DE102020104717A1

DE102020104717A1 - Gate-Treiber und Leistungswandler

Info

Publication number: DE102020104717A1
Application number: DE102020104717.7A
Authority: DE
Inventors: Kunio Matsubara; Tsuyoshi Nagano
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2019-07-08
Filing date: 2020-02-24
Publication date: 2021-01-14
Also published as: JP7268507B2; US11056965B2; CN112202317A; US20210013792A1; JP2021013259A

Abstract

Bereitgestellt wird ein Gate-Treiber zum Treiben eines Gates eines Schaltelements entsprechend einem Eingangssignal. Der Gate-Treiber ist so konfiguriert, dass er eine Gate-Treiberbedingung entsprechend einem detektierten Wert einer Leistungsversorgungsspannung ändert. Jedes Mall, wenn das Schaltelement ausgeschaltet wird, speichert der Gate-Treiber eine Zeitbreite von einer Zeit, wenn das Eingangssignal auf einen Aus-Befehl geschaltet wird, bis zu einer Zeit, wenn ein Ausschaltstoß in der Schaltvorrichtung auftritt. Wenn bestimmt wird, dass die Gate-Treiberbedingung während eines Ausschaltbetriebs des Schaltelements geändert werden soll, schaltet der Gate-Treiber die Gate-Treiberbedingung, wenn eine Zeit entsprechend der bei einem vorherigen Ausschalten gespeicherten Zeitbreite abgelaufen ist, nachdem ein aktuelles Ausschalten des Schaltelements gestartet wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gate-Treiber und einen Leistungswandler.
Beschreibung des Stands der Technik
Konventionell ist zur Reduzierung von Stoßspannung und Schaltverlusten eine aktive Gate-Treibermethode bekannt, bei der eine Schaltgeschwindigkeit zu einem geeigneten Zeitpunkt entsprechend einem durch ein Schaltelement fließenden Drain-Strom oder KollektorStrom (im Folgenden als Hauptstrom bezeichnet) geändert wird. Beispielsweise offenbart Patentdokument 1 eine Gate-Treiberschaltung, die eine Zeitdauer (Stoßperiode) von einer Zeit, wenn ein Ausschaltbefehl zum Ausschalten eines Schaltelements ausgegeben wird, bis zu einer Zeit eines Auftretens einer Stoßspannung speichert. Wenn das Schaltelement ausgeschaltet werden soll, bestimmt die Gate-Treiberschaltung einen Zeitpunkt zur Änderung eines effektiven Gate-Widerstands des Schaltelements basierend auf der Stoßperiode, die gespeichert wurde, als das Schaltelement zuvor ausgeschaltet wurde.
Gemäß der Beschreibung von Patentdokument 1 können Schaltverluste reduziert werden, wenn eine Schaltgeschwindigkeit während einer Stoßperiode erhöht wird, indem eine Größe eines effektiven Gate-Widerstands reduziert wird. Nach Ablauf der Stoßperiode kann eine Stoßspannung reduziert werden, da der effektive Gate-Widerstand erhöht wird. Ferner kann gemäß der Beschreibung von Patentdokument 1, da die Größe des effektiven Gate-Widerstands zu der Zeit des Ausschaltens unter Verwendung einer Information zu einer Zeit eines vorherigen Ausschaltens geändert wird, ein für eine Feedback-Steuerung erforderlicher Zeitspielraum gesichert werden.
Derweil variiert eine von einer Gleichstrom (DC, Direct Current)-Leistungsversorgung gelieferte Leistungsversorgungsspannung (Potentialdifferenz zwischen einem hohen Potentialausgang der DC-Leistungsversorgung und einem niedrigen Potentialausgang der DC-Leistungsversorgung) zu einem gewissen Grad aufgrund einer Änderung einer Eingangsspannung der DC-Leistungsversorgung oder aus einem anderen Grund. Daher muss ein Gate-Treiber, der ein Gate eines Schaltelements treibt, das zwischen einem hohen Potentialausgang und einem niedrigen Potentialausgang einer Leistungsversorgung verbunden ist, so ausgelegt sein, dass eine Ausschaltstoßspannung eine Spannungsfestigkeit des Schaltelements nicht übersteigt, selbst wenn ein maximaler Hauptstrom bei einer maximalen Leistungsversorgungsspannung fließt.
Daher wird zum Beispiel in einem Fall, in dem eine Leistungsversorgungsspannung Vd auf einen minimalen Wert Ed(min) reduziert ist, wie in 1 dargestellt, berücksichtigt, dass eine Ausschaltstoßspannung eine Spannungsfestigkeit (Element-Spannungsfestigkeit) eines Schaltelements nicht übersteigt, selbst wenn eine Gate-Treiberbedingung nicht in eine Bedingung geschaltet wird, in der ein Gate-Widerstand erhöht ist.
Mit der Methode des Stands der Technik, bei der ein Gate-Widerstand jedes Mal erhöht wird, wenn ein Schaltelement ausgeschaltet wird, um eine Ausschaltstoßspannung zu unterdrücken, wird jedoch eine Änderungsrate des Hauptstroms pro Zeit (dI/dt) bei jedem Ausschalten immer sanft, wie in 2 dargestellt. Wenn die Leistungsversorgungsspannung Vd relativ zu dem maximalen Wert abgesenkt wird, erhöhen sich daher die Schaltverluste beim Ausschalten im Vergleich zu einem Fall wie 1, in dem die Gate-Treiberbedingung nicht geschaltet wird. Infolgedessen besteht zum Beispiel die Gefahr, dass eine Leistungswandlereffizienz abnimmt oder eine Größe eines Kühlelements, das zur Kühlung des Schaltelements verwendet wird, größer wird.
Dementsprechend stellt die vorliegende Offenbarung einen Gate-Treiber und einen Leistungswandler bereit, die in der Lage sind, sowohl eine Unterdrückung einer Ausschaltstoßspannung als auch eine Reduzierung von Schaltverlusten zu erreichen, selbst wenn eine Leistungsversorgungsspannung variiert.
[Dokumente des Stands der Technik]
[Patentdokument]
[Patentdokument 1] Japanisches Patent Nr. 4935266
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In der vorliegenden Offenbarung wird ein Gate-Treiber bereitgestellt, welcher beinhaltet: eine Treiberschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie ein Gate eines Schaltelements, das zwischen einem hohen elektrischen Potentialausgang einer Leistungsversorgung und einem niedrigen elektrischen Potentialausgang der Leistungsversorgung verbunden ist, entsprechend einem Eingangssignal treibt, das einen Befehl zum Einschalten oder zum Ausschalten des Schaltelements anzeigt; eine Ausschaltstoß-Detektionsschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie einen Ausschaltstoß detektiert, der in dem Schaltelement auftritt; eine Zeitspeicherschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Zeitbreite von einer Zeit, wenn das Eingangssignal auf einen Befehl zum Ausschalten des Schaltelements geschaltet wird, bis zu einer Zeit, wenn die Ausschaltstoß-Detektionsschaltung ein Auftreten des Ausschaltstoßes detektiert, speichert; eine Schaltbestimmungsschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie bestimmt, ob eine Gate-Treiberbedingung des Schaltelements geschaltet wird oder nicht, entsprechend einem detektierten Wert einer Leistungsversorgungsspannung, wobei die Leistungsversorgungsspannung eine Potentialdifferenz zwischen dem hohen elektrischen Potentialausgang der Leistungsversorgung und dem niedrigen elektrischen Potentialausgang der Leistungsversorgung ist; und eine Treiberbedingungsschaltschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie die Gate-Treiberbedingung in Reaktion auf eine Bestimmung durch die Schaltbestimmungsschaltung, die Gate-Treiberbedingung zu schalten, schaltet. Die Gate-Treiberbedingung wird geschaltet, wenn eine Zeit entsprechend der bei einem vorherigen Ausschalten des Schaltelements gespeicherten Zeitbreite abgelaufen ist, nachdem ein aktuelles Ausschalten des Schaltelements gestartet wird.
