turned off, it is recommended to apply a negative voltage (negative bias) to the switching element when turned off. However, conventionally, there has been a tendency to be shunned because it is necessary to prepare a negative power source in addition to a gate drive circuit that applies a positive voltage.

そこで、負電源を追加せずにゲート駆動回路の変更のみで負電圧を印加できる構成の検討がなされている。このようなゲート駆動回路は、例えば特許文献1に提案されている。 Therefore, studies have been made on a configuration in which a negative voltage can be applied only by changing the gate drive circuit without adding a negative power source. Such a gate drive circuit is proposed in Patent Document 1, for example.

特開2013−26924号公報JP, 2013-26924, A

上記特許文献1のゲート駆動回路は、スイッチング素子のゲートに制御回路からの制御信号を印加することによりスイッチング素子をオンオフ駆動させる回路である。より具体的には、ゲート駆動回路は、制御回路と第1スイッチング素子(駆動対象)のゲートとの間に接続された第1コンデンサと第1抵抗とからなる並列回路を備える。並列回路には、第2コンデンサと第2スイッチング素子と第2抵抗とからなる直列回路が並列接続される。第2コンデンサと第2スイッチング素子との接続点には、ダイオードのアノードが接続される。ダイオードのカソードと第2スイッチング素子のゲートは、第1スイッチング素子のソースに接続される。 The gate drive circuit of Patent Document 1 is a circuit that drives the switching element on and off by applying a control signal from the control circuit to the gate of the switching element. More specifically, the gate drive circuit includes a parallel circuit including a first capacitor and a first resistor connected between the control circuit and the gate of the first switching element (drive target). A series circuit including a second capacitor, a second switching element, and a second resistor is connected in parallel to the parallel circuit. The anode of the diode is connected to the connection point between the second capacitor and the second switching element. The cathode of the diode and the gate of the second switching element are connected to the source of the first switching element.

このような構成により、制御信号のオフ信号に対して、第1スイッチング素子のゲートに、第1コンデンサに蓄えられた電荷による負電圧が印加され、第1スイッチング素子のターンオフがなされる。また、第1コンデンサは並列回路の時定数で放電される。また、第2スイッチング素子は、第2コンデンサの充電電圧がゲート・ソース間に印加されてオンとなる。従って、第2コンデンサの放電回路が構成され、第2コンデンサの放電による負電圧が第1スイッチング素子のゲートに印加される。第2コンデンサ、第1抵抗、および第2抵抗による放電時時定数を大きくすることで、第1スイッチング素子に負電圧を安定して印加できる。 With such a configuration, a negative voltage due to the charge accumulated in the first capacitor is applied to the gate of the first switching element in response to the OFF signal of the control signal, and the first switching element is turned off. Also, the first capacitor is discharged with the time constant of the parallel circuit. The second switching element is turned on when the charging voltage of the second capacitor is applied between the gate and the source. Therefore, the discharge circuit of the second capacitor is configured, and the negative voltage due to the discharge of the second capacitor is applied to the gate of the first switching element. By increasing the discharge time constant of the second capacitor, the first resistor, and the second resistor, a negative voltage can be stably applied to the first switching element.

上記状況に鑑み、本発明は、技術の豊富化の観点から、スイッチング素子に負電圧を印加することのできる新規な構成のゲート駆動回路を提供することを目的とする。 In view of the above situation, it is an object of the present invention to provide a gate drive circuit having a novel configuration capable of applying a negative voltage to a switching element from the viewpoint of technology enrichment.

上記目的を達成するために本発明のゲート駆動回路は、電圧駆動型であるスイッチング素子のゲート端子に直列接続された第1コンデンサおよびパルス電圧生成部と、
前記スイッチング素子のゲート・ソース(エミッタ)間に接続される第1抵抗と、を備え、
R1>>T/(C1+Ciss) (但し、R1:前記第1抵抗の抵抗値、C1:前記第1コンデンサの容量値、Ciss:前記スイッチング素子の入力容量、T:スイッチング周期)
といった条件を満たすこととしている(第1の構成)。
In order to achieve the above object, a gate drive circuit of the present invention includes a first capacitor and a pulse voltage generator connected in series to the gate terminal of a voltage-driven switching element,
A first resistor connected between the gate and source (emitter) of the switching element;
R1>>T/(C1+Ciss) (where R1: resistance value of the first resistor, C1: capacitance value of the first capacitor, Ciss: input capacitance of the switching element, T: switching cycle)
It is supposed that the condition such as the above is satisfied (first configuration).

また、上記第1の構成において、前記第1コンデンサの両端間に接続される第2抵抗を更に備え、
VCC×C1/(C1+Ciss)>VCC×R1/(R1+R2) (但し、VCC:前記パルス電圧生成部が生成する電圧のHighレベル、R2:前記第2抵抗の抵抗値)
といった条件を満たすこととしてもよい(第2の構成)。
Also, in the above-mentioned first configuration, further comprising a second resistor connected between both ends of the first capacitor,
VCC×C1/(C1+Ciss)>VCC×R1/(R1+R2) (where, VCC: High level of voltage generated by the pulse voltage generation unit, R2: resistance value of the second resistor)
Such a condition may be satisfied (second configuration).

また、上記第1の構成において、前記第1コンデンサの両端間に接続される第2抵抗と、
前記スイッチング素子のゲート・ソース(エミッタ)間に直列に接続されるツェナーダイオードおよび第1整流ダイオードを更に備え、
Vz<VCC×C1/(C1+Ciss) 且つ
Vz<VCC×R1/(R1+R2) (但し、VCC:前記パルス電圧生成部が生成する電圧のHighレベル、R2:前記第2抵抗の抵抗値、Vz:前記ツェナーダイオードのツェナー電圧と前記第1整流ダイオードの順方向電圧との和)
といった条件を満たすこととしてもよい(第3の構成)。
In the first configuration, a second resistor connected across the first capacitor,
Further comprising a Zener diode and a first rectifying diode connected in series between the gate and source (emitter) of the switching element,
Vz<VCC×C1/(C1+Ciss) and Vz<VCC×R1/(R1+R2) (where VCC: High level of voltage generated by the pulse voltage generation unit, R2: resistance value of the second resistor, Vz: the above Sum of Zener voltage of Zener diode and forward voltage of the first rectifier diode)
Such a condition may be satisfied (third configuration).

また、上記第3の構成において、前記スイッチング素子のゲート・ソース(エミッタ)間において、前記ツェナーダイオードに直列接続される第3抵抗を更に備えることとしてもよい(第4の構成)。 In the third configuration, a third resistor connected in series with the Zener diode may be further provided between the gate and the source (emitter) of the switching element (fourth configuration).

