JP2017055497A - Gate drive circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ゲート駆動回路、より詳しくは直列共振型のワイヤレス電力伝送システムにおける2次側コンバータの下アームスイッチのゲート駆動回路に関するものである。 The present invention relates to a gate drive circuit, and more particularly to a gate drive circuit of a lower arm switch of a secondary side converter in a series resonance type wireless power transmission system.
非特許文献1には、直列共振型のワイヤレス電力伝送システムを適用したワイヤレスインホイールモータ駆動システムが開示されている。このワイヤレスインホイールモータ駆動システムは、1次側(車体側)から磁界共振結合によりワイヤレスで伝送される交流電力を、2次側(インホイールモータ側)において2次側コンバータで整流して三相インバータを経て三相モータを駆動するものである。 Non-Patent Document 1 discloses a wireless in-wheel motor drive system to which a series resonance type wireless power transmission system is applied. In this wireless in-wheel motor drive system, AC power wirelessly transmitted from the primary side (vehicle body side) by magnetic resonance coupling is rectified by a secondary side converter on the secondary side (in-wheel motor side) and three-phase A three-phase motor is driven through an inverter.
図2は、非特許文献1に記載されているワイヤレスインホイールモータ駆動システムの2次側の要部の回路構成図である。2次側回路は、2次側コンバータ20と、直流キャパシタ50と、三相インバータ70と、三相モータ80とを有する。2次側コンバータ20から1次側を見ると、2次側コンバータ20の入力端子には交流電流源10が接続されていると見なすことができる。交流電流源10は、1次側からの給電又は地上側からの給電を想定している。2次側回路では、2次側コンバータ20により交流電流を直流に変換した後、直流キャパシタ50を介して三相インバータ70により再び交流に変換して、三相モータ80を駆動する。
FIG. 2 is a circuit configuration diagram of a main part on the secondary side of the wireless in-wheel motor drive system described in Non-Patent Document 1. The secondary side circuit includes a
非特許文献1では、2次側コンバータ20の上アームスイッチ20HA及び20HBを常にオフとし、三相モータ80が要求する電力よりも1次側からの伝送電力が大きい場合に、2次側コンバータ20の下アームスイッチ20LA及び20LBをオンにして入力端子間を短絡する。これにより、2次側コンバータ20の出力電圧Vdcの上昇を抑制するようにしている。
In Non-Patent Document 1, when the upper arm switches 20HA and 20HB of the
ここで、2次側コンバータ20の下アームスイッチ20LA、20LBは、図2に示すように、2次側コンバータ20の出力電圧Vdcから制御電源60により電圧V1を生成し、その電圧V1に基づいて対応するゲート駆動回路30A、30Bにより駆動される。ゲート駆動回路30A、30Bは、同じ回路構成からなる。以下、ゲート駆動回路30A、30Bをゲート回路30と総称し、下アームスイッチ20LA、20LB、ゲートGA、GB、エミッタEA、EB、ゲート電圧VGEA、VGEBを、それぞれ下アームスイッチ20L、ゲートG、エミッタE、ゲート電圧VGEと総称して説明する。
Here, as shown in FIG. 2, the lower arm switches 20LA and 20LB of the
図3は、ゲート駆動回路30の従来の回路構成図である。ゲート駆動回路30は、絶縁回路34及びノーマリーオフ形フォトカプラ32を有する。絶縁回路34は、例えば絶縁型DC/DCコンバータで構成され、制御電源60からの電圧V1を入力して電圧V2と、電圧V2の中間電位である電圧V2Gとを出力する。
FIG. 3 is a conventional circuit configuration diagram of the
ノーマリーオフ形フォトカプラ32のVP+端子及びVP−端子は、絶縁回路34のV2+端子及びV2−端子にそれぞれ接続される。ノーマリーオフ形フォトカプラ32の出力端子は、ゲート抵抗31を介して2次側コンバータ20の下アームスイッチ20LのゲートGに接続される。ノーマリーオフ形フォトカプラ32の1次側ダイオードは、アノードにCPU等の制御部からのオン・オフ信号が入力され、カソードはプルダウン抵抗33を介して接地される。絶縁回路34のV2G端子は、2次側コンバータ20の下アームスイッチ20LのエミッタEに接続される。
