JP2010283973A - パワースイッチング素子の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パワースイッチング素子Ｓｗのゲートに電荷を充放電することでパワースイッチング素子Ｓｗを駆動するに際し、ゲートに蓄えられる電荷量の変化速度の調節に制約が生じやすいこと。
【解決手段】パワースイッチング素子Ｓｗのゲートに電荷を充電するための電源２２とゲートとの間には、充電用スイッチング素子Ｓｃ１、Ｓｃ２、…の並列接続体が直列接続されている。また、パワースイッチング素子Ｓｗのゲート及びエミッタＥには、放電用スイッチング素子Ｓｄ１，Ｓｄ２…の並列接続体が直列接続されている。これら充電用スイッチング素子Ｓｃ１，Ｓｃ２…や放電用スイッチング素子Ｓｄ１，Ｓｄ２…は、半導体集積回路（ＩＣ２０）内に形成されている。これらのうちオン状態とするものは、ＥＥＰＲＯＭ２４ａ内に記憶されたスイッチングパターンによって規定される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電圧制御形のパワースイッチング素子の導通制御端子に電荷を充放電することで前記パワースイッチング素子を駆動するパワースイッチング素子の駆動装置に関する。

従来、この種の駆動装置としては、パワースイッチング素子の導通制御端子に蓄えられる電荷の変化速度（充電速度、放電速度）を調節すべく、線形素子としての抵抗体であるいわゆるゲート抵抗を導通制御端子に接続することが周知である。

また、従来、例えば下記特許文献１に見られるように、パワーＭＯＳ型電界効果トランジスタを流れる電流に応じてゲート抵抗を切り替えるものも提案されている。これにより、スイッチング状態の切り替えに伴うサージが大きくなる状況下、これを抑制しつつも、スイッチング損失を極力低減することができる。

特許第３２８７００９号公報

ところで、導通制御端子の充放電速度がゲート抵抗の抵抗値によって調節可能ということは、充放電速度がゲート抵抗の抵抗値によって制限されることを意味する。このため、パワースイッチング素子等の仕様毎にゲート抵抗を選択する必要があり、様々な仕様に対して汎用性を持たせることが困難である。

また、上記のようにゲート抵抗を可変する手段を備える場合、複数のゲート抵抗を備えることで、駆動装置の回路規模が増大するおそれがある。特に、近年、駆動装置の小型化等のため、ゲート抵抗に接続されるスイッチング素子等を集積回路にて構成することがなされているが、この場合、集積回路とゲート抵抗とを接続するための端子数が増大するという問題もある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電圧制御形のパワースイッチング素子の導通制御端子に電荷を充放電することで前記パワースイッチング素子を駆動するに際し、導通制御端子に蓄えられる電荷量の変化速度をより適切に調節することができるパワースイッチング素子の駆動装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、電圧制御形のパワースイッチング素子の導通制御端子に電荷を充放電することで前記パワースイッチング素子を駆動するパワースイッチング素子の駆動装置において、前記電荷を充電するための充電経路及び前記電荷を放電するための放電経路の少なくとも一方は、前記導通制御端子に接続される単一の電気経路に、複数のスイッチング素子の並列接続体が直列接続されて構成されていることを特徴とする。

上記発明では、上記少なくとも一方の経路に電流を流す際に複数のスイッチング素子のいくつをオン状態とするかに応じて、またいずれをオン状態とするかに応じて、電流の流通経路の抵抗値を調節することができる。このため、パワースイッチング素子の導通制御端子に蓄えられる電荷の変化速度をより適切に調節することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記少なくとも一方の経路に電流を流すに際しオン状態とする前記複数のスイッチング素子を、該複数のスイッチング素子の温度に応じて可変設定することを特徴とする。

スイッチング素子の温度が高いほど、スイッチング素子のオン抵抗は大きくなる傾向がある。上記発明では、この点に鑑み、温度に応じてオン状態とするスイッチング素子を可変設定することで、上記少なくとも一方の電流の流通経路の抵抗値が温度変化によって変化することを好適に抑制することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記複数のスイッチング素子は、そのオン抵抗値が互いに等しく設定されていることを特徴とする。

上記発明では、複数のスイッチング素子のオン抵抗値が互いに等しいために、上記少なくとも一方の電流の流通経路の抵抗値の調節に際し、オン状態とするものの数の変化による上記流通経路の抵抗値の変化を容易に把握することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記複数のスイッチング素子は、そのオン抵抗値が互いに相違するものを含むことを特徴とする。