また、上記第1の構成において、前記スイッチング素子のゲート・ソース(エミッタ)間に直列に接続されるツェナーダイオードおよび第1整流ダイオードと、
前記スイッチング素子のゲート・ソース(エミッタ)間に直列に接続される第2コンデンサおよび第2整流ダイオードと、
前記第2コンデンサに並列に接続される放電用抵抗を更に備え、
VCC×C1/(C1+C2+Ciss)=Vz (但し、VCC:前記パルス電圧生成部が生成する電圧のHighレベル、C2:前記第2コンデンサの容量値、Vz:前記ツェナーダイオードのツェナー電圧と前記第1整流ダイオードの順方向電圧との和)
といった条件を満たすこととしてもよい(第5の構成)。
In the first configuration, a Zener diode and a first rectifier diode connected in series between the gate and source (emitter) of the switching element,
A second capacitor and a second rectifier diode connected in series between the gate and source (emitter) of the switching element;
Further comprising a discharging resistor connected in parallel with the second capacitor,
VCC×C1/(C1+C2+Ciss)=Vz (where, VCC: High level of voltage generated by the pulse voltage generation unit, C2: capacitance value of the second capacitor, Vz: Zener voltage of the Zener diode and the first rectification) (Sum of diode forward voltage)
Such a condition may be satisfied (fifth configuration).

本発明によると、新規な構成のゲート駆動回路によってスイッチング素子のオフのときにゲートに負電圧を印加することができる。また、上記条件を満たすことにより、スイッチング素子のオンまたはオフのときにおいて、第1コンデンサおよび入力容量に蓄えられた電荷が放電しすぎることを抑止できる。 According to the present invention, a negative voltage can be applied to the gate when the switching element is off by the gate drive circuit having the novel structure. Further, by satisfying the above condition, it is possible to prevent the electric charge stored in the first capacitor and the input capacitance from being excessively discharged when the switching element is turned on or off.

本発明の第1実施形態に係るゲート駆動回路の回路構成図である。FIG. 3 is a circuit configuration diagram of the gate drive circuit according to the first embodiment of the present invention. 第1実施形態に係るゲート駆動回路によるゲート電圧の時間的な挙動の一例を示すグラフである。6 is a graph showing an example of temporal behavior of a gate voltage by the gate drive circuit according to the first embodiment. 図2のグラフにおける飽和領域を時間的に拡大したグラフである。It is the graph which expanded the saturation area|region in the graph of FIG. 2 temporally. 第1実施形態の変形例に係るゲート駆動回路の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the gate drive circuit which concerns on the modification of 1st Embodiment. 本発明の第2実施形態に係るゲート駆動回路の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the gate drive circuit which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 第2実施形態に係るゲート駆動回路によるゲート電圧の時間的な挙動の一例を示すグラフである。9 is a graph showing an example of temporal behavior of a gate voltage by the gate drive circuit according to the second embodiment. 図6のグラフにおける飽和領域を時間的に拡大したグラフである。7 is a graph in which a saturation region in the graph of FIG. 6 is temporally enlarged. 第2実施形態の変形例に係るゲート駆動回路の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the gate drive circuit which concerns on the modification of 2nd Embodiment. 本発明の第3実施形態に係るゲート駆動回路の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the gate drive circuit which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 第3実施形態に係るゲート駆動回路によるゲート電圧の時間的な挙動の一例を示すグラフである。11 is a graph showing an example of temporal behavior of a gate voltage by the gate drive circuit according to the third embodiment. 図10のグラフにおける飽和領域を時間的に拡大したグラフである。11 is a graph in which the saturation region in the graph of FIG. 10 is temporally enlarged. 第3実施形態の変形例に係るゲート駆動回路の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the gate drive circuit which concerns on the modification of 3rd Embodiment. 本発明の第4実施形態に係るゲート駆動回路の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the gate drive circuit which concerns on 4th Embodiment of this invention. 第4実施形態に係るゲート駆動回路によるゲート電圧の時間的な挙動の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the time behavior of the gate voltage by the gate drive circuit concerning a 4th embodiment.

<第1実施形態>
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図1は、第1実施形態に係るゲート駆動回路の回路構成図である。図1に示すゲート駆動回路1は、ディスクリートのスイッチング素子10を駆動するための回路であり、パルス電圧生成部5と、第1コンデンサC1と、第1抵抗R1と、を備えている。
<First Embodiment>
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a gate drive circuit according to the first embodiment. The gate drive circuit 1 shown in FIG. 1 is a circuit for driving the discrete switching element 10, and includes a pulse voltage generation unit 5, a first capacitor C1, and a first resistor R1.

パルス電圧生成部5は、これに入力される制御信号の論理レベルに応じて、その出力端子から2値の電圧V1(電源電圧VCCまたは接地電圧GND)を出力することにより、スイッチング素子10のゲート端子を電圧駆動する。 The pulse voltage generator 5 outputs a binary voltage V1 (power supply voltage VCC or ground voltage GND) from its output terminal in accordance with the logic level of the control signal input to the pulse voltage generator 5 to output the gate of the switching element 10. Drive the terminals by voltage.

第1コンデンサC1は、パルス電圧生成部5の正極側とスイッチング素子10のゲート端子との間に接続される。すなわち、第1コンデンサC1およびパルス電圧生成部5は、スイッチング素子10のゲート端子に直列接続される。 The first capacitor C1 is connected between the positive electrode side of the pulse voltage generator 5 and the gate terminal of the switching element 10. That is, the first capacitor C1 and the pulse voltage generator 5 are connected in series to the gate terminal of the switching element 10.

スイッチング素子10は、ゲート駆動回路1によりスイッチングされる電圧駆動型の半導体スイッチング素子であり、ここでは一例としてNチャネル型MOSFET(MOS電界効果トランジスタ)M1が用いられる。半導体スイッチング素子は、例えばSi、SiC、GaNなどの半導体材料から構成される。なお、スイッチング素子10は、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)としてもよい(この場合、以下に記載する「ソース」については、「エミッタ」に置き換えられる)。また、スイッチング素子10は、MOSFETおよびIGBTに限ることは無い。 The switching element 10 is a voltage-driven semiconductor switching element that is switched by the gate drive circuit 1, and here, as an example, an N-channel MOSFET (MOS field effect transistor) M1 is used. The semiconductor switching element is made of a semiconductor material such as Si, SiC, or GaN. The switching element 10 may be an IGBT (insulated gate bipolar transistor) (in this case, “source” described below is replaced with “emitter”). The switching element 10 is not limited to the MOSFET and the IGBT.

