JPH1169779A - 電力変換器におけるゲート駆動回路 - Google Patents
電力変換器におけるゲート駆動回路Info
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- JPH1169779A JPH1169779A JP22691297A JP22691297A JPH1169779A JP H1169779 A JPH1169779 A JP H1169779A JP 22691297 A JP22691297 A JP 22691297A JP 22691297 A JP22691297 A JP 22691297A JP H1169779 A JPH1169779 A JP H1169779A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低ノイズで低損失なＩＧＢＴのゲート駆動回
路を提供する。 【解決手段】 電力変換器のスイッチングデバイスとし
てのＩＧＢＴに流れる電流の検出信号３が、所定の設定
値４を越えたことをコンパレータ５により検出したら、
ＦＥＴ１をオンさせてゲート抵抗１７と並列に抵抗２を
挿入して抵抗値を変化（電流値が小さい場合で、抵抗１
７のみのときよりも小さく）させることでｄｖ／ｄｔを
低減し、ＩＧＢＴを流れる電流値によらずｄｖ／ｄｔを
ほぼ一定とし、相反する低ノイズ化と低損失化の両立を
図る。
路を提供する。 【解決手段】 電力変換器のスイッチングデバイスとし
てのＩＧＢＴに流れる電流の検出信号３が、所定の設定
値４を越えたことをコンパレータ５により検出したら、
ＦＥＴ１をオンさせてゲート抵抗１７と並列に抵抗２を
挿入して抵抗値を変化（電流値が小さい場合で、抵抗１
７のみのときよりも小さく）させることでｄｖ／ｄｔを
低減し、ＩＧＢＴを流れる電流値によらずｄｖ／ｄｔを
ほぼ一定とし、相反する低ノイズ化と低損失化の両立を
図る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電界効果トラン
ジスタ（ＦＥＴ）や絶縁ゲート形バイポーラトランジス
タ（ＩＧＢＴ）等の電圧駆動形スイッチングデバイスの
ゲート駆動回路、特にその改良に関する。
ジスタ（ＦＥＴ）や絶縁ゲート形バイポーラトランジス
タ（ＩＧＢＴ）等の電圧駆動形スイッチングデバイスの
ゲート駆動回路、特にその改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】図７にＩＧＢＴのゲート駆動回路の従来
例を、また、図８に電力変換器の例としてのインバータ
の主回路構成例を示す。図７において、符号１２はメイ
ンデバイスとしてのＩＧＢＴ、１３はＩＧＢＴのターン
オン時において、ゲート・エミッタ間に電圧を印加する
ための正側のゲート駆動用電源、１４は同様にＩＧＢＴ
のターンオフ時において、ゲート・エミッタ間に電圧を
印加するための負側のゲート駆動用電源、１５はインバ
ータの制御回路で、ここでＩＧＢＴのオン，オフのスイ
ッチング指令が作成される。
例を、また、図８に電力変換器の例としてのインバータ
の主回路構成例を示す。図７において、符号１２はメイ
ンデバイスとしてのＩＧＢＴ、１３はＩＧＢＴのターン
オン時において、ゲート・エミッタ間に電圧を印加する
ための正側のゲート駆動用電源、１４は同様にＩＧＢＴ
のターンオフ時において、ゲート・エミッタ間に電圧を
印加するための負側のゲート駆動用電源、１５はインバ
ータの制御回路で、ここでＩＧＢＴのオン，オフのスイ
ッチング指令が作成される。
【０００３】１６は弱電部から強電部にＩＧＢＴのオ
ン，オフ指令信号を伝達するフォトカプラ（ＰＣ）など
の絶縁器、１７はＩＧＢＴのオン用のゲート抵抗、１８
はＩＧＢＴのオフ用のゲート抵抗、１９，２０は各ゲー
ト抵抗をＩＧＢＴのゲートに接続するためのスイッチ用
のトランジスタ、２１はトランジスタ１９，２０を駆動
するためのアンプである。そして、絶縁器１６を介する