上記発明では、複数のスイッチング素子のうちのオン状態とするものの数を多くしなくても、上記少なくとも一方の電流の流通経路の抵抗値を様々な値とすることができる。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記互いに相違するオン抵抗値は、公比が「２」の等比級数を構成することを特徴とする。

上記オン抵抗を有したスイッチング素子群は、その面積が公比を「１／２」とする等比級数によって簡易に構成することができる。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記複数のスイッチング素子のうちオン状態とするものを、前記パワースイッチング素子のスイッチング状態の切り替えに先立って決定することを特徴とする。

上記発明では、導通制御端子に蓄えられる電荷の変化速度を可変設定することができる。このため、パワースイッチング素子のスイッチング状態の切り替え時の電力損失の低減要求とサージの低減要求との優先度合いに応じて、これらの要求に応じることができる。

請求項７記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記複数のスイッチング素子のうちオフ状態とするものを、前記パワースイッチング素子のスイッチング状態の切り替え期間の途中で変化させることを特徴とする。

上記発明では、導通制御端子に蓄えられる電荷の変化速度を、パワースイッチング素子のスイッチング状態の切り替え期間の途中で可変設定することができる。このため、パワースイッチング素子のスイッチング状態の切り替え時の電力損失の低減とサージの低減との好適な両立を図ることができる。

請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発明において、前記複数のスイッチング素子のうちオン状態とするスイッチング素子を記憶する不揮発性の記憶手段を更に備えることを特徴とする。

上記発明では、記憶手段を備えることで、複数のスイッチング素子のうちのいずれをオン状態とするかを都度指示する必要性を回避可能である。

請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発明において、前記複数のスイッチング素子は、集積回路を構成するものであり、前記集積回路と前記導通制御端子とは、ディスクリート部品としての抵抗体を備えることなく電気的に接続されていることを特徴とする。

上記発明では、駆動装置の構成を極力簡素なものとすることができる。

請求項１０記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発明において、前記複数のスイッチング素子は、集積回路を構成するものであり、前記集積回路と前記導通制御端子とは、ディスクリート部品としての抵抗体を介して電気的に接続されていることを特徴とする。

パワースイッチング素子の導通制御端子の充放電に際しては、その速度をある程度制限する要求がある。このため、上記少なくとも一方の経路にもある程度の抵抗値が要求される。この点、上記発明では、必要な抵抗値の少なくとも一部を抵抗体によって与えることができる。

請求項１１記載の発明は、電圧制御形のパワースイッチング素子の導通制御端子に電荷を充放電することで前記パワースイッチング素子を駆動するパワースイッチング素子の駆動装置において、前記電荷を充電するための充電経路及び前記電荷を放電するための放電経路の少なくとも一方は、前記導通制御端子と集積回路とを接続する電気経路と前記集積回路とを備えて且つ、前記集積回路は、前記少なくとも一方の電気経路の抵抗値を変更する機能を有することを特徴とする。

上記発明では、電気経路の抵抗値を変更する機能を集積回路に搭載することで、集積回路の外に複数の抵抗体を備えて且つこれらのそれぞれに接続されるスイッチング素子を集積回路内に備える場合と比較して、集積回路の端子数を低減することができる。

第１の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかるドライブユニットの回路構成を示す回路図。 同実施形態にかかる充電用スイッチング素子の形成領域を示す平面図。 パワースイッチング素子の電力損失及びサージとゲート抵抗との関係を示す図。 第２の実施形態にかかる充電用スイッチング素子及び放電用スイッチング素子のオン操作数の設定手法を示す図。 第３の実施形態にかかる充電用スイッチング素子及び放電用スイッチング素子のオン操作数の設定手法を示すタイムチャート。 第４の実施形態にかかる充電用スイッチング素子の形成領域を示す平面図。 第５の実施形態にかかるドライブユニットの回路構成を示す回路図。 第６の実施形態にかかるドライブユニットの回路構成を示す回路図。 同実施形態にかかる充電用スイッチング素子及び放電用スイッチング素子のオン操作数の設定手法を示す図。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかるパワースイッチング素子の駆動装置をハイブリッド車に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態のシステム構成を示す。図示されるように、車載主機としてのモータジェネレータ１０は、インバータＩＶ及びコンバータＣＶを介して高電圧バッテリ１２に接続されている。インバータＩＶは、高電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｐ及び低電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｎの直列接続体が３つ並列接続されて構成されている。そして、これら各パワースイッチング素子Ｓｗｐ及びパワースイッチング素子Ｓｗｎの接続点が、モータジェネレータ１０の各相にそれぞれ接続されている。また、コンバータＣＶは、コンデンサＣと、高電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｐ及び低電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｎの直列接続体と、パワースイッチング素子Ｓｗｐ及びパワースイッチング素子Ｓｗｎの接続点と高電圧バッテリ１２とを接続するリアクトルＬとを備えている。