図1に等価的に示したように、トランジスタM1のゲート・ソース間には、寄生容量としてのゲート・ソース間容量Cgsが付随している。トランジスタM1のゲート・ドレイン間には、寄生容量としてのゲート・ドレイン間容量Cgdが付随している。トランジスタM1のソースは、接地電位の印加端に接続される。トランジスタM1の入力容量Cissは、ゲート・ソース間容量Cgsとゲート・ドレイン間容量Cgdとの和(=Cgs+Cgd)として表すことができる。 As shown equivalently in FIG. 1, a gate-source capacitance Cgs as a parasitic capacitance is attached between the gate and the source of the transistor M1. A gate-drain capacitance Cgd as a parasitic capacitance is attached between the gate and drain of the transistor M1. The source of the transistor M1 is connected to the ground potential application terminal. The input capacitance Ciss of the transistor M1 can be expressed as the sum (=Cgs+Cgd) of the gate-source capacitance Cgs and the gate-drain capacitance Cgd.

なお、トランジスタM1には、その他にも寄生抵抗、寄生ダイオード、および寄生インダクタンスも付随しているが、ここでは便宜上、その図示および説明を割愛する。 Note that the transistor M1 is also accompanied by a parasitic resistance, a parasitic diode, and a parasitic inductance, but the illustration and description thereof are omitted here for convenience.

第1抵抗R1の一端は、コンデンサC1の一端とスイッチング素子10のゲート端子との接続点に接続される。第1抵抗R1の他端は、パルス電圧生成部5の負極側とスイッチング素子10のソースとの接続点に接続される。つまり、第1抵抗R1は、スイッチング素子10のゲート・ソース間に接続される。 One end of the first resistor R1 is connected to a connection point between one end of the capacitor C1 and the gate terminal of the switching element 10. The other end of the first resistor R1 is connected to the connection point between the negative electrode side of the pulse voltage generator 5 and the source of the switching element 10. That is, the first resistor R1 is connected between the gate and the source of the switching element 10.

このような構成であるゲート駆動回路1の動作について以下説明する。 The operation of the gate drive circuit 1 having such a configuration will be described below.

スイッチングの開始時である初回にパルス電圧生成部5が電圧V1をHighレベル(=電源電圧VCC)とすると、トランジスタM1のゲートにおけるノードNに生じるゲート電圧V2は、スイッチング開始時のON電圧Vc(正電圧)として生じる。ON電圧Vcは、電源電圧VCC(電圧V1)をコンデンサC1と入力容量Cissとによって分圧して生成されるため、下記(1)式のように表される。
Vc=VCC×C1/(C1+Ciss) (1)
When the pulse voltage generator 5 sets the voltage V1 to the high level (=power supply voltage VCC) at the beginning of switching, the gate voltage V2 generated at the node N at the gate of the transistor M1 is the ON voltage Vc( Positive voltage). Since the ON voltage Vc is generated by dividing the power supply voltage VCC (voltage V1) by the capacitor C1 and the input capacitance Ciss, it is expressed by the following equation (1).
Vc=VCC×C1/(C1+Ciss) (1)

電圧V1がHighレベルでスイッチング素子10がオンのとき、入力容量Cissに蓄えられた電荷が第1抵抗R1によって放電する。このとき、入力容量Cissの容量値と第1抵抗R1の抵抗値による時定数によって放電が行われる。これにより、正電圧であるゲート電圧V2は低下する。このとき、コンデンサC1への充電も行われる。 When the voltage V1 is High level and the switching element 10 is on, the electric charge stored in the input capacitance Ciss is discharged by the first resistor R1. At this time, discharging is performed according to the time constant of the capacitance value of the input capacitance Ciss and the resistance value of the first resistor R1. As a result, the positive gate voltage V2 is reduced. At this time, the capacitor C1 is also charged.

その後、電圧V1がLowレベル(=接地電圧GND)とされると、ゲート電圧V2は、上記スイッチング素子10がオンのときのゲート電圧V2の低下に応じて、0Vよりも低下した負電圧となる。これにより、スイッチング素子10はオフとされる。 After that, when the voltage V1 is set to the low level (=ground voltage GND), the gate voltage V2 becomes a negative voltage lower than 0V according to the decrease in the gate voltage V2 when the switching element 10 is on. .. As a result, the switching element 10 is turned off.

そして、電圧V1が再びHighレベルとされると、ゲート電圧V2は、直前のオン時の正電圧から更に第1抵抗R1による放電によって低下する。そして、電圧V1が再びLowレベルとされると、ゲート電圧V2は、直前のオフ時の負電圧よりも低い電圧となる。 Then, when the voltage V1 is set to the high level again, the gate voltage V2 further decreases from the positive voltage at the time of immediately before turning on by the discharge by the first resistor R1. Then, when the voltage V1 is set to the Low level again, the gate voltage V2 becomes a voltage lower than the negative voltage at the time of immediately before turning off.

このような電圧V1のHigh/Lowレベルの繰り返しによる動作の繰り返しによって、スイッチング素子10がオン時のゲート電圧V2(正電圧)は、スイッチング開始時のON電圧Vcから時間と共に漸次低下してゆく。それと共に、スイッチング素子10がオフ時のゲート電圧V2(負電圧)も、0Vから時間と共に漸次低下してゆく。そして、オン時/オフ時のゲート電圧V2ともに次第に飽和する。 By repeating the operation by repeating the High/Low level of the voltage V1 as described above, the gate voltage V2 (positive voltage) when the switching element 10 is turned on gradually decreases from the ON voltage Vc at the time of starting switching with time. At the same time, the gate voltage V2 (negative voltage) when the switching element 10 is turned off gradually decreases from 0 V with time. Then, both the on/off gate voltage V2 is gradually saturated.

飽和したオン時のゲート電圧V2であるON電圧Vonと、飽和したオフ時のゲート電圧V2であるOFF電圧Voffは、下記(2)式のように、スイッチングのデューティD(オン時間のスイッチング周期に対する比率)によって決まる。
Von=(1−D)・Vc
Voff=−D・Vc (2)
The ON voltage Von which is the saturated gate voltage V2 at the time of ON and the OFF voltage Voff which is the saturated gate voltage V2 at the time of OFF are represented by the following formula (2): the switching duty D (with respect to the switching cycle of the ON time). Ratio).
Von=(1-D)・Vc
Voff=-D·Vc (2)

このようなゲート駆動回路1によれば、オフ時にスイッチング素子10のゲートに負電圧を印加することが可能となり、ノイズ等により誤ってスイッチング素子10がオンとなることを抑制できる。 According to such a gate drive circuit 1, it is possible to apply a negative voltage to the gate of the switching element 10 when it is off, and it is possible to prevent the switching element 10 from being accidentally turned on due to noise or the like.

ここで、具体的な一例として、回路定数を、電源電圧VCC=25V、第1コンデンサC1の容量値=23nF、入力容量Cissの容量値=2nF、および第1抵抗R1の抵抗値=10kΩとした条件での動作について説明する。なお、スイッチング周波数は100kHzとする。 Here, as a specific example, the circuit constants are power supply voltage VCC=25 V, capacitance value of the first capacitor C1=23 nF, capacitance value of the input capacitor Ciss=2 nF, and resistance value of the first resistor R1=10 kΩ. The operation under the conditions will be described. The switching frequency is 100 kHz.