The VP + terminal and the VP− terminal of the normally-off
ノーマリーオフ形フォトカプラ32は、絶縁回路34からの電圧V2を下アームスイッチ20Lのゲート電圧VGEの電源電圧として、当該下アームスイッチ20Lを制御部からのオン・オフ信号に基づいてオン・オフ制御する。すなわち、制御部からのオン・オフ信号がオン(高レベル)のときは、ゲート電圧VGEを(V2+)−(V2G)として、下アームスイッチ20Lをオンとする。これに対し、制御部からのオン・オフ信号がオフ(低レベル)のときは、ゲート電圧VGEを(V2G)−(V2−)として、下アームスイッチ20Lをオフとする。
The normally-off
しかしながら、図3に示したゲート駆動回路30は、例えば図2において制御電源60が起動していない非起動状態で1次側からの電力伝送が行われた場合、ゲート駆動回路30A及び30Bが起動しないため、2次側コンバータ20の下アームスイッチ20Lをオンとすることができない。その結果、交流電流源10からの電流が、2次側コンバータ20の各アームスイッチと並列に接続されているダイオードを介して直流キャパシタ30に流れて出力電圧Vdcが大きく上昇して、2次側コンバータ20及び三相インバータ70の各アームスイッチが過電圧で破損してシステムの信頼性が低下することが懸念される。
However, the
したがって、かかる観点に鑑みてなされた本発明の目的は、直列共振型のワイヤレス電力伝送システムにおける2次側コンバータの出力電圧の不所望な上昇を確実に防止でき、システムの信頼性を向上できるゲート駆動回路を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention made in view of such a point of view is to provide a gate capable of reliably preventing an undesired increase in the output voltage of the secondary side converter in a series resonance type wireless power transmission system and improving the reliability of the system. It is to provide a driving circuit.
上記目的を達成する本発明に係るゲート駆動回路は、
直列共振型のワイヤレス電力伝送システムにおける2次側コンバータの下アームスイッチを駆動するゲート駆動回路において、
前記下アームスイッチをオン・オフ制御するノーマリーオン形フォトカプラと、
前記2次側コンバータの出力側に接続された直流キャパシタの電圧を分圧する分圧回路と、を備え、
前記ノーマリーオン形フォトカプラは、前記直流キャパシタの電圧を入力電圧とする制御電源の起動状態では、当該制御電源の出力電圧に基づく電圧を前記下アームスイッチのゲート電圧の電源電圧として当該下アームスイッチをオン・オフ制御し、前記制御電源の非起動状態では、前記分圧回路による前記直流キャパシタの分圧電圧を前記下アームスイッチのゲート電圧の電源電圧として当該下アームスイッチをオンにする、
ことを特徴とするものである。
The gate drive circuit according to the present invention that achieves the above object is as follows.
In a gate drive circuit for driving a lower arm switch of a secondary converter in a series resonance type wireless power transmission system,
A normally-on photocoupler that controls the lower arm switch on and off;
A voltage dividing circuit for dividing a voltage of a DC capacitor connected to the output side of the secondary side converter,
The normally-on type photocoupler has a voltage based on an output voltage of the control power supply as a power supply voltage of a gate voltage of the lower arm switch in a startup state of the control power supply using the voltage of the DC capacitor as an input voltage. The switch is turned on / off, and when the control power supply is not activated, the lower arm switch is turned on with the divided voltage of the DC capacitor by the voltage dividing circuit as the power supply voltage of the gate voltage of the lower arm switch,
It is characterized by this.