上記高電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｐ及び低電位側のパワースイッチング素子Ｓｗｎのそれぞれの入出力端子間（コレクタ及びエミッタ間）には、高電位側のフリーホイールダイオードＦＤｐ及び低電位側のフリーホイールダイオードＦＤｎのカソード及びアノードが接続されている。

上記インバータＩＶを構成するパワースイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎの導通制御端子（ゲート）には、いずれもドライブユニットＤＵが接続されている。これにより、パワースイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎは、ドライブユニットＤＵを介して、低電圧バッテリ１４を電源とする制御装置１６によって駆動される。制御装置１６は、図示しない各種センサの検出値等に基づき、インバータＩＶのＵ相、Ｖ相、及びＷ相のそれぞれについてのパワースイッチング素子Ｓｗｐを操作する操作信号ｇｕｐ，ｇｖｐ，ｇｗｐと、パワースイッチング素子Ｓｗｎを操作する操作信号ｇｕｎ，ｇｖｎ，ｇｗｎとを生成し出力する。また、コンバータＣＶのパワースイッチング素子Ｓｗｐ、Ｓｗｎを操作する操作信号ｇｃｐ，ｇｃｎを生成し出力する。これにより、パワースイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎは、ドライブユニットＤＵを介して制御装置１６により操作される。

なお、インバータＩＶやコンバータＣＶを備える高電圧システムと、制御装置１６を備える低電圧システムとは、図示しないフォトカプラ等の絶縁手段によって絶縁されており、上記操作信号は、絶縁手段を介して高電圧システムに出力される。

上記パワースイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎは、いずれも絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）にて構成されている。また、パワースイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎは、その入力端子及び出力端子間に流れる電流と相関を有する微少電流を出力するセンス端子ＳＴを備えている。

図２に、本実施形態にかかるドライブユニットＤＵの回路構成を示す。なお、以下では、パワースイッチング素子Ｓｗｐ、Ｓｗｎを総括する場合、パワースイッチング素子Ｓｗと記載し、フリーホイールダイオードＦＤｐ，ＦＤｎを総括する場合、フリーホイールダイオードＦＤと記載する。また、上記操作信号ｇｕｐ，ｇｖｐ，ｇｗｐ，ｇｃｐ，ｇｕｎ，ｇｖｎ，ｇｗｎ，ｇｃｎを総括する場合、操作信号ｇと記載する。

図示されるように、ドライブユニットＤＵは、パワースイッチング素子ＳｗのエミッタＥ及びセンス端子ＳＴ間に設けられたシャント抵抗３０を備えている。また、ドライブユニットＤＵは、半導体集積回路（ＩＣ２０）を備えている。これらパワースイッチング素子Ｓｗやシャント抵抗３０、ＩＣ２０は、パッケージ化され単一の部材となっている。

ここで、ＩＣ２０には、パワースイッチング素子Ｓｗのゲートが接続されている。また、ＩＣ２０は、シャント抵抗３０による電圧降下量を取り込む。更に、ＩＣ２０には、操作信号ｇが入力可能とされている。

詳しくは、ＩＣ２０は、パワースイッチング素子Ｓｗのゲートを充電するための電源２２、及び電源２２及びゲート間に直列に接続される充電用スイッチング素子Ｓｃ１、Ｓｃ２，…Ｓｃｎ（以下、総括する場合には、充電用スイッチング素子Ｓｃと表記）の並列接続体を備えている。これら充電用スイッチング素子Ｓｃは、ＰチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタにて構成されている。また、ＩＣ２０は、パワースイッチング素子ＳｗのゲートとエミッタＥとの間に直列に接続される放電用スイッチング素子Ｓｄ１，Ｓｄ２，…Ｓｄｍ（以下、総括する場合には、放電用スイッチング素子Ｓｄと表記）の並列接続体を備えている。これら放電用スイッチング素子Ｓｄは、ＮチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタである。