図2は、上記条件の場合でのゲート電圧V2の時間的な挙動を示すグラフである。図2は、スイッチング開始時を時間0msとして表している。図2は、異なるスイッチングのデューティごとのゲート電圧V2の挙動を示しており、具体的には、デューティ10%を実線で、デューティ30%を破線で、デューティ50%を一点鎖線で示している。 FIG. 2 is a graph showing the temporal behavior of the gate voltage V2 under the above conditions. In FIG. 2, the switching start time is represented as 0 ms. FIG. 2 shows the behavior of the gate voltage V2 for different switching duties. Specifically, a duty of 10% is shown by a solid line, a duty of 30% is shown by a broken line, and a duty of 50% is shown by a chain line.

また、図2は、便宜上簡略的に示しており、実際にはゲート電圧V2は、正電圧と負電圧との間を行き来する波形となる。例えば、デューティ10%であれば、実際には、図2に示す上下の実線の間でゲート電圧V2が行き来する波形となる。スイッチング周波数を100kHzとしているので、ゲート電圧V2は、スイッチング周期0.01ms(10μs)の周期で上下する波形となる。 Further, FIG. 2 is simply shown for the sake of convenience, and in actuality, the gate voltage V2 has a waveform that alternates between a positive voltage and a negative voltage. For example, if the duty is 10%, the gate voltage V2 actually goes back and forth between the upper and lower solid lines shown in FIG. Since the switching frequency is 100 kHz, the gate voltage V2 has a waveform that rises and falls in a switching cycle of 0.01 ms (10 μs).

スイッチング開始時のON電圧Vcは、上記(1)式から23Vとなる。従って、図2に示すように、スイッチング開始時にオン時のゲート電圧V2(正電圧)は23Vとなり、以降、時間と共に漸次低下し、飽和する。また、オフ時の電圧V2(負電圧)は、0Vから時間と共に漸次低下し、飽和する。 The ON voltage Vc at the start of switching is 23V from the above equation (1). Therefore, as shown in FIG. 2, the gate voltage V2 (positive voltage) at the time of turning on at the start of switching becomes 23 V, and thereafter gradually decreases with time and becomes saturated. Further, the voltage V2 (negative voltage) at the time of off gradually decreases from 0 V with time, and is saturated.

上記(2)式により、飽和時のON電圧Vonは、デューティ10%のとき20.7V、デューティ30%のとき16.1V、デューティ50%のとき11.5Vとなる。また、上記(2)式により、飽和時のOFF電圧Voffは、デューティ10%のとき−2.3V、デューティ30%のとき−6.9V、デューティ50%のとき−11.5Vとなる。 According to the above formula (2), the ON voltage Von at saturation is 20.7 V when the duty is 10%, 16.1 V when the duty is 30%, and 11.5 V when the duty is 50%. Further, according to the equation (2), the OFF voltage Voff at saturation is −2.3 V when the duty is 10%, −6.9 V when the duty is 30%, and −11.5 V when the duty is 50%.

図2における飽和時の領域において時間的に拡大したグラフを図3に示す。図3の横軸で表される時間軸の1目盛は2μsである。図3に示すように、スイッチングのデューティに応じてオン時のゲート電圧V2、オフ時のゲート電圧V2ともに異なる電圧となる。 FIG. 3 shows a temporally enlarged graph in the saturated region in FIG. One scale on the time axis represented by the horizontal axis in FIG. 3 is 2 μs. As shown in FIG. 3, the gate voltage V2 when on and the gate voltage V2 when off are different voltages depending on the switching duty.

また、ゲート駆動回路1においては、オン時間およびオフ時間の間に、第1コンデンサC1およびゲート容量Cgに蓄えられた電荷を第1抵抗R1によって放電しすぎないようにするべく、第1抵抗R1の抵抗値が下記(3)式を満たすように設定される。
R1>>T/(C1+Ciss) (3)
但し、Tはスイッチング周期
In the gate drive circuit 1, the first resistor R1 prevents the electric charge stored in the first capacitor C1 and the gate capacitance Cg from being discharged excessively by the first resistor R1 during the on-time and the off-time. Is set so as to satisfy the following expression (3).
R1>>T/(C1+Ciss) (3)
However, T is the switching cycle

上記条件の例では、(3)式の右辺は400Ωとなり、第1抵抗R1の抵抗値としてそれよりも十分に大きい10kΩに設定している。 In the example of the above condition, the right side of the equation (3) is 400Ω, and the resistance value of the first resistor R1 is set to 10 kΩ which is sufficiently larger than that.

図4は、第1実施形態の変形例に係るゲート駆動回路の回路構成図である。図4に示すゲート駆動回路1’の上記図1に示す構成との相違点は、抵抗Rcを備えることである。抵抗Rcは、コンデンサC1と、抵抗R1とスイッチング素子10のゲート端子との接続点との間に接続される。抵抗Rcによって、スイッチング素子10のターンオンおよびターンオフのスピードを調整することが可能となる。 FIG. 4 is a circuit configuration diagram of a gate drive circuit according to a modification of the first embodiment. The difference between the gate drive circuit 1'shown in FIG. 4 and the configuration shown in FIG. 1 is that a resistor Rc is provided. The resistor Rc is connected between the capacitor C1 and a connection point between the resistor R1 and the gate terminal of the switching element 10. The resistor Rc makes it possible to adjust the turn-on and turn-off speeds of the switching element 10.

<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。図5は、第2実施形態に係るゲート駆動回路の回路構成図である。図5に示すゲート駆動回路2の第1実施形態(図1)との構成上の相違点は、第1コンデンサC1と並列に第2抵抗R2を接続していることである。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a circuit configuration diagram of the gate drive circuit according to the second embodiment. The structural difference from the first embodiment (FIG. 1) of the gate drive circuit 2 shown in FIG. 5 is that the second resistor R2 is connected in parallel with the first capacitor C1.

ゲート駆動回路2においては、上記(1)式で表されるスイッチング開始時のON電圧Vcがスイッチング開始時にゲート電圧V2に生じる。そして、入力容量Cissに蓄えられた電荷の第1抵抗R1による放電とコンデンサC1への充電によって、オン時のゲート電圧V2(正電圧)は漸次低下した後、飽和する。また、オフ時のゲート電圧V2(負電圧)は、0Vから漸次低下した後、飽和する。 In the gate drive circuit 2, the ON voltage Vc at the start of switching represented by the above formula (1) is generated in the gate voltage V2 at the start of switching. Then, the gate voltage V2 (positive voltage) at the time of ON is gradually reduced and then saturated due to the discharge of the charge accumulated in the input capacitance Ciss by the first resistor R1 and the charging of the capacitor C1. Further, the gate voltage V2 (negative voltage) at the time of off is gradually decreased from 0V and then saturated.