信号により、ＩＧＢＴのゲート・エミッタ間に電源１
３，１４からの正，負の電圧を印加し、ＩＧＢＴをオ
ン，オフするようにしている。図８は電力変換器として
インバータ装置の例を示し、交流を直流に変換するダイ
オード整流器２２と、直流中間コンデンサ２３と、ＩＧ
ＢＴとダイオードからなり直流を交流に変換するインバ
ータ部２４とから構成したものである。
ン，オフ指令信号を伝達するフォトカプラ（ＰＣ）など
の絶縁器、１７はＩＧＢＴのオン用のゲート抵抗、１８
はＩＧＢＴのオフ用のゲート抵抗、１９，２０は各ゲー
ト抵抗をＩＧＢＴのゲートに接続するためのスイッチ用
のトランジスタ、２１はトランジスタ１９，２０を駆動
するためのアンプである。そして、絶縁器１６を介する
信号により、ＩＧＢＴのゲート・エミッタ間に電源１
３，１４からの正，負の電圧を印加し、ＩＧＢＴをオ
ン，オフするようにしている。図８は電力変換器として
インバータ装置の例を示し、交流を直流に変換するダイ
オード整流器２２と、直流中間コンデンサ２３と、ＩＧ
ＢＴとダイオードからなり直流を交流に変換するインバ
ータ部２４とから構成したものである。
【０００４】図９（ａ），（ｂ）にオン用のゲート抵抗
１７が小さい場合と大きい場合の、ＩＧＢＴがターンオ
ンした時のＩＧＢＴに流れる電流（ｉC ），印加される
電圧（ｖCE）、および対向アームのダイオード（ＦＷ
Ｄ）に印加される電圧（ｖD ）の各波形を示す。これら
の波形からも明らかなように、ｖD はゲート抵抗値を大
きくした方がｄｖ／ｄｔが低減するため低ノイズ化が図
れる。しかし、ゲート抵抗値を大きくするとターンオン
時のＩＧＢＴのｄｉ／ｄｔが低減するため、ターンオン
損失が増加するという問題が生じる。
１７が小さい場合と大きい場合の、ＩＧＢＴがターンオ
ンした時のＩＧＢＴに流れる電流（ｉC ），印加される
電圧（ｖCE）、および対向アームのダイオード（ＦＷ
Ｄ）に印加される電圧（ｖD ）の各波形を示す。これら
の波形からも明らかなように、ｖD はゲート抵抗値を大
きくした方がｄｖ／ｄｔが低減するため低ノイズ化が図
れる。しかし、ゲート抵抗値を大きくするとターンオン
時のＩＧＢＴのｄｉ／ｄｔが低減するため、ターンオン
損失が増加するという問題が生じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図１０（ａ），（ｂ）
にＩＧＢＴが小電流をターンオンしたときと、大電流を
ターンオンしたときのＩＧＢＴに流れる電流（ｉC ），
印加される電圧（ｖCE）、および対向アームのダイオー
ド（ＦＷＤ）に印加される電圧（ｖD ）の各波形を示
す。図１０より小電流と大電流とでは、一般的に前者の
方がｄｖ／ｄｔが高く、その分大電流の場合に比べてノ
イズ発生量が大きくなることが分かる。
にＩＧＢＴが小電流をターンオンしたときと、大電流を
ターンオンしたときのＩＧＢＴに流れる電流（ｉC ），
印加される電圧（ｖCE）、および対向アームのダイオー
ド（ＦＷＤ）に印加される電圧（ｖD ）の各波形を示
す。図１０より小電流と大電流とでは、一般的に前者の
方がｄｖ／ｄｔが高く、その分大電流の場合に比べてノ
イズ発生量が大きくなることが分かる。
【０００６】以上のことから、図７のゲート駆動回路で
発生するノイズ量を或る設定値以下に抑制しようとする
場合、小電流時のＦＷＤのスイッチング波形でオン用の
ゲート抵抗値を決定する必要があったため、大電流時に
はｄｖ／ｄｔ抑制が過剰に行なわれることとなり、その
結果、不必要にターンオン損失を増加させているという
問題がある。したがって、この発明の課題は、スイッチ
ングデバイスをスイッチングする電流の大きさによらず
低ノイズ化，低損失化を図ることにある。
発生するノイズ量を或る設定値以下に抑制しようとする
場合、小電流時のＦＷＤのスイッチング波形でオン用の
ゲート抵抗値を決定する必要があったため、大電流時に
はｄｖ／ｄｔ抑制が過剰に行なわれることとなり、その
結果、不必要にターンオン損失を増加させているという