これら充電用スイッチング素子Ｓｃや放電用スイッチング素子Ｓｄは、そのオン状態時の抵抗（オン抵抗）が互いに等しい大きさを有するものである。これは、図３に充電用スイッチング素子Ｓｃの例を示すように、半導体チップ上に充電用スイッチング素子Ｓｃ１，Ｓｃ２…のそれぞれを同一面積にて構成すればよい。すなわち、オン抵抗は、断面積に反比例するため、これにより互いのオン抵抗を同一とすることができる。

上記ＩＣ２０は、更に、操作信号ｇやシャント抵抗３０の電圧等を取り込み、これに基づき充電用スイッチング素子Ｓｃや放電用スイッチング素子Ｓｄをオン・オフする駆動制御回路２４を備えている。すなわち、操作信号ｇがパワースイッチング素子Ｓｗのオン指令に対応する場合、充電用スイッチング素子Ｓｃをオンして且つ放電用スイッチング素子Ｓｄをオフする。また、操作信号ｇがパワースイッチング素子Ｓｗのオフ指令に対応する場合、充電用スイッチング素子Ｓｃをオフして且つ放電用スイッチング素子Ｓｄをオンする。駆動制御回路２０は、更に、シャント抵抗３０の電圧に基づき、パワースイッチング素子Ｓｗを流れる電流の大きさが閾値以上となると判断される場合、操作信号ｇにかかわらずパワースイッチング素子Ｓｗをオフする処理をも行う。

駆動制御回路２４は、更に、不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ２４ａ）を備えている。ＥＥＰＲＯＭ２４ａは、充電用スイッチング素子Ｓｃや放電用スイッチング素子Ｓｄのスイッチングパターンを規定する情報を記憶する手段である。ＥＥＰＲＯＭ２４は、外部から上記パターンに関するデータを書き込み可能となっている。

ここで、スイッチングパターンは、パワースイッチング素子Ｓｗのスイッチング状態の切り替えに伴うサージの抑制と電力損失の低減との互いにトレードオフの関係にある要求を満たすように設定される。図４に、パワースイッチング素子Ｓｗのサージ及び電力損失についてのゲート抵抗（抵抗値Ｒｇ）に応じた関係を示す。図示されるように、ゲート抵抗の抵抗値を小さくするほど、電力損失は低減するものの、サージは大きくなる。これは、ゲート抵抗の抵抗値が小さくなるほどゲートの電荷の変化速度（充電速度や放電速度）が大きくなるためである。

ここで、ゲート抵抗は、線形素子であり、本実施形態には存在しないものである。しかし、ゲート抵抗がゲートの電荷の変化速度を調節する手段であることに鑑みれば、充電用スイッチング素子Ｓｃの並列接続体や放電用スイッチング素子Ｓｄの並列接続体がこれに対応することがわかる。すなわち、充電用スイッチング素子Ｓｃや放電用スイッチング素子Ｓｄのうちオン状態となるものの数によって、充電経路や放電経路における電荷の移動速度が調節されるため、これらがゲート抵抗と同様、ゲートの電荷の変化速度を調節する手段となる。このため、充電用スイッチング素子Ｓｃや放電用スイッチング素子Ｓｄのうちのオン状態とするものの数を定めることで、サージの低減要求及び電力損失の低減要求の双方に適切に応じることができる。

特に、本実施形態では、これら充電用スイッチング素子Ｓｃや放電用スイッチング素子Ｓｄのうちのオン状態とするものの数をドライブユニットＤＵの外部から指定することができるため、パワースイッチング素子Ｓｗ及びＩＣ２０を１パッケージ化すべく樹脂等で覆った後であっても、パワースイッチング素子Ｓｗのゲートの電荷の変化速度を調節することが可能となる。このため、ＩＣ２０及びパワースイッチング素子Ｓｗを１パッケージ化して大量生産したとしても、先の図１に示した電力変換システムの仕様に応じてゲートの電荷の変化速度を調節することができ、パッケージ化されたものに汎用性を持たせることができる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）パワースイッチング素子Ｓｗのゲートの充電経路を充電用スイッチング素子Ｓｃの並列接続体を備えて構成し、パワースイッチング素子Ｓｗのゲートの放電経路を放電用スイッチング素子Ｓｄの並列接続体を備えて構成した。これにより、充電用スイッチング素子Ｓｃや放電用スイッチング素子Ｓｄのうちのいくつをオン状態とするかに応じて、電流の流通経路の抵抗値を調節することができる。