飽和時のゲート電圧V2であるON電圧Vonと、飽和時のゲート電圧V2であるOFF電圧Voffは、共に下記(4)式に示されるように、スイッチングのデューティDによって決まる。
Von=Vc−D(Vc−Vr)
Voff=−D(Vc−Vr) (4)
但し、Vr=VCC×R1/(R1+R2)
The ON voltage Von, which is the gate voltage V2 at the time of saturation, and the OFF voltage Voff, which is the gate voltage V2 at the time of saturation, are both determined by the switching duty D, as shown in equation (4) below.
Von=Vc-D (Vc-Vr)
Voff=-D(Vc-Vr) (4)
However, Vr=VCC×R1/(R1+R2)

(4)式より、Vc>Vrを満たすように第1コンデンサC1、第1抵抗R1、および第2抵抗R2の各回路定数を選定する必要がある。 From the equation (4), it is necessary to select each circuit constant of the first capacitor C1, the first resistor R1, and the second resistor R2 so as to satisfy Vc>Vr.

ここで、具体的な一例として、回路定数を、電源電圧VCC=25V、第1コンデンサC1の容量値=23nF、入力容量Cissの容量値=2nF、第1抵抗R1の抵抗値=15kΩ、第2抵抗R2の抵抗値=5kΩとした条件での動作について説明する。なお、スイッチング周波数は100kHzとする。 Here, as a specific example, the circuit constants are the power supply voltage VCC=25V, the capacitance value of the first capacitor C1=23 nF, the capacitance value of the input capacitance Ciss=2 nF, the resistance value of the first resistor R1=15 kΩ, the second The operation under the condition that the resistance value of the resistor R2=5 kΩ will be described. The switching frequency is 100 kHz.

上記条件の場合、(1)式によりVc=23Vとなり、(4)式によりVr=18.75Vとなり、Vc>Vrを満たしている。 Under the above conditions, Vc=23V according to the equation (1) and Vr=18.75V according to the equation (4), which satisfies Vc>Vr.

上記条件の場合でのゲート電圧V2の時間的な挙動を示すグラフを図6に示す。図6に示すグラフは、先述した図2と同様の表し方をしている。図6に示すように、スイッチング開始時にオン時のゲート電圧V2(正電圧)はVc=23Vとなり、以降、時間と共に漸次低下し、飽和する。また、オフ時の電圧V2(負電圧)は、0Vから時間と共に漸次低下し、飽和する。 A graph showing the temporal behavior of the gate voltage V2 under the above conditions is shown in FIG. The graph shown in FIG. 6 has the same representation as in FIG. 2 described above. As shown in FIG. 6, when the switching is started, the gate voltage V2 (positive voltage) at the time of ON is Vc=23V, and thereafter, it gradually decreases with time and becomes saturated. Further, the voltage V2 (negative voltage) at the time of off gradually decreases from 0 V with time, and is saturated.

上記(4)式により、飽和時のON電圧Vonは、デューティ10%のとき22.6V、デューティ30%のとき21.7V、デューティ50%のとき20.9Vとなる。また、上記(4)式により、飽和時のOFF電圧Voffは、デューティ10%のとき−0.43V、デューティ30%のとき−1.28V、デューティ50%のとき−2.13Vとなる。 According to the above formula (4), the ON voltage Von at saturation is 22.6 V when the duty is 10%, 21.7 V when the duty is 30%, and 20.9 V when the duty is 50%. Further, according to the equation (4), the OFF voltage Voff at saturation is −0.43V when the duty is 10%, −1.28V when the duty is 30%, and −2.13V when the duty is 50%.

図6における飽和時の領域において時間的に拡大したグラフを図7に示す。図7の横軸で表される時間軸の1目盛は5μsである。図7に示すように、スイッチングのデューティに応じてオン時のゲート電圧V2、オフ時のゲート電圧V2ともに異なる電圧となる。しかしながら、本実施形態によれば、第1実施形態(図3)に比べて、デューティの違いによるオン時/オフ時のゲート電圧V2のバラツキを小さくすることができる。 FIG. 7 shows a temporally enlarged graph in the saturated region in FIG. One scale on the time axis represented by the horizontal axis in FIG. 7 is 5 μs. As shown in FIG. 7, the gate voltage V2 when on and the gate voltage V2 when off are different depending on the switching duty. However, according to the present embodiment, the variation in the gate voltage V2 at the time of on/off due to the difference in duty can be made smaller than that of the first embodiment (FIG. 3).

また、本実施形態においても、オン時間およびオフ時間の間に、第1コンデンサC1および入力容量Cissに蓄えられた電荷を第1抵抗R1によって放電しすぎないようにするべく、第1抵抗R1の抵抗値が上記(3)式を満たすように設定される。 Also in the present embodiment, in order to prevent the electric charge accumulated in the first capacitor C1 and the input capacitance Ciss from being excessively discharged by the first resistor R1 during the ON time and the OFF time, The resistance value is set so as to satisfy the above expression (3).

上記条件の例では、(3)式の右辺は400Ωとなり、第1抵抗R1の抵抗値としてそれよりも十分に大きい15kΩに設定している。 In the example of the above condition, the right side of the equation (3) is 400Ω, and the resistance value of the first resistor R1 is set to 15 kΩ which is sufficiently larger than that.

図8は、第2実施形態の変形例に係るゲート駆動回路の回路構成図である。図8に示すゲート駆動回路2’の上記図5に示す構成との相違点は、抵抗Rcを備えることである。抵抗Rcは、コンデンサC1と抵抗R2との接続点と、抵抗R1とスイッチング素子10のゲート端子との接続点との間に接続される。抵抗Rcによって、スイッチング素子10のターンオンおよびターンオフのスピードを調整することが可能となる。 FIG. 8 is a circuit configuration diagram of a gate drive circuit according to a modification of the second embodiment. The gate drive circuit 2'shown in FIG. 8 is different from the configuration shown in FIG. 5 in that it has a resistor Rc. The resistor Rc is connected between the connection point between the capacitor C1 and the resistor R2 and the connection point between the resistor R1 and the gate terminal of the switching element 10. The resistor Rc makes it possible to adjust the turn-on and turn-off speeds of the switching element 10.