問題がある。したがって、この発明の課題は、スイッチ
ングデバイスをスイッチングする電流の大きさによらず
低ノイズ化，低損失化を図ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
べく、請求項１の発明では、絶縁ゲート形バイポーラト
ランジスタ（ＩＧＢＴ）を含む電圧駆動形スイッチング
デバイスのゲート駆動回路において、前記スイッチング
デバイスのターンオン動作終了後に流れる電流相当量を
検出する検出手段と、前記スイッチングデバイスのオン
用のゲート抵抗値をステップ的に変化させる駆動手段と
を設け、前記検出手段からの出力が或る設定値以上また
は以下になった時、前記駆動手段を動作させるようにし
ている。
べく、請求項１の発明では、絶縁ゲート形バイポーラト
ランジスタ（ＩＧＢＴ）を含む電圧駆動形スイッチング
デバイスのゲート駆動回路において、前記スイッチング
デバイスのターンオン動作終了後に流れる電流相当量を
検出する検出手段と、前記スイッチングデバイスのオン
用のゲート抵抗値をステップ的に変化させる駆動手段と
を設け、前記検出手段からの出力が或る設定値以上また
は以下になった時、前記駆動手段を動作させるようにし
ている。
【０００８】請求項２の発明では、ＩＧＢＴを含む電圧
駆動形スイッチングデバイスのゲート駆動回路におい
て、前記スイッチングデバイスのターンオン動作終了後
に流れる電流相当量を検出する検出手段と、前記スイッ
チングデバイスのオン用のゲート抵抗値を、入力される
信号の大きさに応じて比例的または反比例的に変化させ
る操作回路とを設け、前記検出手段からの出力値に応じ
て前記操作回路を動作させるようにしている。
駆動形スイッチングデバイスのゲート駆動回路におい
て、前記スイッチングデバイスのターンオン動作終了後
に流れる電流相当量を検出する検出手段と、前記スイッ
チングデバイスのオン用のゲート抵抗値を、入力される
信号の大きさに応じて比例的または反比例的に変化させ
る操作回路とを設け、前記検出手段からの出力値に応じ
て前記操作回路を動作させるようにしている。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の第１の実施の形
態を示す構成図である。同図からも明らかなように、こ
れは図７に示す従来例に対し、オン用のゲート抵抗１７
と並列に、ＦＥＴ１と抵抗２との直列回路を接続し、検
出電流値３をその設定値（ゲート抵抗値を切り換えるポ
イントとなる電流値ｉ* ）４と比較するコンパレータ
（ＣＭＰ）５の出力を、ＦＥＴ１のゲートに入力するよ
うにした点が特徴である。
態を示す構成図である。同図からも明らかなように、こ
れは図７に示す従来例に対し、オン用のゲート抵抗１７
と並列に、ＦＥＴ１と抵抗２との直列回路を接続し、検
出電流値３をその設定値（ゲート抵抗値を切り換えるポ
イントとなる電流値ｉ* ）４と比較するコンパレータ
（ＣＭＰ）５の出力を、ＦＥＴ１のゲートに入力するよ
うにした点が特徴である。
【００１０】ＩＧＢＴに流れる電流は、例えば図２のよ
うにして検出される。図２（ａ），（ｂ）はＩＧＢＴと
直列に変流器（ＣＴ），シャント抵抗（Ｒ）をそれぞれ
接続したものであり、（ｃ）はＩＧＢＴ内蔵の電流検出
用センス抵抗（Ｒｓ）の信号を利用するもの、また、
（ｄ）は相電流の検出信号をそれぞれ利用する例であ
る。ただし、（ａ），（ｂ）および（ｃ）の方式につい
ては、電流検出信号３がインバータのパルス幅変調（Ｐ
ＷＭ）方式による影響を受けないよう、電流検出器とコ
ンパレータ５との間に、ＰＷＭ方式のキャリア周波数に
対して十分遅いフィルタ回路６、またはサンプルホール
ド回路などを接続することが必要となる。
うにして検出される。図２（ａ），（ｂ）はＩＧＢＴと
直列に変流器（ＣＴ），シャント抵抗（Ｒ）をそれぞれ
接続したものであり、（ｃ）はＩＧＢＴ内蔵の電流検出
用センス抵抗（Ｒｓ）の信号を利用するもの、また、
（ｄ）は相電流の検出信号をそれぞれ利用する例であ