本発明によれば、直列共振型のワイヤレス電力伝送システムにおける2次側コンバータの出力電圧の不所望な上昇を確実に防止でき、システムの信頼性を向上できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the undesired raise of the output voltage of the secondary side converter in a series resonance type wireless power transmission system can be prevented reliably, and the reliability of a system can be improved.
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、一実施の形態に係るゲート駆動回路の構成図である。図1に示すゲート駆動回路30は、例えば図2に示した直列共振型のワイヤレス電力伝送システムを適用したワイヤレスインホイールモータ駆動システムの2次側コンバータ20の下アームスイッチ20LA又は20LBを駆動するゲート駆動回路30A又は30Bとして用いられる。以下、図3の場合と同様に、ゲート駆動回路30A、30Bをゲート回路30と総称し、下アームスイッチ20LA、20LB、ゲートGA、GB、エミッタEA、EB、ゲート電圧VGEA、VGEBを、それぞれ下アームスイッチ20L、ゲートG、エミッタE、ゲート電圧VGEと総称して説明する。
FIG. 1 is a configuration diagram of a gate drive circuit according to an embodiment. The
図1に示すゲート駆動回路30は、図3に示した構成においてノーマリーオフ形フォトカプラ32がノーマリーオン形フォトカプラ35に変更され、さらに分圧回路40とダイオード36とが追加されている。ノーマリーオン形フォトカプラ35は、VP+端子及びVP−端子が絶縁回路34のV2+端子及びV2−端子にそれぞれ接続される。
In the
分圧回路40は、第1キャパシタ44と、抵抗43と、ダイオード42と、第2キャパシタ41とを有する。第1キャパシタ44は、2次側コンバータ20のVdc+端子とダイオード42のアノードとの間に接続される。第2キャパシタ41は、ダイオード42のカソードと2次側コンバータ20のVdc−端子との間に接続される。抵抗43は、ダイオード42のアノードと2次側コンバータ20のVdc−端子との間に接続される。ダイオード42のカソードは、絶縁回路34のV2+端子に接続される。
The voltage dividing
ダイオード36は、アノードが絶縁回路34のV2−端子に接続され、カソードが2次側コンバータ20のVdc−端子及び絶縁回路34のV2G端子に接続される。ダイオード36は、図2に示した制御電源60の起動状態において、絶縁回路34のV2G端子とV2−端子との間の短絡を防止する。
The
本実施の形態において、分圧回路40は、直列接続された第1キャパシタ44と第2キャパシタ41とを有し、その直列回路が図2に示した2次側コンバータ20の直流キャパシタ50に並列に接続されて、第1キャパシタ44及び第2キャパシタ41により直流キャパシタ50の電圧Vdcを分圧した電圧V3を生成する。そして、この電圧V3がノーマリーオン形フォトカプラ35のVP+端子に給電される。第1キャパシタ44及び第2キャパシタ41は、例えば、電圧V3が図2に示した制御電源60が起動している場合の電圧(V2+)−(V2G)以下で、かつ、2次側コンバータ20の下アームスイッチ20LA、20LBが確実にオンとなるように、それぞれの静電容量が設定される。
In the present embodiment, the voltage dividing
これにより、図2において、制御電源60の非起動状態で1次側からの電力伝送が行われると、ノーマリーオン形フォトカプラ35は、分圧回路40による直流キャパシタ50の分圧電圧V3を下アームスイッチ20Lのゲート電圧VGEの電源電圧として当該下アームスイッチ20Lをオンにする。
Thus, in FIG. 2, when power is transmitted from the primary side in the non-starting state of the
その後、制御電源60が起動されて絶縁回路34から電圧V2が出力されると、ノーマリーオン形フォトカプラ35のVP+端子及びVP−端子には絶縁回路34から電圧V2が印加される。そして、ノーマリーオン形フォトカプラ35は、絶縁回路34からの電圧V2を下アームスイッチ20Lのゲート電圧VGEの電源電圧として当該下アームスイッチ20Lをオン・オフ制御する。
Thereafter, when the
すなわち、ゲート駆動回路30は、制御部からのオン・オフ信号がオフ(低レベル)であるときは、ゲート電圧VGEを(V2+)−(V2G)として、当該下アームスイッチ20Lをオンとする。これに対し、制御部からのオン・オフ信号がオン(高レベル)であるときは、ゲート電圧VGEを(V2G)−(V2−)として、当該下アームスイッチ20Lをオフとする。
That is, when the on / off signal from the control unit is off (low level), the
分圧回路40は、入力電圧Vdcが低下すると抵抗43を経て第1キャパシタ44を放電し、その後、電圧Vdcの上昇時に第1キャパシタ44及び第2キャパシタ41を再度充電する。
The