Figurenliste

1 ist ein Zeitpunktdiagramm in einem Fall, in dem eine Stoßspannungs-Unterdrückungsmethode nicht angewandt wird;
2 ist ein Zeitpunktdiagramm in einem Fall, in dem eine Stoßspannungs-Unterdrückungsmethode angewandt wird;
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration eines Leistungswandlers darstellt;
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Konfiguration eines Gate-Treibers darstellt;
5 ist ein Zeitpunktdiagramm, das ein Beispiel für einen Betrieb des Gate-Treibers in einem Fall darstellt, in dem eine Leistungsversorgungsspannung hoch ist; und
6 ist ein Zeitpunktdiagramm, das ein Beispiel für einen Betrieb des Gate-Treibers in einem Fall darstellt, in dem eine Leistungsversorgungsspannung niedrig ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration eines Leistungswandlers darstellt. Der in 3 dargestellte Leistungswandler 100 ist eine Vorrichtung, die eine DC-Eingangsleistung in eine gewünschte DC- oder AC-Ausgangsleistung umwandelt, wobei ein Schaltelement Q1 an einer Hoch-Seite und ein Schaltelement Q2 an einer Niedrig-Seite verwendet wird. Eine Last (nicht abgebildet) ist mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Schaltelement Q1 und dem Schaltelement Q2 verbunden. Der Leistungswandler 100 beinhaltet einen hohen elektrischen Potentialausgang einer Leistungsversorgung 31, einen niedrigen elektrischen Potentialausgang einer Leistungsversorgung 32, einen Kondensator 30, die Schaltelemente Q1 und Q2, eine Leistungsversorgungsspannungs-Detektionsschaltung 40 und Gate-Treiber 11 und 12. Der hohe elektrische Potentialausgang der Leistungsversorgung 31 kann auch als ein „Hoch-Leistungsversorgungs-Potentialausgang 31“ bezeichnet werden, und der niedrige elektrische Potentialausgang der Leistungsversorgung 32 kann auch als ein „Niedrig-Leistungsversorgungs-Potentialausgang 32“ bezeichnet werden.
Der Hoch-Leistungsversorgungs-Potentialausgang 31 und der Niedrig-Leistungsversorgungs-Potentialausgang 32 sind elektrisch leitende Teile, die mit einer DC-Leistungsversorgung (nicht dargestellt) verbunden sind und von der DC-Leistungsversorgung mit DC-Leistung versorgt werden. Beispiele für die DC-Leistungsversorgung beinhalten eine Gleichrichterschaltung, einen Wandler und einen Regler. Der Niedrig-Leistungsversorgungs-Potentialausgang 32 hat ein niedrigeres elektrisches Potential als der Hoch-Leistungsversorgungs-Potentialausgang 31. Eine DC-Leistungsversorgungsspannung Ed wird zwischen dem Hoch-Leistungsversorgungs-Potentialausgang 31 und dem Niedrig-Leistungsversorgungs-Potentialausgang 32 angelegt.
Der Kondensator 30 ist ein Kondensatorelement, das die Leistungsversorgungsspannung Ed glättet. Ein Beispiel für den Kondensator 30 beinhaltet einen Elektrolytkondensator. Ein Ende des Kondensators 30 ist mit dem Hoch-Leistungsversorgungs-Potentialausgang 31 verbunden und das andere Ende ist mit dem Niedrig-Leistungsversorgungs-Potentialausgang 32 verbunden.
Jedes der Schaltelemente Q1 und Q2 ist eine spannungsgetriebene Halbleitervorrichtung mit einer Steuerelektrode (Gate), einer ersten Hauptelektrode (Kollektor oder Drain) und einer zweiten Hauptelektrode (Emitter oder Source). Beispiele für die Schaltelemente Q1 und Q2 beinhalten einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) und einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT). 3 illustriert einen Fall, in dem jedes der Schaltelemente Q1 und Q2 ein N-Kanal-MOSFET mit einem Gate G, einem Drain D und einer Source S ist.
Die Schaltelemente Q1 und Q2 können aus einem Halbleiter wie zum Beispiel Si (Silizium) hergestellt sein, oder sie können eine Vorrichtung mit breiter Bandlücke sein, die aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke hergestellt ist, wie zum Beispiel SiC (Siliziumkarbid), GaN (Galliumnitrid), Ga₂O₃ (Galliumoxid) oder Diamant. Anwenden von Vorrichtungen mit breiter Bandlücke auf die Schaltelemente Q1 und Q2 verstärkt einen Effekt einer Verlustreduzierung der Schaltelemente Q1 und Q2.
Die Schaltelemente Q1 und Q2 sind in Reihe miteinander verbunden. Das Schaltelement Q1 ist zwischen dem Hoch-Leistungsversorgungs-Potentialausgang 31 und dem Niedrig-Leistungsversorgungs-Potentialausgang 32 verbunden und ist über das Schaltelement Q2 mit dem Niedrig-Leistungsversorgungs-Potentialausgang 32 verbunden. Das Schaltelement Q2 ist zwischen dem Hoch-Leistungsversorgungs-Potentialausgang 31 und dem Niedrig-Leistungsversorgungs-Potentialausgang 32 verbunden und ist über das Schaltelement Q1 mit dem Hoch-Leistungsversorgungs-Potentialausgang 31 verbunden. Bei dem Schaltelement Q1 ist das Gate G mit dem Gate-Treiber 11 verbunden, der Drain D mit dem Hoch-Leistungsversorgungs-Potentialausgang 31 verbunden und die Source S mit dem Drain D des Schaltelements Q2 verbunden. Bei dem Schaltelement Q2 ist das Gate G mit dem Gate-Treiber 12 verbunden, die Source S mit dem Niedrig-Leistungsversorgungs-Potentialausgang 32 verbunden und der Drain D mit der Source S des Schaltelements Q1 verbunden. Eine Diode ist mit jedem der Schaltelemente Q1 und Q2 antiparallel verbunden. Das heißt, die Source S des Schaltelements Q1 (oder Q2) ist mit einem Anodenanschluss der Diode verbunden, und der Drain D des Schaltelements Q1 (oder Q2) ist mit einem Kathodenanschluss der Diode verbunden.
Die Leistungsversorgungsspannungs-Detektionsschaltung 40 detektiert die Leistungsversorgungsspannung Ed zwischen dem Hoch-Leistungsversorgungs-Potentialausgang 31 und dem Niedrig-Leistungsversorgungs-Potentialausgang 32 und gibt einen detektierten Wert der Leistungsversorgungsspannung Ed an jeden der Gate-Treiber 11 und 12 aus. In der vorliegenden Ausführungsform wird der detektierte Wert der Leistungsversorgungsspannung Ed als „Edd“ bezeichnet.