る。ただし、（ａ），（ｂ）および（ｃ）の方式につい
ては、電流検出信号３がインバータのパルス幅変調（Ｐ
ＷＭ）方式による影響を受けないよう、電流検出器とコ
ンパレータ５との間に、ＰＷＭ方式のキャリア周波数に
対して十分遅いフィルタ回路６、またはサンプルホール
ド回路などを接続することが必要となる。
【００１１】以上のような構成では、ＩＧＢＴに流れる
電流値の大きさによってオン用のゲート抵抗値が決まる
ため、ターンオン直後の電流値が信号４により設定した
値よりも小さい場合は、ＦＥＴ１をオフとしてゲート抵
抗値を大きくし（抵抗１７の抵抗値）、また、ＩＧＢＴ
の電流値が設定値よりも大きい場合はＦＥＴ１をオンと
してゲート抵抗値を小さくする（抵抗１７と抵抗２とを
並列接続した並列抵抗値）。図３（ａ），（ｂ）にター
ンオンする電流が大きい場合と小さい場合の、ＩＧＢＴ
およびＦＷＤのターンオン時の電流，電圧波形を示す。
両者のＦＷＤ印加電圧ｖD のｄｖ／ｄｔがほぼ等しくな
っていることが分かる。
電流値の大きさによってオン用のゲート抵抗値が決まる
ため、ターンオン直後の電流値が信号４により設定した
値よりも小さい場合は、ＦＥＴ１をオフとしてゲート抵
抗値を大きくし（抵抗１７の抵抗値）、また、ＩＧＢＴ
の電流値が設定値よりも大きい場合はＦＥＴ１をオンと
してゲート抵抗値を小さくする（抵抗１７と抵抗２とを
並列接続した並列抵抗値）。図３（ａ），（ｂ）にター
ンオンする電流が大きい場合と小さい場合の、ＩＧＢＴ
およびＦＷＤのターンオン時の電流，電圧波形を示す。
両者のＦＷＤ印加電圧ｖD のｄｖ／ｄｔがほぼ等しくな
っていることが分かる。
【００１２】図４はこの発明の第２の実施の形態を示す
構成図で、オン用のゲート抵抗１７と直列にＦＥＴ７を
接続して構成した点が特徴である。このＦＥＴ７のゲー
トには信号３を反転増幅器８によって反転させた信号９
と、オフセット信号１０とを加算した信号１１を入力す
る。この回路により、ＦＥＴ７のゲート・ソース間の電
圧が、ＩＧＢＴの電流値に応じて変動することになる。
つまり、ＩＧＢＴの電流値が大きいとＦＥＴ７のゲート
・ソース間の電圧が高くなり、また小さいと低くなるよ
うに動作する。一般に、ＦＥＴはゲート・ソース間の電
圧変化に対し、反比例的にドレイン・ソース間の抵抗分
が変化するので、その結果、ＩＧＢＴの電流が大きいと
相対的にゲート抵抗値が小さくなり、また、ＩＧＢＴの
電流が小さいと相対的にゲート抵抗値が大きくなる、と
いうように抵抗値がアナログ的に変化する可変抵抗器と
して機能することになる。ここに、反転増幅器８のゲイ
ンとオフセット信号１０の大きさは、ＦＥＴ７の動作特
性が所望の抵抗値となるように決める。
構成図で、オン用のゲート抵抗１７と直列にＦＥＴ７を
接続して構成した点が特徴である。このＦＥＴ７のゲー
トには信号３を反転増幅器８によって反転させた信号９
と、オフセット信号１０とを加算した信号１１を入力す
る。この回路により、ＦＥＴ７のゲート・ソース間の電
圧が、ＩＧＢＴの電流値に応じて変動することになる。
つまり、ＩＧＢＴの電流値が大きいとＦＥＴ７のゲート
・ソース間の電圧が高くなり、また小さいと低くなるよ
うに動作する。一般に、ＦＥＴはゲート・ソース間の電
圧変化に対し、反比例的にドレイン・ソース間の抵抗分
が変化するので、その結果、ＩＧＢＴの電流が大きいと
相対的にゲート抵抗値が小さくなり、また、ＩＧＢＴの
電流が小さいと相対的にゲート抵抗値が大きくなる、と
いうように抵抗値がアナログ的に変化する可変抵抗器と
して機能することになる。ここに、反転増幅器８のゲイ
ンとオフセット信号１０の大きさは、ＦＥＴ７の動作特
性が所望の抵抗値となるように決める。
【００１３】図５のように、ＦＥＴ７をオン用のゲート
抵抗１７に並列に接続することもできる。一見して図１
と同様の構成となるが、図１ではＦＥＴがデジタル的に
動作するのに対し、図５ではアナログ的に動作し可変抵
抗として作用する点において相違する。図６（ａ），