このように本実施の形態によると、図2において、2次側コンバータ20の制御電源60が起動していない状態においても、制御電源60が起動するまでの間、2次側コンバータ20の下アームスイッチ20Lをオンとすることができる。これにより、2次側コンバータ20の出力電圧Vdcの上昇を確実に防止することができるので、2次側コンバータ20及び三相インバータ70の破損を防止することができ、直列共振型のワイヤレス電力伝送システムの信頼性を向上することができる。
As described above, according to the present embodiment, in FIG. 2, even when the
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、分圧回路40は、キャパシタ分圧回路に限らず、抵抗分圧回路で構成してもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Many deformation | transformation or a change is possible. For example, the
本発明は、直列共振型のワイヤレス電力伝送システムを適用したワイヤレスインホイールモータ駆動システムに応用することができる。 The present invention can be applied to a wireless in-wheel motor drive system to which a series resonance type wireless power transmission system is applied.
10 交流電流源
20 2次側コンバータ
30A、30B、30 ゲート駆動回路
34 絶縁回路
35 ノーマリーオン形フォトカプラ
40 分圧回路
41 第2キャパシタ
44 第1キャパシタ
50 直流キャパシタ
60 制御電源
70 三相インバータ
80 三相モータ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記下アームスイッチをオン・オフ制御するノーマリーオン形フォトカプラと、
前記2次側コンバータの出力側に接続された直流キャパシタの電圧を分圧する分圧回路と、を備え、
前記ノーマリーオン形フォトカプラは、前記直流キャパシタの電圧を入力電圧とする制御電源の起動状態では、当該制御電源の出力電圧に基づく電圧を前記下アームスイッチのゲート電圧の電源電圧として当該下アームスイッチをオン・オフ制御し、前記制御電源の非起動状態では、前記分圧回路による前記直流キャパシタの分圧電圧を前記下アームスイッチのゲート電圧の電源電圧として当該下アームスイッチをオンにする、
ことを特徴とするゲート駆動回路。 In a gate drive circuit for driving a lower arm switch of a secondary converter in a series resonance type wireless power transmission system,
A normally-on photocoupler that controls the lower arm switch on and off;
A voltage dividing circuit for dividing a voltage of a DC capacitor connected to the output side of the secondary side converter,
The normally-on type photocoupler has a voltage based on an output voltage of the control power supply as a power supply voltage of a gate voltage of the lower arm switch in a startup state of the control power supply using the voltage of the DC capacitor as an input voltage. The switch is turned on / off, and when the control power supply is not activated, the lower arm switch is turned on with the divided voltage of the DC capacitor by the voltage dividing circuit as the power supply voltage of the gate voltage of the lower arm switch,
A gate drive circuit characterized by that.
前記分圧回路は、前記直流キャパシタに並列に結合されて、前記直流キャパシタの電圧を分圧する直列接続された2つのキャパシタを有する、
ことを特徴とするゲート駆動回路。 The gate drive circuit according to claim 1,
The voltage dividing circuit includes two capacitors connected in series and coupled in parallel to the DC capacitor to divide the voltage of the DC capacitor.
A gate drive circuit characterized by that.
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