<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態について説明する。図9は、第3実施形態に係るゲート駆動回路の回路構成図である。図9に示すゲート駆動回路3の上記第2実施形態(図5)との構成上の相違点は、第3抵抗R3、ツェナーダイオードZD、および第1整流ダイオードD1を順次接続して構成される直列回路がスイッチング素子10のゲート・ソース間に接続されることである。なお、第3抵抗R3は、必ずしも設ける必要はない。但し、第3抵抗R3を設けることで、ツェナーダイオードZD、第1整流ダイオードD1に流れる電流を制限し、これらの破壊を抑制できる。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is a circuit configuration diagram of the gate drive circuit according to the third embodiment. The difference between the gate drive circuit 3 shown in FIG. 9 and the second embodiment (FIG. 5) in configuration is that a third resistor R3, a Zener diode ZD, and a first rectifier diode D1 are sequentially connected. That is, a series circuit is connected between the gate and the source of the switching element 10. The third resistor R3 does not necessarily have to be provided. However, by providing the third resistor R3, the current flowing through the Zener diode ZD and the first rectifying diode D1 can be limited, and the destruction of these can be suppressed.

このような構成のゲート駆動回路3では、スイッチング開始時のオン時のゲート電圧V2として、上記(1)式により表されるON電圧Vcが生じる。その後、入力容量Cissに蓄えられた電荷のツェナーダイオードZD、第1整流ダイオードD1の経路による放電によって、オン時のゲート電圧V2(正電圧)は漸次低下する。そして、ツェナーダイオードZDのツェナー電圧(逆方向の降伏電圧)と第1整流ダイオードD1の順方向電圧との和である規定電圧Vzにゲート電圧V2が達すると、放電が停止され、オン時のゲート電圧V2(正電圧)は規定電圧Vzで固定される。このとき、オフ時のゲート電圧V2は、0Vから低下して、規定電圧Vzに対応する負電圧Voff(=−(Vc−Vz))で固定される。 In the gate drive circuit 3 having such a configuration, the ON voltage Vc represented by the above formula (1) is generated as the gate voltage V2 at the time of switching on when switching is started. After that, the gate voltage V2 (positive voltage) at the time of turning on gradually decreases due to the discharge of the charge stored in the input capacitance Ciss through the path of the zener diode ZD and the first rectifying diode D1. When the gate voltage V2 reaches the specified voltage Vz, which is the sum of the Zener voltage of the Zener diode ZD (breakdown voltage in the reverse direction) and the forward voltage of the first rectifier diode D1, the discharge is stopped and the gate at the time of turning on. The voltage V2 (positive voltage) is fixed at the specified voltage Vz. At this time, the gate voltage V2 at the time of OFF is reduced from 0V and fixed at the negative voltage Voff (=-(Vc-Vz)) corresponding to the specified voltage Vz.

ここで、規定電圧Vzとしては、下記(5)式および(6)式を両方満たす必要がある。(6)式は、規定電圧Vzによって放電が停止される条件となる。
Vz<VCC×C1/(C1+Ciss) (5)
Vz<VCC×R1/(R1+R2) (6)
Here, the specified voltage Vz needs to satisfy both of the following expressions (5) and (6). Expression (6) is a condition under which the discharge is stopped by the specified voltage Vz.
Vz<VCC×C1/(C1+Ciss) (5)
Vz<VCC×R1/(R1+R2) (6)

また、第1整流ダイオードD1は、スイッチング素子10のオフ期間中にゲート電圧V2が負バイアスされたときに、ツェナーダイオードZDを介した逆流を抑止する機能を有する。 Further, the first rectifier diode D1 has a function of suppressing the reverse flow through the Zener diode ZD when the gate voltage V2 is negatively biased during the OFF period of the switching element 10.

ここで、具体的な一例として、回路定数を、電源電圧VCC=25V、第1コンデンサC1の容量値=23nF、入力容量Cissの容量値=2nF、第1抵抗R1の抵抗値=150kΩ、第2抵抗R2の抵抗値=50kΩとした条件での動作について説明する。なお、スイッチング周波数は100kHzとする。 Here, as a specific example, the circuit constants are: power supply voltage VCC=25V, capacitance value of first capacitor C1=23 nF, capacitance value of input capacitance Ciss=2 nF, resistance value of first resistor R1=150 kΩ, second The operation under the condition that the resistance value of the resistor R2=50 kΩ will be described. The switching frequency is 100 kHz.

上記条件の場合、(5)式の右辺は23V、(6)式の右辺は18.75Vとなるので、規定電圧Vzに一例として18Vを設定している。 Under the above conditions, the right side of the equation (5) is 23V and the right side of the equation (6) is 18.75V. Therefore, the prescribed voltage Vz is set to 18V as an example.

上記条件の場合のゲート電圧V2の時間的な挙動を示すグラフを図10に示す。図10に示すグラフは、先述した図2と同様の表し方をしている。図10に示すように、スイッチング開始時にオン時のゲート電圧V2(正電圧)はVc=23Vとなり、以降、時間と共に漸次低下し、規定電圧Vz=18Vによって固定される。また、オフ時の電圧V2(負電圧)は、0Vから時間と共に漸次低下し、規定電圧Vz=18Vに対応した−5Vで固定される。 A graph showing the temporal behavior of the gate voltage V2 under the above conditions is shown in FIG. The graph shown in FIG. 10 has the same representation as in FIG. 2 described above. As shown in FIG. 10, when the switching is started, the gate voltage V2 (positive voltage) at the time of ON becomes Vc=23V, and thereafter, it gradually decreases with time and is fixed by the specified voltage Vz=18V. Further, the voltage V2 (negative voltage) at the time of OFF gradually decreases from 0V with time, and is fixed at -5V corresponding to the specified voltage Vz=18V.

図10におけるゲート電圧V2が固定された領域を時間的に拡大したグラフを図11に示す。図11の横軸で表される時間軸の1目盛は2μsである。規定電圧Vzによって放電は規制されるので、スイッチングのデューティに依らずに、オン時のゲート電圧V2(正電圧)は規定電圧Vz=18Vに固定される。これに対応して、オフ時のゲート電圧V2(負電圧)は、デューティに依らずに−5Vで固定される。従って、デューティが変化しても、オン時/オフ時のゲート電圧V2を一致させることができる。 FIG. 11 shows a graph obtained by temporally enlarging the region where the gate voltage V2 is fixed in FIG. One scale on the time axis represented by the horizontal axis in FIG. 11 is 2 μs. Since the discharge is regulated by the prescribed voltage Vz, the gate voltage V2 (positive voltage) at the time of turning on is fixed to the prescribed voltage Vz=18V regardless of the switching duty. Correspondingly, the gate voltage V2 (negative voltage) at the time of OFF is fixed at -5V regardless of the duty. Therefore, even if the duty changes, the gate voltage V2 at the time of ON/OFF can be matched.