Zum Beispiel beinhaltet die Leistungsversorgungsspannungs-Detektionsschaltung 40 eine Spannungsteilerschaltung, die aus Widerständen 41 und 42 gebildet wird, und Isolationsverstärker 43 und 44, in die eine durch die Spannungsteilerschaltung geteilte Spannung eingegeben wird. Die Spannungsteilerschaltung teilt die Leistungsversorgungsspannung Ed durch die Widerstände 41 und 42 und liefert die durch Teilen der Leistungsversorgungsspannung Ed erhaltene Spannung an jeden der Isolationsverstärker 43 und 44. Im Folgenden wird die von der Spannungsteilerschaltung an die Isolationsverstärker 43 und 44 gelieferte Spannung als eine „geteilte Spannung“ bezeichnet. Jeder der Isolationsverstärker 43 und 44 verstärkt die von der Spannungsteilerschaltung gelieferte geteilte Spannung und gibt die jeweiligen verstärkten geteilten Spannungen aus. Die verstärkten geteilten Spannungen, die von den Isolationsverstärkern 43 und 44 jeweils an die Gate-Treiber 11 und 12 geliefert werden, sind Signale, die jeweils einen Spannungswert (z. B. Edd) der Leistungsversorgungsspannung Ed repräsentieren.
Man beachte, dass, weil ein Eingang des Isolationsverstärkers 43 von einem Ausgang des Isolationsverstärkers 43 elektrisch isoliert ist, der Isolationsverstärker 43 so konfiguriert ist, dass er ein elektrisches Potential in Bezug auf den Niedrig-Leistungsversorgungs-Potentialausgang 32 in ein elektrisches Potential in Bezug auf die Source S des Schaltelements Q1 umwandelt und das elektrische Potential in Bezug auf die Source S des Schaltelements Q1 ausgibt. Ähnlich ist, weil ein Eingang des Isolationsverstärkers 44 von einem Ausgang des Isolationsverstärkers 44 elektrisch isoliert ist, der Isolationsverstärker 44 so konfiguriert, dass er ein elektrisches Potential in Bezug auf den Niedrig-Leistungsversorgungs-Potentialausgang 32 in ein elektrisches Potential in Bezug auf die Source S des Schaltelements Q2 umwandelt und das elektrische Potential in Bezug auf die Source S des Schaltelements Q2 ausgibt. Da jeweilige Eingänge der Isolationsverstärker 43 und 44 von jeweiligen Ausgängen der Isolationsverstärker 43 und 44 elektrisch isoliert sind, kann ein Gleichtaktrauschen reduziert werden.
Der Gate-Treiber 11 ist eine Treiberschaltung, die eine positive oder negative Spannung an das Gate des Schaltelements Q1 liefert, um das Schaltelement Q1 einzuschalten und/oder auszuschalten. Der Gate-Treiber 12 ist eine Treiberschaltung, die eine positive oder negative Spannung an das Gate des Schaltelements Q2 liefert, um das Schaltelement Q2 einzuschalten und/oder auszuschalten. Der Gate-Treiber 11 auf der Hoch-Seite treibt das Gate des Schaltelements Q1 unter Verwendung einer aktiven Gate-Treibermethode, die eine Schaltgeschwindigkeit des Schaltelements Q1 während eines Ausschaltens des Schaltelements Q1 anpasst. Der Gate-Treiber 12 auf der Niedrig-Seite treibt das Gate des Schaltelements Q2 unter Verwendung der aktiven Gate-Treibermethode, die die Schaltgeschwindigkeit des Schaltelements Q2 während eines Ausschaltens des Schaltelements Q2 anpasst.
Die Gate-Treiber 11 und 12 haben jeweils die gleiche Konfiguration. Als nächstes wird ein Beispiel für eine Konfiguration des Gate-Treibers (11 oder 12) unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. In der folgenden Beschreibung zur Erläuterung der Konfiguration des Gate-Treibers (11 oder 12) wird der Gate-Treiber (11 oder 12) als ein „Gate-Treiber 10“ bezeichnet.
4 ist ein Diagramm, welches das Beispiel der Konfiguration des Gate-Treibers 10 darstellt. Der in 4 dargestellte Gate-Treiber 10 ist eine Schaltung, die das Gate des Schaltelements Q treibt. Das Schaltelement Q entspricht dem oben beschriebenen Schaltelement Q1 oder Q2. Der Gate-Treiber 10 beinhaltet eine Treiberschaltung 50, eine Ausschaltstoß-Detektionsschaltung 90, eine Zeitspeicherschaltung 70, eine Schaltbestimmungsschaltung 80 und eine Treiberbedingungsschaltschaltung 60.
Die Treiberschaltung 50 ist eine Schaltung, die das Gate des Schaltelements Q in Reaktion auf ein Eingangssignal von außerhalb des Gate-Treibers 10 treibt. Das Eingangssignal ist ein Signal, das ein Schalten (ein/aus) des Schaltelements Q anweist, zum Beispiel ein pulsbreitenmoduliertes Signal (PWM-Signal). In einem Fall, in dem ein PWM-Signal als das Eingangssignal verwendet wird, repräsentiert das Eingangssignal bei einem aktiven Pegel (z. B. einem hohen Pegel) einen Ein-Befehl zum Einschalten des Schaltelements Q, und das Eingangssignal bei einem inaktiven Pegel (z. B. einem niedrigen Pegel) repräsentiert einen Aus-Befehl zum Ausschalten des Schaltelements Q. Die Treiberschaltung 50 arbeitet unter Verwendung eines elektrischen Potentials an einem Referenzpotentialabschnitt M, der mit der Source S des Schaltelements Q verbunden ist, als Masse (0 V).
Die Ausschaltstoß-Detektionsschaltung 90 detektiert einen Ausschaltstoß, der zwischen dem Drain D und der Source S des Schaltelements Q auftritt, wenn das Schaltelement Q ausgeschaltet wird. Eine Spannung zwischen dem Drain D und der Source S des Schaltelements Q, die über die Leistungsversorgungsspannung Ed hinaus ansteigt, wird als Ausschaltstoßspannung bezeichnet.
Die Ausschaltstoß-Detektionsschaltung 90 misst zum Beispiel eine Spannung zwischen dem Drain D und der Source S des Schaltelements Q (VDS). Wenn die Ausschaltstoß-Detektionsschaltung 90 detektiert, dass die Spannung VDS eine vorbestimmte Größe (Va) überschreitet, bestimmt die Ausschaltstoß-Detektionsschaltung 90, dass beim Ausschalten des Schaltelements Q ein Ausschaltstoß auftritt. Die vorbestimmte Größe Va kann auch als ein „eingestellter Spannungswert Va“ bezeichnet werden. Der eingestellte Spannungswert Va ist auf einen Wert voreingestellt, der größer als ein Spannungswert der Leistungsversorgungsspannung Ed und kleiner als der maximale Wert (Spitzenwert Vp) der Ausschaltstoßspannung ist, der bei der Auslegung auftreten kann. Der Spitzenwert Vp der Ausschaltstoßspannung ist zum Beispiel ein Spannungswert der Spannung VDS, der auftritt, wenn das Schaltelement Q ausgeschaltet wird, während die Leistungsversorgungsspannung Ed bei ihrem maximalen Wert Ed(max) liegt und ein maximaler Hauptstrom (Drain-Strom Id) fließt. Da die Ausschaltstoß-Detektionsschaltung 90 detektiert, ob die Spannung VDS die eingestellte Spannung Va überschreitet, kann die Ausschaltstoß-Detektionsschaltung 90 ein Auftreten eines Ausschaltstoßes in einer Zwischenstufe detektieren, bevor die Ausschaltstoßspannung den Spitzenwert Vp erreicht.