（ｂ）にターンオンする電流が大きい場合と小さい場合
の、ＩＧＢＴおよびＦＷＤのターンオン時の電流，電圧
波形を示す。ターンオンする電流の大きさにかかわら
ず、両ｖD のｄｖ／ｄｔがほぼ等しくなっていることが
分かる。
抵抗１７に並列に接続することもできる。一見して図１
と同様の構成となるが、図１ではＦＥＴがデジタル的に
動作するのに対し、図５ではアナログ的に動作し可変抵
抗として作用する点において相違する。図６（ａ），
（ｂ）にターンオンする電流が大きい場合と小さい場合
の、ＩＧＢＴおよびＦＷＤのターンオン時の電流，電圧
波形を示す。ターンオンする電流の大きさにかかわら
ず、両ｖD のｄｖ／ｄｔがほぼ等しくなっていることが
分かる。
【００１４】
【発明の効果】この発明によれば、ＩＧＢＴがターンオ
ンする際に発生するｄｖ／ｄｔを、スイッチングする電
流の大きさによらずほぼ一定にすることができるので、
従来方式に比べて、小電流領域での低ノイズ化または大
電流領域での効率向上（低損失化）の両立が可能となる
利点が得られる。
ンする際に発生するｄｖ／ｄｔを、スイッチングする電
流の大きさによらずほぼ一定にすることができるので、
従来方式に比べて、小電流領域での低ノイズ化または大
電流領域での効率向上（低損失化）の両立が可能となる
利点が得られる。
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す構成図であ
る。
る。
【図２】図１で用いられる電流検出方式の説明図であ
る。
る。
【図３】図１の動作説明図である。
【図４】この発明の第２の実施の形態を示す構成図であ
る。
る。
【図５】この発明の第３の実施の形態を示す構成図であ
る。
る。
【図６】図４，図５の効果説明図である。
【図７】ゲート駆動回路の従来例を示す構成図である。
【図８】インバータ装置の具体例を示す構成図である。
【図９】ＩＧＢＴ素子のゲート抵抗値の大小によるター
ンオン時の動作説明図である。
ンオン時の動作説明図である。
【図１０】ＩＧＢＴ素子のスイッチング電流の大小によ
るターンオン時の動作説明図である。
るターンオン時の動作説明図である。
１，７…電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、２…抵抗、
５…コンパレータ（ＣＭＰ）、６…フィルタ回路、８…
反転増幅器、１７…ゲート抵抗。
５…コンパレータ（ＣＭＰ）、６…フィルタ回路、８…
反転増幅器、１７…ゲート抵抗。
Claims (2)
- 【請求項１】 絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ
（ＩＧＢＴ）を含む電圧駆動形スイッチングデバイスの
ゲート駆動回路において、 前記スイッチングデバイスのターンオン動作終了後に流
れる電流相当量を検出する検出手段と、前記スイッチン
グデバイスのオン用のゲート抵抗値をステップ的に変化
させる駆動手段とを設け、前記検出手段からの出力が或
る設定値以上または以下になった時、前記駆動手段を動
作させることを特徴とする電力変換器におけるゲート駆
動回路。 - 【請求項２】 ＩＧＢＴを含む電圧駆動形スイッチング
デバイスのゲート駆動回路において、 前記スイッチングデバイスのターンオン動作終了後に流
れる電流相当量を検出する検出手段と、前記スイッチン
グデバイスのオン用のゲート抵抗値を、入力される信号
の大きさに応じて比例的または反比例的に変化させる操
作回路とを設け、前記検出手段からの出力値に応じて前
記操作回路を動作させることを特徴とする電力変換器に
おけるゲート駆動回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22691297A JPH1169779A (ja) | 1997-08-25 | 1997-08-25 | 電力変換器におけるゲート駆動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22691297A JPH1169779A (ja) | 1997-08-25 | 1997-08-25 | 電力変換器におけるゲート駆動回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1169779A true JPH1169779A (ja) | 1999-03-09 |