（２）複数の充電用スイッチング素子Ｓｃのオン抵抗値を互いに等しく設定した。また、複数の放電用スイッチング素子Ｓｄのオン抵抗値を互いに等しく設定した。これにより、オン状態とするものの数の変化によるゲートの充放電経路の抵抗値の変化を容易に把握することができる。ちなみに、ここで抵抗値とは、上記各経路の印加電圧を同経路に流れる電流で除算した値とすればよい。

（３）充電用スイッチング素子Ｓｃのうちオン状態とするものや、放電用スイッチング素子Ｓｄのうちオン状態とするものを記憶するＥＥＰＲＯＭ２４ａを備えた。これにより、複数のスイッチング素子のうちのいずれをオン状態とするかを都度指示する必要性を回避可能である。

（４）パワースイッチング素子ＳｗのゲートとＩＣ２０とを、ディスクリート部品としての抵抗体を備えることなく電気的に接続した。これにより、ドライブユニットＤＵの構成を極力簡素なものとすることができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、図５に示すように、パワースイッチング素子Ｓｗを流れる電流に基づき、充電用スイッチング素子Ｓｃのうちオン状態とするものの数や、放電用スイッチング素子Ｓｄのうちオン状態とするものの数を調節する。ここで、パワースイッチング素子Ｓｗを流れる電流とは、オン操作期間における平均的な電流や最大電流にて定義されるものである。この電流をパワースイッチング素子Ｓｗのオン状態への切り替え以前にセンス端子ＳＴの出力する微少電流に基づき把握することはできない。このため、例えば前回パワースイッチング素子Ｓｗがオン状態とされた際に流れる電流を今回流れると想定される電流として利用する。

詳しくは、図５（ａ）に示すように、充電用スイッチング素子Ｓｃのうちオン状態とするものの数を、パワースイッチング素子Ｓｗを流れる電流が大きくなるにつれて一旦減少させた後増加させる。すなわち、充電用スイッチング素子Ｓｃのうちのオン状態とするものの数が、極小値を持つようにする。これにより、パワースイッチング素子Ｓｗの入出力端子間の電流が増大するにつれてゲートの充電速度を漸減させていき、その後漸増させることができる。これは、パワースイッチング素子Ｓｗをオン操作する際に生じるサージがパワースイッチング素子Ｓｗを流れる電流が増加するにつれて一旦増大した後、減少する傾向にあることに鑑みた設定である。これにより、サージが大きくなる状況下においてこれを適切に抑制することができ、また、サージがさほど大きくならないと想定される場合には、ゲートの充電速度を極力増大させることでスイッチング損失の増大を極力抑制する。

また、図５（ｂ）に示すように、放電用スイッチング素子Ｓｄのうちオン状態とするものの数を、パワースイッチング素子Ｓｗを流れる電流が大きくなるほど減少させる。これにより、パワースイッチング素子Ｓｗの入出力端子間を流れる電流が大きくなるほどゲート放電速度を低下させることができる。これは、パワースイッチング素子Ｓｗをオフ操作する際に生じるサージがパワースイッチング素子Ｓｗの入出力端子間を流れる電流が大きいほど大きくなる傾向にあることに鑑みた設定である。これにより、サージが大きくなる状況下においてこれを適切に抑制することができ、また、サージがさほど大きくならないと想定される場合には、ゲート放電速度を極力大きくすることでスイッチング損失の増大を極力抑制する。

なお、これら図５に示すスイッチングパターンは、上記ＥＥＰＲＯＭ２４ａに記憶され、駆動制御回路２４では、入力されるシャント抵抗３０の電圧降下量に基づきスイッチングパターンを選択する。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記各効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（５）充電用スイッチング素子Ｓｃのうちオン状態とするものや放電用スイッチング素子Ｓｄのうちオン状態とするものを、パワースイッチング素子Ｓｗのスイッチング状態の切り替えに先立って決定した。これにより、パワースイッチング素子Ｓｗのスイッチング状態の切り替え時の電力損失の低減要求とサージの低減要求との優先度合いに応じて、これらの要求に応じることができる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、スイッチング状態の切り替え期間の途中で充電用スイッチング素子Ｓｃや放電用スイッチング素子Ｓｄのスイッチングパターンを変更する。図６に、本実施形態のスイッチングパターンの変更手法を例示する。詳しくは、図６（ａ）に、充電用スイッチング素子Ｓｃのうちのオン状態となっているものの数を示し、図６（ｂ）に、放電用スイッチング素子Ｓｄのうちのオン状態となっているものの数を示し、図６（ｃ）に、パワースイッチング素子Ｓｗのエミッタ及びゲート間電圧（ゲート電圧Ｖｇｅ）を示す。