Die Ausschaltstoß-Detektionsschaltung 90 beinhaltet zum Beispiel eine Spannungsdetektionsschaltung 91, die die Spannung VDS durch Widerstände 92 und 93 teilt und die basierend auf einem Spannungswert, der durch Teilen der Spannung VDS durch die Widerstände 92 und 93 erhalten wird, bestimmt, ob eine Größe der Spannung VDS den eingestellten Spannungswert Va überschreitet oder nicht.
Die Ausschaltstoß-Detektionsschaltung 90 kann einen Ausschaltstoß durch ein anderes Verfahren als das oben genannte Verfahren zur Detektion, dass die Spannung VDS die eingestellte Spannung Va überschreitet, detektieren. Zum Beispiel kann die Ausschaltstoß-Detektionsschaltung 90 einen Ausschaltstoß detektieren, indem sie eine vorbestimmte Änderung einer Änderungsrate eines Drain-Stroms Id in Bezug auf die Zeit (dI/dt) detektiert.
Wenn die Ausschaltstoß-Detektionsschaltung 90 ein Auftreten eines Ausschaltstoßes detektiert hat, gibt die Ausschaltstoß-Detektionsschaltung 90 ein Detektionssignal, das anzeigt, dass das Auftreten des Ausschaltstoßes detektiert wurde, an die Zeitspeicherschaltung 70 aus.
Die Zeitspeicherschaltung 70 speichert eine Zeitbreite Δt von einer Zeit, wenn das Eingangssignal auf einen Aus-Befehl geschaltet wird, bis zu einer Zeit, wenn ein Ausschaltstoß von der Ausschaltstoß-Detektionsschaltung 90 detektiert wird. Beispielsweise speichert die Zeitspeicherschaltung 70 die Zeitbreite Δt von einem Flankenzeitpunkt, wenn das Eingangssignal von einem Ein-Befehl auf einem Aus-Befehl wechselt, bis zu einer Zeit, wenn das von der Ausschaltstoß-Detektionsschaltung 90 gelieferte Detektionssignal eingegeben wird, unter Verwendung eines Zählers oder Filters. Die Zeitspeicherschaltung 70 aktualisiert die Zeitbreite Δt bei jedem Ausschalten (d.h. jedes Mal, wenn das Eingangssignal auf einen Aus-Befehl wechselt).
Die Schaltbestimmungsschaltung 80 bestimmt, ob eine Gate-Treiberbedingung des Schaltelements Q geschaltet werden soll oder nicht, entsprechend dem detektierten Wert Edd der Leistungsversorgungsspannung Ed. Zum Beispiel bestimmt die Schaltbestimmungsschaltung 80, dass der Gate-Treiberbedingung geschaltet werden soll, wenn der detektierte Wert Edd gleich oder größer als ein vorbestimmter Bestimmungswert Ed(ref) ist, und die Schaltbestimmungsschaltung 80 bestimmt, dass die Gate-Treiberbedingung nicht geschaltet werden soll, wenn der detektierte Wert Edd kleiner als der Bestimmungswert Ed(ref) ist. Der Bestimmungswert Ed(ref) wird auf einen Spannungswert (=Ed(max)-α) zwischen dem maximalen Wert Ed(max), den die Leistungsversorgungsspannung Ed annehmen kann, und dem minimalen Wert Ed(min), den die Leistungsversorgungsspannung Ed annehmen kann, eingestellt. α ist ein nicht negativer Wert.
Die Schaltbestimmungsschaltung 80 gibt ein Zeitpunktsignal Δtw aus, das die Treiberbedingungsschaltschaltung 60 veranlasst, die Gate-Treiberbedingung des Schaltelements Q zu einem Zwischenzeitpunkt tm zu ändern, entsprechend einem Bestimmungsergebnis, ob die Gate-Treiberbedingung des Schaltelements Q geändert werden soll oder nicht. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Zeitpunkt, wenn die Gate-Treiberbedingung des Schaltelements Q während eines Ausschaltbetriebs des Schaltelements Q geändert wird, so dass eine Schaltgeschwindigkeit des Schaltelements Q während seines Ausschaltens geändert wird, als der Zwischenzeitpunkt tm bezeichnet. Der Zwischenzeitpunkt tm liegt zu einer Zeit, bevor eine Ausschaltstoßspannung ihren Spitzenwert erreicht.
Zu einer Zeit eines aktuellen Ausschaltens, entsprechend dem Bestimmungsergebnis der Schaltbestimmungsschaltung 80, ändert die Treiberbedingungsschaltschaltung 60 die Gate-Treiberbedingung zu dem Zwischenzeitpunkt tm, das heißt nach Ablauf einer Zeit, die der Zeitbreite Δt entspricht, die in der Zeitspeicherschaltung 70 zu einer Zeit eines vorherigen Ausschaltens gespeichert wurde, nachdem das Ausschalten des Schaltelements Q eingeleitet wurde.
In Reaktion auf eine Ausgabe des Zeitpunktsignals Δtw von der Schaltbestimmungsschaltung 80 ändert die Treiberbedingungsschaltschaltung 60 die Gate-Treiberbedingung des Schaltelements Q zu dem von der Schaltbestimmungsschaltung 80 bestimmten Zwischenzeitpunkt tm. In 4 werden Treiberbedingungen a1 und a2, die jeweils verschiedene Bedingungen haben, als die Gate-Treiberbedingungen veranschaulicht. Es können jedoch mehr als zwei verschiedene Treiberbedingungen in der Treiberbedingungsschaltschaltung 60 eingestellt sein.
Die Treiberbedingungsschaltschaltung 60 wählt eine der Treiberbedingungen a1 und a2 entsprechend dem Zeitpunktsignal Δtw aus. Zum Beispiel wählt die Treiberbedingungsschaltschaltung 60 die Treiberbedingung a1 während einer Periode aus, in der das Zeitpunktsignal Δtw nicht von der Schaltbestimmungsschaltung 80 ausgegeben wird, und wählt die Treiberbedingung a2 während einer Periode aus, in der das Zeitpunktsignal Δtw von der Schaltbestimmungsschaltung 80 ausgegeben wird.
In einem Fall, in dem die Treiberbedingung a2 zu einer Zeit eines aktuellen Ausschaltens ausgewählt wird, ändert die Treiberbedingungsschaltschaltung 60 die Gate-Treiberbedingung in eine Bedingung, in der die Ausschaltgeschwindigkeit des Schaltelements Q abnimmt, zu dem Zwischenzeitpunkt tm, das heißt nach Ablauf einer Zeit, die der Zeitbreite Δt entspricht, die in der Zeitspeicherschaltung 70 zu einer Zeit eines vorherigen Ausschaltens gespeichert wurde, nachdem das Ausschalten des Schaltelements Q eingeleitet wurde.
Die Treiberbedingungsschaltschaltung 60 beinhaltet zum Beispiel zwei Gate-Widerstände, die jeweils einen unterschiedlichen Widerstandswert haben, und eine Schaltschaltung zum Schalten zwischen den zwei Gate-Widerständen, die mit dem Gate des Schaltelements Q verbunden ist. Der Widerstandswert des Gate-Widerstands, der mit dem Gate des Schaltelements Q verbunden ist, wenn die Treiberbedingung a1 ausgewählt ist, ist kleiner als der Widerstandswert des Gate-Widerstands, der mit dem Gate des Schaltelements Q verbunden ist, wenn die Treiberbedingung a2 ausgewählt ist.