Family
ID=16852557
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22691297A Pending JPH1169779A (ja) | 1997-08-25 | 1997-08-25 | 電力変換器におけるゲート駆動回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1169779A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013005474A (ja) * | 2011-06-13 | 2013-01-07 | Honda Motor Co Ltd | 電源回路 |
| WO2013077105A1 (ja) | 2011-11-22 | 2013-05-30 | 株式会社 日立製作所 | インバータ装置 |
| JP2018078721A (ja) * | 2016-11-09 | 2018-05-17 | 富士電機株式会社 | ゲート駆動回路およびスイッチング電源装置 |
| US11038500B2 (en) | 2019-01-04 | 2021-06-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Gate resistance adjustment device |
| CN116317480A (zh) * | 2023-03-28 | 2023-06-23 | 重庆大学 | 一种通过降低栅极电阻提高功率器件过载的栅极驱动电路 |
-
1997
- 1997-08-25 JP JP22691297A patent/JPH1169779A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013005474A (ja) * | 2011-06-13 | 2013-01-07 | Honda Motor Co Ltd | 電源回路 |
| WO2013077105A1 (ja) | 2011-11-22 | 2013-05-30 | 株式会社 日立製作所 | インバータ装置 |
| JP2018078721A (ja) * | 2016-11-09 | 2018-05-17 | 富士電機株式会社 | ゲート駆動回路およびスイッチング電源装置 |
| US10469067B2 (en) | 2016-11-09 | 2019-11-05 | Fuji Electric Co., Ltd. | Gate driving circuit and switching power supply device |
| US11038500B2 (en) | 2019-01-04 | 2021-06-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Gate resistance adjustment device |
| US11658653B2 (en) | 2019-01-04 | 2023-05-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Gate resistance adjustment device |
| CN116317480A (zh) * | 2023-03-28 | 2023-06-23 | 重庆大学 | 一种通过降低栅极电阻提高功率器件过载的栅极驱动电路 |
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