図示されるように、本実施形態では、パワースイッチング素子Ｓｗのオン状態の切り替え途中において充電用スイッチング素子Ｓｃのうちのオン状態とするものの数を増加させることで、ゲートの充電速度を上昇させる。ここで、充電用スイッチング素子Ｓｃのうちのオン状態とするものの数が少ない期間が、パワースイッチング素子Ｓｗのオン状態への切り替えに起因したフリーホイールダイオードＦＤのリカバリ電流が流れる期間を包含するようにする。これにより、リカバリ電流に起因したサージを抑制することができる。そしてその後、充電用スイッチング素子Ｓｃのうちオン状態とするものの数を増加させることでスイッチング損失の低減を図る。

また、パワースイッチング素子Ｓｗのオフ状態への切り替え途中において、放電用スイッチング素子Ｓｄのうちのオン状態とするものの数を増加させることで、ゲートの放電速度を増加させる。これにより、オフ状態への切り替えに際してのパワースイッチング素子Ｓｗを流れる電流の変化速度を低減することでサージを抑制するとともに、その後ゲート放電速度を増大させることで電力損失の低減を図る。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記各効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（６）充電用スイッチング素子Ｓｃのうちのオン状態とするものの数や放電用スイッチング素子Ｓｄのうちのオン状態とするものの数を、パワースイッチング素子Ｓｗのスイッチング状態の切り替え期間の途中で増加させた。これにより、パワースイッチング素子Ｓｗのスイッチング状態の切り替え時の電力損失の低減とサージの低減との好適な両立を図ることができる。

（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、充電用スイッチング素子Ｓｃのオン抵抗同士が互いに相違するものを有したり、放電用スイッチング素子Ｓｄのオン抵抗同士が互いに相違するものを有したりするように設定する。

詳しくは、図７に充電用スイッチング素子Ｓｃの例を示すように、充電用スイッチング素子Ｓｃ１の面積を面積Ｓとした場合、充電用スイッチング素子Ｓｃｉ（ｉ＝１,２、…）の面積が「Ｓ／（２）＾（ｉ−１）」となるようにした。この場合、充電用スイッチング素子Ｓｃ１のオン抵抗をオン抵抗Ｒ１とすると、充電用スイッチング素子Ｓｃｉのオン抵抗は、「Ｒ１×（２）＾（ｉ−１）」となる。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）、（３）、（４）の各効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（７）充電用スイッチング素子Ｓｃや放電用スイッチング素子Ｓｄに、そのオン抵抗値が互いに相違するものを含むようにした。これにより、充電用スイッチング素子Ｓｃや放電用スイッチング素子Ｓｄのうちのオン状態とするものの数を多くしなくても、ゲートの充電経路や放電経路の抵抗値を様々な値とすることができる。

（８）充電用スイッチング素子Ｓｃの複数のオン抵抗値や放電用スイッチング素子Ｓｄの複数のオン抵抗値を、公比が「２」の等比級数を構成するようにした。これにより、充電用スイッチング素子Ｓｃや放電用スイッチング素子Ｓｄの面積を、公比を「１／２」とする等比級数とすることで簡易にオン抵抗を相違させることができる。

（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図８に、本実施形態にかかるドライブユニットＤＵの構成を示す。なお、図５において先の図２に示した部材に対応する部材については便宜上同一の符号を付している。

図示されるように、本実施形態では、パワースイッチング素子ＳｗのゲートとＩＣ２０の充電用スイッチング素子Ｓｃとを充電用抵抗体３２にて接続し、パワースイッチング素子ＳｗのゲートとＩＣ２０の放電用スイッチング素子Ｓｄとを放電用抵抗体３４にて接続した。これら充電用抵抗体３２や放電用抵抗体３４は、ディスクリート部品であり、また、線形素子である。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（３）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（９）パワースイッチング素子ＳｗのゲートとＩＣ２０とを、充電用抵抗体３２や放電用抵抗体３４を介して電気的に接続した。これにより、ゲートの充放電に必要な抵抗値の少なくとも一部を線形素子としての抵抗体によって与えることができる。

（第６の実施形態）
以下、第６の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図９に、本実施形態にかかるドライブユニットＤＵの構成を示す。なお、図９において先の図２に示した部材に対応する部材については便宜上同一の符号を付している。