Dementsprechend erhöht sich während eines Ausschaltbetriebs des Schaltelements Q durch die Treiberschaltung 50, indem die Treiberbedingung a1 ausgewählt wird, in der der Widerstandswert des Gate-Widerstands verringert wird, eine Schaltgeschwindigkeit (Ausschaltgeschwindigkeit) des Schaltelements Q. Daher können Schaltverluste beim Ausschalten reduziert werden. Derweil verringert sich während des Ausschaltbetriebs des Schaltelements Q durch die Treiberschaltung 50, indem die Treiberbedingung a2 ausgewählt wird, in der der Widerstandswert des Gate-Widerstands erhöht wird, die Schaltgeschwindigkeit (Ausschaltgeschwindigkeit) des Schaltelements Q. Daher kann, da eine Änderungsrate (dI/dt) eines durch das Schaltelement Q fließenden Drain-Stroms in Bezug auf die Zeit abnimmt, eine Ausschaltstoßspannung unterdrückt werden.
Die Treiberbedingungsschaltschaltung 60 kann auch so konfiguriert sein, dass sie zwei Stromquellen zum Liefern von Strom an das Gate des Schaltelements Q hat (diese können auch als „Gate-Stromquellen“ bezeichnet werden), von denen jede eine unterschiedliche Größe des Stroms (Stromwert) liefert, und dass sie eine Schaltschaltung zum Schalten zwischen den zwei Gate-Stromquellen hat, die mit dem Gate des Schaltelements Q verbunden ist. Der Stromwert der Gate-Stromquelle, die mit dem Gate des Schaltelements Q verbunden ist, wenn die Treiberbedingung a1 ausgewählt ist, ist größer als der Stromwert der Gate-Stromquelle, die mit dem Gate des Schaltelements Q verbunden ist, wenn die Treiberbedingung a2 gewählt ist. Alternativ kann die Treiberbedingungsschaltschaltung 60 zwei Spannungsquellen (diese können auch als „Gate-Spannungsquellen“ bezeichnet werden) zum Anlegen einer Spannung an das Gate des Schaltelements Q haben, von denen jede eine unterschiedliche Größe der Spannung (Spannungswert) ausgibt, und eine Schaltschaltung zum Schalten zwischen den zwei Gate-Spannungsquellen, die mit dem Gate des Schaltelements Q verbunden ist. Der Spannungswert der Gate-Spannungsquelle, die mit dem Gate des Schaltelements Q verbunden ist, wenn die Treiberbedingung a1 ausgewählt ist, ist größer als der Spannungswert der Gate-Spannungsquelle, die mit dem Gate des Schaltelements Q verbunden ist, wenn die Treiberbedingung a2 ausgewählt ist.
Dementsprechend erhöht sich während eines Ausschaltbetriebs des Schaltelements Q durch die Treiberschaltung 50, indem die Treiberbedingung a1 ausgewählt wird, in der die Größe des Stroms, der in das Gate fließt, oder die Größe der Spannung, die an das Gate angelegt wird, erhöht wird, eine Schaltgeschwindigkeit (Ausschaltgeschwindigkeit) des Schaltelements Q. Daher können Schaltverluste beim Ausschalten reduziert werden, indem die Treiberbedingung a1 ausgewählt wird, in der ein Stromwert der Gate-Stromquelle oder ein Spannungswert der Gate-Spannungsquelle während des Ausschaltbetriebs des Schaltelements Q durch die Treiberschaltung 50 erhöht wird. Derweil verringert sich während eines Ausschaltbetriebs des Schaltelements Q durch die Treiberschaltung 50 die Schaltgeschwindigkeit (Ausschaltgeschwindigkeit) des Schaltelements Q, indem die Treiberbedingung a2 ausgewählt wird, in der die Größe des Stroms, der in das Gate fließt, oder die Größe der Spannung, die an das Gate angelegt wird, verringert wird. Daher nimmt während des Ausschaltbetriebs des Schaltelements Q durch die Treiberschaltung 50, indem die Treiberbedingung a2 ausgewählt wird, in der der Stromwert der Gate-Stromquelle oder der Spannungswert der Gate-Spannungsquelle verringert wird, eine Änderungsrate (dI/dt) eines durch das Schaltelement Q fließenden Drain-Stroms in Bezug auf die Zeit ab, und eine Ausschaltstoßspannung kann unterdrückt werden.
Die Schaltbestimmungsschaltung 80 bestimmt, ob die Gate-Treiberbedingungen des Schaltelements Q geschaltet werden oder nicht, entsprechend dem detektierten Wert Edd der Leistungsversorgungsspannung Ed. Zu einer Zeit eines aktuellen Ausschaltens ändert die Treiberbedingungsschaltschaltung 60 die Gate-Treiberbedingung zu dem Zwischenzeitpunkt tm, das heißt nach Ablauf einer Zeit, die der Zeitbreite Δt entspricht, die in der Zeitspeicherschaltung 70 zu einer Zeit eines des vorherigen Ausschaltens gespeichert wurde, entsprechend einem Bestimmungsergebnis der Schaltbestimmungsschaltung 80. Da entsprechend der Größe der Leistungsversorgungsspannung Ed geschaltet werden kann, ob die Gate-Treiberbedingung geändert werden soll oder nicht, ist es daher möglich, sowohl die Ausschaltstoßspannung zu unterdrücken als auch die Schaltverluste zu reduzieren, selbst wenn die Leistungsversorgungsspannung Ed variiert.
Zum Beispiel kann es in einer Situation, in der eine an das Schaltelement Q angelegte Ausschaltstoßspannung aufgrund einer Abnahme der Leistungsversorgungsspannung Ed relativ niedrig ist, verboten sein, die Gate-Treiberbedingung in eine Bedingung zu schalten, in der eine Ausschaltgeschwindigkeit des Schaltelements Q abnimmt. Dementsprechend ist es in einer Situation, in der die Ausschaltstoßspannung aufgrund der Abnahme der Leistungsversorgungsspannung Ed abnimmt, möglich, einen Anstieg der Ausschaltverluste zu unterdrücken, der auftritt, weil eine Änderungsrate dI/dt des Drain-Stroms in Bezug auf die Zeit zu einer Zeit eines Ausschaltens sanft wird.
Als nächstes werden unter Bezugnahme auf 4, 5 und 6 Unterschiede im Betrieb des Gate-Treibers 10 in Abhängigkeit von einer Größe der Leistungsversorgungsspannung Ed beschrieben.
5 ist ein Zeitpunktdiagramm, das ein Beispiel für den Betrieb des Gate-Treibers 10 darstellt, wenn der detektierte Wert Edd der Leistungsversorgungsspannung Ed gleich oder größer als der Bestimmungswert Ed(ref) ist (genauer gesagt, wenn die Leistungsversorgungsspannung Ed bei dem Maximalwert Ed(max) liegt).
Die Treiberschaltung 50 liefert ein Steuersignal (Gate-Treibersignal) an einen Steueranschluss (Gate) des Schaltelements Q durch die Treiberbedingungsschaltschaltung 60, entsprechend einem Eingangssignal, das ein Schalten des Schaltelements Q bewirkt. In diesem Beispiel stellt ein Eingangssignal mit hohem Pegel einen Ein-Befehl des Schaltelements Q dar, und ein Eingangssignal mit niedrigem Pegel stellt einen Aus-Befehl des Schaltelements Q dar. Man beachte, dass in der folgenden Beschreibung ein Betrieb des Gate-Treibers 10 von einer Zeit beschrieben wird, wenn ein n-tes (n ist eine ganze Zahl größer als 0) Eingangssignal mit hohem Pegel (Ein-Befehl) in die Treiberschaltung 50 eingegeben wird, wie in 5 dargestellt.