また、本実施形態では、オフ時間の間に、第1コンデンサC1およびゲート容量Cgに蓄えられた電荷を第1抵抗R1によって放電しすぎないようにするべく、第1抵抗R1の抵抗値が上記(3)式を満たすように設定される。上記条件の例では、(3)式の右辺は400Ωとなり、第1抵抗R1の抵抗値としてそれよりも十分に大きい150kΩに設定している。 In addition, in the present embodiment, the resistance value of the first resistor R1 is set to the above value in order to prevent the electric charge accumulated in the first capacitor C1 and the gate capacitance Cg from being excessively discharged by the first resistor R1 during the off time. It is set so as to satisfy the expression (3). In the example of the above condition, the right side of the equation (3) is 400Ω, and the resistance value of the first resistor R1 is set to 150 kΩ which is sufficiently larger than that.

なお、第2実施形態では、第1抵抗R1の抵抗値でゲート電圧V2が飽和するまでの時間が決まっていたが、上記(3)式の制限があるため、飽和までの時間も制限されていた。対して、本実施形態によれば、飽和までの時間が第1抵抗R1によって決まらないため、第2実施形態に比べて飽和までの時間を短くすることができる。第3抵抗R3の抵抗値、および電圧V1のターンオン時間を調整すれば、スイッチング開始時からゲート電圧V2を飽和時の電圧とすることも可能である。 In the second embodiment, the time until the gate voltage V2 is saturated is determined by the resistance value of the first resistor R1, but the time until saturation is also limited because of the limitation of the above formula (3). It was On the other hand, according to the present embodiment, the time until saturation is not determined by the first resistor R1, so the time until saturation can be shortened compared to the second embodiment. By adjusting the resistance value of the third resistor R3 and the turn-on time of the voltage V1, it is possible to set the gate voltage V2 to the saturated voltage from the start of switching.

図12は、第3実施形態の変形例に係るゲート駆動回路の回路構成図である。図12に示すゲート駆動回路3’の上記図9に示す構成との相違点は、抵抗Rcを備えることである。抵抗Rcは、コンデンサC1と抵抗R2と第3抵抗R3の接続点と、抵抗R1とスイッチング素子10のゲート端子との接続点との間に接続される。抵抗Rcによって、スイッチング素子10のターンオンおよびターンオフのスピードを調整することが可能となる。また、抵抗Rcによって、スイッチング開始時のゲート電圧V2を調整することも可能である。 FIG. 12 is a circuit configuration diagram of a gate drive circuit according to a modification of the third embodiment. The difference between the gate drive circuit 3'shown in FIG. 12 and the configuration shown in FIG. 9 is that a resistor Rc is provided. The resistor Rc is connected between the connection point of the capacitor C1, the resistor R2, and the third resistor R3, and the connection point of the resistor R1 and the gate terminal of the switching element 10. The resistor Rc makes it possible to adjust the turn-on and turn-off speeds of the switching element 10. It is also possible to adjust the gate voltage V2 at the start of switching with the resistor Rc.

<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態について説明する。図13は、第4実施形態に係るゲート駆動回路4の回路構成図である。図13に示すゲート駆動回路4の上記第3実施形態(図9)との構成上の相違点は、第2コンデンサC2と第2整流ダイオードD2による直列回路をスイッチング素子10のゲート・ソース間に接続したことである。なお、上記直列回路において抵抗を更に直列接続してもよい。抵抗を設けることでダイオードD2に流れる電流を制限し、これの破壊を抑制できる。また、第2コンデンサC2と並列に抵抗Rdが接続される。
<Fourth Embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 is a circuit configuration diagram of the gate drive circuit 4 according to the fourth embodiment. The difference between the gate drive circuit 4 shown in FIG. 13 and the third embodiment (FIG. 9) is that a series circuit including a second capacitor C2 and a second rectifier diode D2 is provided between the gate and source of the switching element 10. That is the connection. The resistors may be further connected in series in the above series circuit. By providing the resistor, the current flowing through the diode D2 can be limited and the breakdown thereof can be suppressed. Further, the resistor Rd is connected in parallel with the second capacitor C2.

このような構成のゲート駆動回路4では、初回に電圧V1がHighレベルとなるスイッチング開始時に第2コンデンサC2への充電が行われるため、オン時のゲート電圧V2としては、下記(7)式で表されるON電圧Vcが生じることとなる。
Vc=VCC×C1/(C1+C2+Ciss) (7)
In the gate drive circuit 4 having such a configuration, since the second capacitor C2 is charged at the beginning of switching when the voltage V1 becomes High level for the first time, the gate voltage V2 at the time of turning on is expressed by the following formula (7). The ON voltage Vc represented is generated.
Vc=VCC×C1/(C1+C2+Ciss) (7)

そして、上記(7)式で表されるON電圧Vcが規定電圧Vzと一致するように第1コンデンサC1および第2コンデンサC2の容量値の選定がされる。これにより、スイッチング開始時にオン時のゲート電圧V2がON電圧Vcとなった後、規定電圧Vzによって入力容量Cissに蓄えられた電荷の放電は規制されるので、オン時のゲート電圧V2は規定電圧Vz(=ON電圧Vc)で固定される。従って、スイッチング開始時にオン時の高いゲート電圧V2が発生することなく、常に一定のオン時のゲート電圧V2(正電圧)を生じさせることができる。また、これに対応して、スイッチング開始時から常に一定のオフ時のゲート電圧(負電圧)を生じさせることができる。 Then, the capacitance values of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are selected so that the ON voltage Vc represented by the equation (7) matches the specified voltage Vz. As a result, after the gate voltage V2 at ON time becomes the ON voltage Vc at the start of switching, the discharge of the electric charge stored in the input capacitance Ciss is restricted by the specified voltage Vz, so that the gate voltage V2 at ON time becomes the specified voltage. It is fixed at Vz (=ON voltage Vc). Therefore, a constant gate voltage V2 (positive voltage) at the time of ON can be always generated without generating a high gate voltage V2 at the time of ON at the time of starting switching. Corresponding to this, a constant gate voltage (negative voltage) at the time of turning off can be always generated from the start of switching.

なお、第2整流ダイオードD2は、初回に第2コンデンサC2に充電が行われた後、逆流によって放電が起こらないようにするために用いられる。また、抵抗Rdは、スイッチングが中断したときに第2コンデンサC2の電荷をスイッチングの再開までに放電させる目的で設けられる。これにより、スイッチングの再開時にゲート電圧V2に高電圧が生じることを抑制できる。 The second rectifier diode D2 is used to prevent discharge due to backflow after the second capacitor C2 is charged for the first time. Further, the resistor Rd is provided for the purpose of discharging the electric charge of the second capacitor C2 before switching is restarted when switching is interrupted. As a result, it is possible to suppress the generation of a high voltage in the gate voltage V2 when switching is restarted.