図示されるように、ＩＣ２０は、感温ダイオード２６を備えている。感温ダイオード２６は、充電用スイッチング素子Ｓｃや放電用スイッチング素子Ｓｄの温度検出手段である。感温ダイオード２６の出力電圧（温度検出信号）は、駆動制御回路２４に取り込まれる。駆動制御回路２４では、充電用スイッチング素子Ｓｃの温度や放電用スイッチング素子Ｓｄの温度に応じてこれらのスイッチングパターンを可変設定する。これは、図１０（ａ）に示すように、充電用スイッチング素子Ｓｃや放電用スイッチング素子Ｓｄのオン抵抗に温度依存性があるためである。図１０（ａ）には、温度が高くなるほどオン抵抗が上昇することが示されている。

このため、駆動制御回路２４では、図１０（ｂ）に示すように、充電用スイッチング素子Ｓｃや放電用スイッチング素子Ｓｄのうちのオン状態とするものの数を温度が高いほど増加させる。これにより、温度の上昇によるオン抵抗の上昇分を補償するように充電用スイッチング素子Ｓｃの並列接続体を備える電流の流通経路の抵抗値や、放電用スイッチング素子Ｓｄの並列接続体を備える電流の流通経路の抵抗値を設定することができる。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（４）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（１０）充電用スイッチング素子Ｓｃのうちのオン状態とするものの数や放電用スイッチング素子Ｓｄのうちオン状態とするものの数を、これらの温度が高いほど増加させた。これにより、ゲート充電経路やゲート放電経路の抵抗値が温度変化によって変化することを好適に抑制することができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記各実施形態では、充電用スイッチング素子Ｓｃ及び放電用スイッチング素子Ｓｄのうちのオン状態とするものを記憶する記憶手段（ＥＥＰＲＯＭ２４ａ）を備えたが、これに限らない。例えば、制御装置１６に、オン状態とするものを指定する指定信号を出力する機能を搭載して且つ、ドライブユニットＤＵにこの指定信号を入力する手段を備えるようにしてもよい。この場合、揮発性メモリ等のメモリを備えてもよい。これにより、ドライブユニットＤＵが起動される都度、指示信号を１度だけ出力するのみで、オン状態とするものを指定することができる。

・上記第２の実施形態では、パワースイッチング素子Ｓｗを流れる電流量に基づき充電用スイッチング素子Ｓｃ及び放電用スイッチング素子Ｓｄのうちのオン状態とするものの数を可変設定したが、これに限らない。例えば、上記可変設定に際して、パワースイッチング素子Ｓｗの温度を加味してもよい。また例えば、上記可変設定に際して、大気圧を加味してもよい。更に、パワースイッチング素子Ｓｗの電流に応じた可変設定を前提とするものにも限らず、これら３つのパラメータのうちの少なくとも１つに応じた可変設定をするものであってもよい。

・上記第３の実施形態では、パワースイッチング素子Ｓｗのスイッチング状態の切り替え期間の途中で１度、充電用スイッチング素子Ｓｃや放電用スイッチング素子Ｓｄのオン状態とするものの数を変更したがこれに限らず、２段階でオン状態とするものの数を変更する等、多段階に変更してもよい。

・上記第１の実施形態に対する上記第４の実施形態の変更点によって、上記第２，３、５，６の実施形態を変更してもよい。

・上記第４の実施形態では、充電用スイッチング素子Ｓｃや放電用スイッチング素子Ｓｄのオン抵抗のうち互いに相違するオン抵抗値が、公比が「２」の等比級数を構成するようにしたがこれに限らず、例えば、オン抵抗値の最小のものに対して、「２倍、３倍、４倍、…」となるものを有するようにしてもよい。

・上記第５，６の実施形態においては、充電用抵抗体３２及び放電用抵抗体３４を各別の部材としたがこれに限らず、これらを共通の部材としてもよい。

・上記各実施形態では、ＩＣ２０とパワースイッチング素子Ｓｗとがパッケージ化されていることを想定したがこれに限らない。これらが別部材となっている場合であっても、例えば、先の図２に示した構成を備えるなら、パワースイッチング素子Ｓｗの様々な仕様にＩＣ２０が対処することができるため、ＩＣ２０を汎用性の高いものとすることができる。