Wenn das Eingangssignal von einem Aus-Befehl in einen Ein-Befehl geändert wird, beginnt das Schaltelement Q entsprechend dem Steuersignal, das in den Steueranschluss eingegeben wird, einzuschalten (zur Zeit t1). Die Drain-Source-Spannung VDS des Schaltelements Q beginnt abzunehmen, und der Drain-Strom Id beginnt zu steigen.
Danach, wenn das Eingangssignal von einem Ein-Befehl in einen Aus-Befehl geändert wird, beginnt das Schaltelement Q entsprechend dem Steuersignal, das in den Steueranschluss eingegebenen wird, auszuschalten (zur Zeit t2). Zu der gleichen Zeit wie das Eingangssignal in einen Aus-Befehl geändert wird, beginnt die Zeitspeicherschaltung 70, die Zeitbreite Δt zu messen. Zum Beispiel beginnt die Zeitspeicherschaltung 70, nachdem das Eingangssignal in einen Aus-Befehl geändert wird, von einem vorbestimmten Zählstartwert zu zählen, so dass die Zeitbreite Δt durch einen Zahlenwert oder einen Spannungswert ausgedrückt werden kann.
Wenn das Ausschalten des Schaltelements Q eingeleitet wird und ein Ausschaltstoß von der Ausschaltstoß-Detektionsschaltung 90 detektiert wird, gibt die Ausschaltstoß-Detektionsschaltung 90 ein Detektionssignal an die Zeitspeicherschaltung 70 aus, das anzeigt, dass der Ausschaltstoß detektiert wurde.
Die Zeitspeicherschaltung 70 stoppt die Zählung zu der gleichen Zeit wie das Detektionssignal, das von der Ausschaltstoß-Detektionsschaltung 90 geliefert wird, eingegeben wird, speichert einen Messwert Δt1 der Zeitbreite Δt für das n-te Ausschalten und gibt ein Signal, das den Messwert Δt1 darstellt, an die Schaltbestimmungsschaltung 80 aus. Jedes Mal, wenn das Schaltelement Q ausgeschaltet wird, speichert die Zeitspeicherschaltung 70 einen Messwert der Zeitbreite Δt für das Ausschalten und gibt ein Signal, das den Messwert der Zeitbreite Δt darstellt, an die Schaltbestimmungsschaltung 80 aus.
Da in 5 der detektierte Wert Edd der Leistungsversorgungsspannung Ed zu einer aktuellen Zeit (zu der Zeit des n-ten Ausschaltens) größer ist als der Bestimmungswert Ed(ref), bestimmt die Schaltbestimmungsschaltung 80, dass die Gate-Treiberbedingung geschaltet werden soll. Die Schaltbestimmungsschaltung 80 gibt das Zeitpunktsignal Δtw zur Zeit t3 aus, das heißt zu einer Zeit, wenn die Zeitbreite Δt, die einem Messwert Δt0 entspricht, seit einer Zeit abgelaufen ist, zu der das Eingangssignal von einem Ein-Befehl in einen Aus-Befehl geändert wurde. In der vorliegenden Ausführungsform stellt der Messwert Δt0 einen Messwert der Zeitbreite Δt dar, der von der Zeitspeicherschaltung 70 für ein vorheriges Ausschalten ((n-1)-tes Ausschalten) erhalten wird. Die Zeit t3 entspricht dem oben beschriebenen Zwischenzeitpunkt tm. Man beachte, dass die Zeit t2, die eine Zeit eines Startens einer Messung der Zeitbreite Δt durch die Zeitspeicherschaltung 70 ist, ein Zeitpunkt sein kann, wenn das Eingangssignal von einem Ein-Befehl in einen Aus-Befehl geändert wird, aber auch ein Zeitpunkt sein kann, wenn die Treiberschaltung 50 in Reaktion darauf, dass das Eingangssignal von dem Ein-Befehl in den Aus-Befehl geschaltet wird, einen Ausschaltbetrieb des Schaltelements Q startet.
Wie oben beschrieben, beginnt die Drain-Source-Spannung VDS während einer Periode von der Zeit t2 (wenn der Ausschaltbetrieb gestartet wird) bis zu der Zeit t3 zu steigen, während die Gate-Treiberbedingung bei der Treiberbedingung a1 verbleibt. Da die Treiberbedingung a1 eine Bedingung ist, die eine Ausschaltgeschwindigkeit im Vergleich zu der Treiberbedingung a2 erhöht, wird die Schaltgeschwindigkeit während einer ersten Hälfte einer Ausschaltperiode beschleunigt, und dadurch werden Schaltverluste reduziert.
Wenn eine Zeit, die einem Miller-Plateau des Schaltelements Q entspricht, abläuft und der Drain-Strom Id beginnt, rapide abzunehmen, tritt eine Stoßspannung in Proportion zu einer Änderungsrate des Drain-Stroms Id in Bezug auf die Zeit auf. Wenn jedoch zur Zeit t3 eine Ausgabe des Zeitpunktsignals Δtw gestartet wird, wird die Gate-Treiberbedingung von der Treiberbedingung a1 in die Treiberbedingung a2 geschaltet, so dass die Schaltgeschwindigkeit während der zweiten Hälfte der Ausschaltperiode reduziert wird und eine Ausschaltstoßspannung reduziert werden kann (siehe Kreise b in 5). Beispielsweise kann die Treiberbedingungsschaltschaltung 60 zur Zeit t3 einen Widerstandswert des Gate-Widerstands erhöhen, der mit dem Gate des Schaltelements Q verbunden ist, oder sie kann zur Zeit t3 einen Stromwert des Gate-Stromes verringern, der in das Gate des Schaltelements Q fließt.
Zur Zeit t4, das heißt zu einer Zeit, wenn eine vorbestimmte Zeit nach der Zeit t3 abläuft, wenn die Gate-Treiberbedingung in die Treiberbedingung a2 geändert wird, in der die Ausschaltgeschwindigkeit abnimmt, stellt die Treiberbedingungsschaltschaltung 60 die Gate-Treiberbedingung zu einer ursprünglichen Gate-Treiberbedingung (Gate-Treiberbedingung a1) zurück, welche die Gate-Treiberbedingung vor der Änderung ist. Die Zeit t4 ist eine Zeit vor einer Zeit t5, und die Zeit t5 ist eine Zeit, wenn das Eingangssignal auf den nächsten Ein-Befehl wechselt.
Die Zeiten t5 bis t8 beim (n+1)-ten Schalten entsprechen jeweils den Zeiten t1 bis t4 bei dem oben beschriebenen n-ten Schalten. Das heißt, die Schaltbestimmungsschaltung 80 gibt das Zeitpunktsignal Δtw zur Zeit t7 aus, wenn die Zeitbreite Δt, die einem Messwert Δt1 entspricht, seit der Zeit t6 abgelaufen ist, wenn das Eingangssignal von einem Ein-Befehl in einen Aus-Befehl geändert wird. Der Messwert Δt1 entspricht dem Messwert der Zeitbreite Δt, den die Zeitspeicherschaltung 70 zu einer Zeit des n-ten Ausschaltens erhält. Die Zeit t7 entspricht dem oben erwähnten Zwischenzeitpunkt tm. Die Zeit t6, die eine Zeit eines Startens einer Messung der Zeitbreite Δt durch die Zeitspeicherschaltung 70 ist, kann ein Zeitpunkt sein, wenn das Eingangssignal von einem Ein-Befehl in einen Aus-Befehl geändert wird, aber kann auch ein Zeitpunkt sein, wenn die Treiberschaltung 50 einen Ausschaltbetrieb des Schaltelements Q in Reaktion auf das Schalten des Eingangssignals von dem Ein-Befehl in den Aus-Befehl beginnt.