ここで、具体的な一例として、回路定数を、電源電圧VCC=25V、第1コンデンサC1の容量値=23nF、入力容量Cissの容量値=2nF、第1抵抗R1の抵抗値=150kΩ、第2抵抗R2の抵抗値=50kΩとした条件での動作について説明する。なお、スイッチング周波数は100kHzとする。 Here, as a specific example, the circuit constants are: power supply voltage VCC=25V, capacitance value of first capacitor C1=23 nF, capacitance value of input capacitance Ciss=2 nF, resistance value of first resistor R1=150 kΩ, second The operation under the condition that the resistance value of the resistor R2=50 kΩ will be described. The switching frequency is 100 kHz.

上記条件の場合に、(7)式で表されるON電圧Vcを規定電圧Vzと一致させるべく、規定電圧Vz=18Vであるとして、第2コンデンサC2の容量値を7nFに選定している。 In the case of the above conditions, in order to make the ON voltage Vc represented by the equation (7) equal to the specified voltage Vz, the specified voltage Vz=18V, and the capacitance value of the second capacitor C2 is selected to 7 nF.

上記条件の場合のゲート電圧V2の時間的な挙動を示すグラフを図14に示す。図14に示すグラフは、先述した図2と同様の表し方をしている。図14に示すように、スイッチング開始時にオン時のゲート電圧V2(正電圧)はVc=18Vとなり、その後、規定電圧Vz=18Vで固定される。すなわち、スイッチング開始から常にオン時のゲート電圧V2は18Vで一定となる。これに対応して、オフ時のゲート電圧V2(負電圧)は、スイッチング開始から常に−5Vで一定となる。また、スイッチングのデューティが変化しても、オン時/オフ時のゲート電圧V2を一致させることができるのは、上記第3実施形態と同様である。 A graph showing the temporal behavior of the gate voltage V2 under the above conditions is shown in FIG. The graph shown in FIG. 14 has the same representation as in FIG. 2 described above. As shown in FIG. 14, when the switching is started, the gate voltage V2 (positive voltage) at the time of ON is Vc=18V, and then fixed at the specified voltage Vz=18V. That is, the gate voltage V2 is always 18V when the switching is started and is on. Correspondingly, the gate voltage V2 (negative voltage) at the time of off is always constant at -5V from the start of switching. Further, even if the switching duty changes, the gate voltage V2 at the time of on/off can be made to match, as in the third embodiment.

また、本実施形態では、オフ時間の間に、第1コンデンサC1および入力容量Cissに蓄えられた電荷を第1抵抗R1によって放電しすぎないようにするべく、第1抵抗R1の抵抗値が上記(3)式を満たすように設定される。上記条件の例では、(3)式の右辺は400Ωとなり、第1抵抗R1の抵抗値としてそれよりも十分に大きい150kΩに設定している。 In addition, in the present embodiment, the resistance value of the first resistor R1 is set to the above value in order to prevent the electric charge stored in the first capacitor C1 and the input capacitance Ciss from being excessively discharged by the first resistor R1 during the off time. It is set so as to satisfy the expression (3). In the example of the above condition, the right side of the equation (3) is 400Ω, and the resistance value of the first resistor R1 is set to 150 kΩ which is sufficiently larger than that.

<その他>
なお、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
<Other>
It should be noted that the above-mentioned embodiments are exemplifications in all respects and should be considered not to be restrictive, and the technical scope of the present invention is not the description of the above-mentioned embodiments but the scope of claims. It is to be understood that it is shown and includes all modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims.

本発明は、例えば、スイッチング電源やモータドライバなどのスイッチング素子を駆動する手段として用いられるものであり、民生機器や産業機械などの様々な分野で広く利用することが可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is used as means for driving switching elements such as a switching power supply and a motor driver, and can be widely used in various fields such as consumer equipment and industrial machines.

1〜4 ゲート駆動回路
5 パルス電圧生成部
10 スイッチング素子
M1 トランジスタ
C1 第1コンデンサ
R1 第1抵抗
Rg ゲート抵抗
Cgd ゲート・ドレイン間容量
Cgs ゲート・ソース間容量
Ciss 入力容量
R2 第2抵抗
R3 第3抵抗
ZD ツェナーダイオード
D1 第1整流ダイオード
C2 第2コンデンサ
D2 第2整流ダイオード
Rc、Rd 抵抗
1 to 4 gate drive circuit 5 pulse voltage generator 10 switching element M1 transistor C1 first capacitor R1 first resistance Rg gate resistance Cgd gate-drain capacitance Cgs gate-source capacitance Ciss input capacitance R2 second resistance R3 third resistance ZD Zener diode D1 First rectifying diode C2 Second capacitor D2 Second rectifying diode Rc, Rd Resistance

Claims (2)

電圧駆動型であるスイッチング素子のゲート端子に直列接続された第1コンデンサおよびパルス電圧生成部と、
前記スイッチング素子のゲート・ソース(エミッタ)間に接続される第1抵抗と、を備え、
R1>>T/(C1+Ciss) (但し、R1:前記第1抵抗の抵抗値、C1:前記第1コンデンサの容量値、Ciss:前記スイッチング素子の入力容量、T:スイッチング周期)
といった条件を満たし、
前記スイッチング素子のゲート・ソース(エミッタ)間に直列に接続されるツェナーダイオードおよび第1整流ダイオードと、
前記スイッチング素子のゲート・ソース(エミッタ)間に直列に接続される第2コンデンサおよび第2整流ダイオードと、
前記第2コンデンサに並列に接続される放電用抵抗を更に備え、
VCC×C1/(C1+C2+Ciss)=Vz (但し、VCC:前記パルス電圧生成部が生成する電圧のHighレベル、C2:前記第2コンデンサの容量値、Vz:前記ツェナーダイオードのツェナー電圧と前記第1整流ダイオードの順方向電圧との和)
といった条件を満たすことを特徴とするゲート駆動回路。
A first capacitor and a pulse voltage generator connected in series to the gate terminal of a voltage-driven switching element;
A first resistor connected between the gate and source (emitter) of the switching element;
R1>>T/(C1+Ciss) (where R1: resistance value of the first resistor, C1: capacitance value of the first capacitor, Ciss: input capacitance of the switching element, T: switching cycle)
Meet the conditions, such as,
A Zener diode and a first rectifying diode connected in series between the gate and source (emitter) of the switching element;
A second capacitor and a second rectifier diode connected in series between the gate and source (emitter) of the switching element;
Further comprising a discharging resistor connected in parallel with the second capacitor,
VCC×C1/(C1+C2+Ciss)=Vz (where, VCC: High level of voltage generated by the pulse voltage generation unit, C2: capacitance value of the second capacitor, Vz: Zener voltage of the Zener diode and the first rectification) Sum of diode forward voltage)
A gate drive circuit characterized by satisfying such conditions .
前記第2コンデンサと前記第2整流ダイオードによる直列回路において抵抗が更に直列接続される、請求項1に記載のゲート駆動回路。The gate drive circuit according to claim 1, wherein a resistor is further connected in series in a series circuit including the second capacitor and the second rectifying diode.
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