・上記各実施形態では、充電用スイッチング素子Ｓｃ及び放電用スイッチング素子Ｓｄのそれぞれを複数としたがこれに限らず、いずれか一方のみを複数としてもよい。

・充電用スイッチング素子Ｓｃとしては、ＰチャネルのＭＯＳ型電界効果トランジスタに限らず、例えばＮチャネルのＭＯＳ型電界効果トランジスタであってもよい。また、ＭＯＳ型電界効果トランジスタに限らず、例えば、ＭＩＳ型電界効果トランジスタ等、任意の電界効果トランジスタであってもよい。更に、電界効果トランジスタにも限らず、例えばバイポーラトランジスタであってもよい。

・放電用スイッチング素子Ｓｄとしては、ＮチャネルのＭＯＳ型電界効果トランジスタに限らず、例えばＰチャネルのＭＯＳ型電界効果トランジスタであってもよい。また、ＭＯＳ型電界効果トランジスタに限らず、例えば、ＭＩＳ型電界効果トランジスタ等、任意の電界効果トランジスタであってもよい。更に、電界効果トランジスタにも限らず、例えばバイポーラトランジスタであってもよい。

・パワースイッチング素子Ｓｗとしては、ＩＧＢＴに限らず、例えばパワーＭＯＳ型電界効果トランジスタであってもよい。

・パワースイッチング素子にて構成される電力変換回路としては、インバータＩＶやコンバータＣＶに限らない。例えば、高電圧バッテリ１２の電圧を降圧して低電圧バッテリ１４に供給する降圧コンバータであってもよい。

・車両としては、ハイブリッド車に限らず、例えば電気自動車であってもよい。また、車両に搭載される駆動装置にも限らない。

２０…ＩＣ、２４…駆動制御回路、２４ａ…ＥＥＰＲＯＭ，Ｓｗ…パワースイッチング素子、ＤＵ…ドライブユニット。

Claims (11)

1. 電圧制御形のパワースイッチング素子の導通制御端子に電荷を充放電することで前記パワースイッチング素子を駆動するパワースイッチング素子の駆動装置において、
   前記電荷を充電するための充電経路及び前記電荷を放電するための放電経路の少なくとも一方は、前記導通制御端子に接続される単一の電気経路に、複数のスイッチング素子の並列接続体が直列接続されて構成されていることを特徴とするパワースイッチング素子の駆動装置。
2. 前記少なくとも一方の経路に電流を流すに際しオン状態とする前記複数のスイッチング素子を、該複数のスイッチング素子の温度に応じて可変設定することを特徴とする請求項１記載のパワースイッチング素子の駆動装置。
3. 前記複数のスイッチング素子は、そのオン抵抗値が互いに等しく設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載のパワースイッチング素子の駆動装置。
4. 前記複数のスイッチング素子は、そのオン抵抗値が互いに相違するものを含むことを特徴とする請求項１又は２記載のパワースイッチング素子の駆動装置。
5. 前記互いに相違するオン抵抗値は、公比が「２」の等比級数を構成することを特徴とする請求項４記載のパワースイッチング素子の駆動装置。
6. 前記複数のスイッチング素子のうちオン状態とするものを、前記パワースイッチング素子のスイッチング状態の切り替えに先立って決定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のパワースイッチング素子の駆動装置。
7. 前記複数のスイッチング素子のうちオフ状態とするものを、前記パワースイッチング素子のスイッチング状態の切り替え期間の途中で変化させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のパワースイッチング素子の駆動装置。
8. 前記複数のスイッチング素子のうちオン状態とするスイッチング素子を記憶する不揮発性の記憶手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のパワースイッチング素子の駆動装置。
9. 前記複数のスイッチング素子は、集積回路を構成するものであり、
   前記集積回路と前記導通制御端子とは、ディスクリート部品としての抵抗体を備えることなく電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のパワースイッチング素子の駆動装置。
10. 前記複数のスイッチング素子は、集積回路を構成するものであり、
    前記集積回路と前記導通制御端子とは、ディスクリート部品としての抵抗体を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のパワースイッチング素子の駆動装置。
11. 電圧制御形のパワースイッチング素子の導通制御端子に電荷を充放電することで前記パワースイッチング素子を駆動するパワースイッチング素子の駆動装置において、
    前記電荷を充電するための充電経路及び前記電荷を放電するための放電経路の少なくとも一方は、前記導通制御端子と集積回路とを接続する電気経路と前記集積回路とを備えて且つ、前記集積回路は、前記少なくとも一方の電気経路の抵抗値を変更する機能を有することを特徴とするパワースイッチング素子の駆動装置。

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