Derweil ist 6 ein Zeitpunktdiagramm, das ein Beispiel für den Betrieb des Gate-Treibers 10 darstellt, wenn der detektierte Wert Edd der Leistungsversorgungsspannung Ed kleiner als der Bestimmungswert Ed(ref) ist (genauer gesagt, wenn die Leistungsversorgungsspannung Ed der minimale Wert Ed(min) ist).
In diesem Fall bestimmt die Schaltbestimmungsschaltung 80, dass die Gate-Treiberbedingung nicht geschaltet wird, weil der detektierte Wert Edd der Leistungsversorgungsspannung Ed zu der aktuellen Zeit kleiner ist als der Bestimmungswert Ed(ref). Das heißt, die Schaltbestimmungsschaltung 80 gibt zur Zeit t3 nicht das Zeitpunktsignal Δtw aus. Dementsprechend wird während des Ausschaltens die Gate-Treiberbedingung bei der Treiberbedingung a1 belassen, ohne zu der Treiberbedingung a2 zu schalten. Dadurch wird eine Erhöhung von Ausschaltverlusten, die durch eine Reduzierung der Schaltgeschwindigkeit verursacht wird, verhindert (siehe Kreis c). Außerdem übersteigt, auch wenn eine Reduzierung der Ausschaltstoßspannung durch Reduzierung der Schaltgeschwindigkeit nicht aktiv durchgeführt wird (siehe Kreis d), die an das Schaltelement Q angelegte Ausschaltstoßspannung nicht die Spannungsfestigkeit des Schaltelements Q, da die niedrige Leistungsversorgungsspannung Ed nicht zu einer zu hohen Ausschaltstoßspannung führt.
Das heißt, in einer Situation, in der eine in dem Schaltelement Q auftretende Ausschaltstoßspannung aufgrund einer Abnahme der Leistungsversorgungsspannung Ed relativ niedrig ist, kann es verboten sein, die Gate-Treiberbedingung in eine Bedingung zu schalten, in der eine Ausschaltgeschwindigkeit des Schaltelements Q abnimmt. Dementsprechend ist es in einer Situation, in der die Ausschaltstoßspannung aufgrund der Abnahme der Leistungsversorgungsspannung Ed abnimmt, möglich, einen Anstieg der Ausschaltverluste zu unterdrücken, der auftritt, weil eine Änderungsrate dI/dt des Drain-Stroms in Bezug auf die Zeit zu einer Zeit eines Ausschaltens sanft wird. Daher können gemäß der Methode der vorliegenden Offenbarung sowohl eine Unterdrückung einer Ausschaltstoßspannung als auch eine Reduzierung von Schaltverlusten erreicht werden, auch wenn die Leistungsversorgungsspannung Ed variiert.
Hierbei kann, da die Größe der Ausschaltstoßspannung entsprechend einer Temperatur des Schaltelements Q variiert, die Schaltbestimmungsschaltung 80 den Bestimmungswert Ed(ref) entsprechend der Temperatur des Schaltelements Q (welche eine Umgebungstemperatur des Schaltelements Q beinhalten kann) ändern. Da ein Bestimmungskriterium, ob die Gate-Treiberbedingung geändert werden soll oder nicht, entsprechend der Temperatur des Schaltelements Q angepasst werden kann, ist es dementsprechend möglich, die Kompatibilität der Reduzierung der Ausschaltstoßspannung und der Reduzierung der Schaltverluste auch dann beizubehalten, wenn die Temperatur des Schaltelements Q variiert. In einem Fall, in dem der Bestimmungswert Ed(ref) als „Ed(max)-α“ definiert ist, ändert die Schaltbestimmungsschaltung 80 den Bestimmungswert Ed(ref) durch Änderung von α.
Zum Beispiel beinhaltet der Gate-Treiber 10, wie in 4 dargestellt, eine Temperaturdetektionsschaltung 20 zur Detektion der Temperatur des Schaltelements Q. Die Temperaturdetektionsschaltung 20 detektiert die Temperatur des Schaltelements Q durch Anlegen eines konstanten Stroms an eine in der Nähe des Schaltelements Q bereitgestellte Diode und durch Messen einer Vorwärtsspannung der Diode. Die Temperaturdetektionsschaltung 20 kann die Temperatur des Schaltelements Q durch Verwendung anderer Verfahren detektieren. Die Schaltbestimmungsschaltung 80 kann den Bestimmungswert Ed(ref) entsprechend der von der Temperaturdetektionsschaltung 20 detektierten Temperatur ändern.
Das Schaltelement Q hat eine Eigenschaft, so dass die Größe der Ausschaltstoßspannung abnimmt, wenn eine Temperatur des Schaltelements Q zunimmt. Angesichts dieser Eigenschaft kann die Schaltbestimmungsschaltung 80 in einem Fall, in dem eine Temperatur des Schaltelements Q hoch ist, bewirken, dass der Bestimmungswert Ed(ref) höher ist als in einem Fall, in dem die Temperatur des Schaltelements Q niedrig ist. Somit kann es zum Beispiel in einem Fall, in dem eine in dem Schaltelement Q auftretende Ausschaltstoßspannung aufgrund eines Temperaturanstiegs in dem Schaltelement Q relativ niedrig wird, verboten werden, eine Gate-Treiberbedingung in eine Bedingung zu schalten, in der eine Ausschaltgeschwindigkeit des Schaltelements Q abnimmt. Dementsprechend ist es möglich, den Anstieg der Ausschaltverluste zu unterdrücken, der auftritt, weil eine Änderungsrate dI/dt des Drain-Stroms in Bezug auf die Zeit zu einer Ausschaltzeit sanft wird, wenn die Ausschaltstoßspannung aufgrund des Temperaturanstiegs in dem Schaltelement Q abnimmt. In einem Fall, in dem der Bestimmungswert Ed(ref) als „Ed(max)-α“ definiert ist, kann die Schaltbestimmungsschaltung 80 den Bestimmungswert Ed(ref) durch Verringerung von α erhöhen.
Obwohl der Gate-Treiber und der Leistungswandler gemäß den Ausführungsformen beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Verschiedene Modifikationen und Verbesserungen, wie zum Beispiel Kombinationen und Substitutionen mit einigen oder allen anderen Ausführungsformen, sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich.
Beispielsweise ist ein Leistungswandler, der mindestens einen Gate-Treiber beinhaltet, nicht auf einen DC-DC-Wandler beschränkt, der Gleichstrom in einen anderen Gleichstrom umwandelt. Beispiele für den Leistungswandler beinhalten einen Wechselrichter zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom, einen Aufwärtswandler zum Erhöhen einer Eingangsspannung und Ausgeben der erhöhten Spannung, einen Abwärtswandler zum Verringern einer Eingangsspannungsgröße und Ausgeben der verringerten Spannung und einen Abwärts-/Aufwärtswandler, der bewirkt, dass eine Ausgangsspannungsgröße größer oder kleiner als eine Eingangsspannungsgröße ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4935266 [0008]

Claims

Ein Gate-Treiber, welcher umfasst: eine Treiberschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie ein Gate eines Schaltelements, das zwischen einem hohen elektrischen Potentialausgang einer Leistungsversorgung und einem niedrigen elektrischen Potentialausgang der Leistungsversorgung verbunden ist, entsprechend einem Eingangssignal treibt, das einen Befehl zum Einschalten oder zum Ausschalten des Schaltelements anzeigt; eine Ausschaltstoß-Detektionsschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie einen Ausschaltstoß detektiert, der in dem Schaltelement auftritt; eine Zeitspeicherschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Zeitbreite von einer Zeit, wenn das Eingangssignal auf einen Befehl zum Ausschalten des Schaltelements geschaltet wird, bis zu einer Zeit, wenn die Ausschaltstoß-Detektionsschaltung ein Auftreten des Ausschaltstoßes detektiert, speichert; eine Schaltbestimmungsschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie bestimmt, ob eine Gate-Treiberbedingung des Schaltelements geschaltet wird oder nicht, entsprechend einem detektierten Wert einer Leistungsversorgungsspannung, wobei die Leistungsversorgungsspannung eine Potentialdifferenz zwischen dem hohen elektrischen Potentialausgang der Leistungsversorgung und dem niedrigen elektrischen Potentialausgang der Leistungsversorgung ist; und eine Treiberbedingungsschaltschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie die Gate-Treiberbedingung in Reaktion auf eine Bestimmung durch die Schaltbestimmungsschaltung, die Gate-Treiberbedingung zu schalten, schaltet, wobei die Treiberbedingungsschaltschaltung so konfiguriert ist, dass sie die Gate-Treiberbedingung schaltet, wenn eine Zeit entsprechend der bei einem vorherigen Ausschalten des Schaltelements gespeicherten Zeitbreite abgelaufen ist, nachdem ein aktuelles Ausschalten des Schaltelements gestartet wird.
Der Gate-Treiber nach Anspruch 1, wobei die Schaltbestimmungsschaltung so konfiguriert ist, dass sie in Reaktion darauf, dass der detektierte Wert der Leistungsversorgungsspannung gleich oder größer als ein Bestimmungswert ist, bestimmt, die Gate-Treiberbedingung zu schalten, und so konfiguriert ist, dass sie in Reaktion darauf, dass der detektierte Wert der Leistungsversorgungsspannung kleiner als der Bestimmungswert ist, bestimmt, die Gate-Treiberbedingung nicht zu schalten.
Der Gate-Treiber nach Anspruch 2, wobei die Schaltbestimmungsschaltung so konfiguriert ist, dass sie den Bestimmungswert entsprechend einer Temperatur des Schaltelements ändert.
Der Gate-Treiber nach Anspruch 3, wobei in einem Fall, in dem die Temperatur hoch ist, die Schaltbestimmungsschaltung so konfiguriert ist, dass sie bewirkt, dass der Bestimmungswert höher ist als ein Bestimmungswert in einem Fall, in dem die Temperatur niedrig ist.
Der Gate-Treiber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Treiberbedingungsschaltschaltung so konfiguriert ist, dass sie die Gate-Treiberbedingung in eine Bedingung schaltet, in der eine Ausschaltgeschwindigkeit des Schaltelements abnimmt, wenn die Zeit entsprechend der bei dem vorherigen Ausschalten des Schaltelements gespeicherten Zeitbreite abgelaufen ist, nachdem das aktuelle Ausschalten des Schaltelements gestartet wird.
Der Gate-Treiber nach Anspruch 5, wobei die Treiberbedingungsschaltschaltung so konfiguriert ist, dass sie einen Widerstand eines Gate-Widerstands, der mit dem Gate des Schaltelementes verbunden ist, erhöht, um die Ausschaltgeschwindigkeit zu verringern.
Der Gate-Treiber nach Anspruch 5, wobei die Treiberbedingungsschaltschaltung so konfiguriert ist, dass sie eine Größe eines Stromflusses des Gates reduziert, um die Ausschaltgeschwindigkeit zu verringern.
Der Gate-Treiber nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Treiberbedingungsschaltschaltung so konfiguriert ist, dass sie die Gate-Treiberbedingung in eine ursprüngliche Gate-Treiberbedingung zurückführt, wenn eine vorbestimmte Zeit abläuft, nachdem die Gate-Treiberbedingung in die Bedingung geschaltet wird, in der eine Ausschaltgeschwindigkeit des Schaltelementes abnimmt.
Der Gate-Treiber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Treiberbedingungsschaltschaltung so konfiguriert ist, dass sie die Gate-Treiberbedingung zu einer Zeit schaltet, bevor eine an das Schaltelement angelegte Ausschaltstoßspannung einen Spitzenwert erreicht.
Ein Leistungswandler, welcher umfasst: ein Schaltelement, das zwischen einem hohen elektrischen Potentialausgang einer Leistungsversorgung und einem niedrigen elektrischen Potentialausgang der Leistungsversorgung verbunden ist; eine Treiberschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie ein Gate des Schaltelements entsprechend einem Eingangssignal treibt, das einen Befehl zum Einschalten oder zum Ausschalten des Schaltelements anzeigt; eine Ausschaltstoß-Detektionsschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie einen Ausschaltstoß detektiert, der in dem Schaltelement auftritt; eine Zeitspeicherschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Zeitbreite von einer Zeit, wenn das Eingangssignal auf einen Befehl zum Ausschalten des Schaltelements geschaltet wird, bis zu einer Zeit, wenn die Ausschaltstoß-Detektionsschaltung ein Auftreten des Ausschaltstoßes detektiert, speichert; eine Leistungsversorgungsspannungs-Detektionsschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie als eine Leistungsversorgungsspannung eine Potentialdifferenz zwischen dem hohen elektrischen Potentialausgang der Leistungsversorgung und dem niedrigen elektrischen Potentialausgangs der Leistungsversorgung detektiert; eine Schaltbestimmungsschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie bestimmt, ob eine Gate-Treiberbedingung des Schaltelements geschaltet wird oder nicht, entsprechend der von der Leistungsversorgungsspannungs-Detektionsschaltung detektierten Leistungsversorgungsspannung; und eine Treiberbedingungsschaltschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie die Gate-Treiberbedingung in Reaktion auf eine Bestimmung durch die Schaltbestimmungsschaltung, dass die Gate-Treiberbedingung geschaltet werden soll, schaltet, wobei die Treiberbedingungsschaltschaltung so konfiguriert ist, dass sie die Gate-Treiberbedingung schaltet, wenn eine Zeit entsprechend der bei einem vorherigen Ausschalten des Schaltelements gespeicherten Zeitbreite abgelaufen ist, nachdem ein aktuelles Ausschalten des Schaltelements gestartet wird.
Der Leistungswandler nach Anspruch 10, welcher ferner umfasst: einen Spannungsteiler, der so konfiguriert ist, dass er die Leistungsversorgungsspannung teilt und eine geteilte Spannung ausgibt; und einen Isolationsverstärker, der so konfiguriert ist, dass er einen detektierten Wert der Leistungsversorgungsspannung ausgibt, indem er die geteilte Spannung von dem Spannungsteiler empfängt.
Der Leistungswandler nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Schaltelement eine Vorrichtung mit breiter Bandlücke ist.