JPS61242416A - パワ−mos・fet駆動回路 - Google Patents

パワ−mos・fet駆動回路

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JPS61242416A
JPS61242416A JP8362885A JP8362885A JPS61242416A JP S61242416 A JPS61242416 A JP S61242416A JP 8362885 A JP8362885 A JP 8362885A JP 8362885 A JP8362885 A JP 8362885A JP S61242416 A JPS61242416 A JP S61242416A
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JP
Japan
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fet
gate
power mos
voltage
pulse transformer
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Pending
Application number
JP8362885A
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English (en)
Inventor
Junichi Okada
順一 岡田
Toru Kai
徹 甲斐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
Priority to JP8362885A priority Critical patent/JPS61242416A/ja
Publication of JPS61242416A publication Critical patent/JPS61242416A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/689Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit
    • H03K17/691Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit using transformer coupling

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はパワーMOS・FET駆動回路に関する。
〔従来の技術〕
パワーMOS・FETはゲート電圧を制御することで、
ドレイン・ソース間をスイッチングし、電力制御のでき
るスイッチング素子であり、バイポーラトランジスタの
ように蓄積効果がないので高速スイッチング動作が可能
であり、スイッチング速度が比較的遅い場合には、第3
図に示すようニC−N09 IC−t’直接数100(
V)、数1O(A)ノミ力を制御できる特長を持ってい
る。
しかし、電動機制御用PWMインバータなどで高速のス
イッチング動作で使用するには。
MOS @FETの等価ゲート入力容量Cinが問題に
なってく□る0等価ゲート入力容量Cinは無視できな
い大きさなので、ゲート駆動回路は、出力インピーダン
スが低く、瞬時的な電流供給能力が高くなければ高速ス
イッチング動作させることができない、また、このよう
な用途では制御回路と主回路素子を電気的に絶縁できる
駆動回路構成が必要となる。
第4図のパワーMOS・FET駆動回路は、制御回路か
らの信号をホトカプラで絶縁し、出力部に低出力インピ
ーダンスのバッファー回路を用いてFETの高速動作を
実現している。この回路は、伝達時間遅れの小さな高速
のホトカプラを用いると、FETの高速性を生かせるが
、高速のホトカプラは高価であること、また駆動回路用
に制御回路とは独立の絶縁電源を必要とすることなどバ
イポーラ素子に対するMOS−FETの特長を十分発揮
したものとはいえない。
一方、第5図は信号の伝送にパルストランスを用いて制
御回路との絶縁とゲート駆動に必要な電力の供給を同時
に行なうパワーMOS−FET[動回路の例である。ゲ
ート駆動に必要な電力を制御回路側から供給するので、
第4図の駆動回路のように独立の絶縁電源を必要とせず
1回路構成も簡単になっている。
この駆動回路の動作を説明すると次のようになる。まず
、パルストランス13の1次側に正の電圧を印加すると
、2次側にも正の電圧が誘起される。この誘起電圧によ
り抵抗14→パワーMOS−FETIIのゲート・ソー
ス→ダイオード15の順でパワーMOS・FETIIの
入力容量の充電電流が流れ、ゲート電位Vasがゲート
Φソースしきい値電圧Vthを越えるとパワーMOS拳
FETIIはオン状態となる。MOS @FET12は
ダイオード15によりゲート・ソース間が逆バイアスさ
れており、オフ状態を保っている0次にパルストランス
13の1次側の電圧を零にすると、2次側にはフライバ
ック電圧が誘起される。このフライバック電圧によりM
OS @FET12のゲートが正バイアスされてMOS
−FET12がオンし、パワーMO5、FET11のゲ
ートを接地してすみやかに入力容量に充電された電荷を
放電し、Vas< VthとなるとパワーMOS−FE
TIIはオフする。このようにパルストランス13の1
次側に正のパルス電圧を加えることでパワーMOS・F
ETIIをオン/オフさせる。
この駆動回路でパワーMOS・FET11t−PWM駆
動する場合法のような・問題がある。今、簡単のために
PWM信号のキャリア周波数は一定とし・パルスのデユ
ーティサイクルはOから100%まで変化すると考える
まず、パルストランスの飽和により、一定幅以上のパル
ス信号が伝送できなくなるので、100%デユーティサ
イクルのオンは実現できないこと、また、効率の低下を
がまんして、たとえば90%デユーティサイクルを最大
とするPWM信号で駆動するとしても、少なくともパル
ストランス13はキャリアの一周期分の幅のパルスは飽
和せずに伝送できるように広帯域であることが必要であ
る。
しかしながら、広帯域のパルストランス13は2次電圧
の立とり特性が悪くなるのでせっかくのパワーMOS−
FETの高速性を十分生かせなくなってしまう、また、
広帯域のパルストランス13は大きくなり、回路部品が
少ないという長所が生かせない、また、パルスのデユー
ティサイクルが小さくなった場合、充分なフライバック
電圧が生じなくなりMOS・F E T 12がオンで
きず、したかってパワーMOS・FETIIがオフでき
なくなることがある。
このように第5図の駆動回路はスイッチングレギュレー
タのようにパルス幅が比較的一定している用途では問題
ないが、PWMのようにパルス幅が大きく変化する用途
では問題が多い。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、前述のような従来のゲート駆動回路が
持っている問題点を解決し、小型で高速動作可能な、主
にPWM駆動を対象とするパワーMOS参FET駆動回
路を提供することである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、パルストランスをパワーMO5・FETのオ
ン/オフのスイッチングの間だけ働かせるようにして、
パルストランスの小型化、高速化を図り、同時にPWM
用にも十分使用できるようにしたものである。
すなわち、本発明によるパワーMOS−FET駆動回路
は、任意の時間差をもって符号の異なる第1および第2
のパルス電圧を2次側に発生するパルストランスと、パ
ルストランスの2次側に第1のパルス電圧が生じたとき
だけ導通して、パワーMOS・FETのゲート・ソース
間に正の電圧を印加し、パワーMOS−FETをオンす
る手段と、パルストランスの2次側に第2のパルス電圧
が生じたとき導通状態となり、パワーMOS・FETの
ゲートをソースに接地させる手段と、前記導通状態を保
持する手段と、パルストランスの2次側に第1のパルス
電圧が生じたとき、前記導通状態を非導通状態に変更す
る手段を有する。
〔実施例〕
本発明の実施例について図面を参照して説明する。
第1図は本発明によるパワーMOS−FET駆動回路の
一実施例の回路図、第2図は第1図の各部の信号の波形
図である。
パルストランス3は第2図(a)に示すような、パワー
MOS@FETIを駆動しようとするパルス電圧により
、その立上り、立下りに応じて第2図(b)に示すよう
な正のパルス電圧(電圧V(11(V)、幅ta (u
) ) 、負のパルス電圧(電圧−V(12(V)、幅
Lb (u) )を2次側に発生する。ダイオード6.
9はパルストランス3の2次側に正のパルス電圧が発生
したときだけ導通して、駆動対象であるパワーMOS・
FET1のゲート・ソース間に正の電圧を印加して、こ
れをオンする。エンハンスメント型MOS・FET2は
パルストランス3の2次側に負の電圧が発生したときに
導通状態となり、パワーMO5・FETIのゲートをソ
ースに接地させる。ダイオード8はMOS−FET2の
導通状態を保持する。電流形のスイッチング素子である
NPNトランジスタ4およびそのベース抵抗5はパルス
トランス3の2次側に正のパルス電圧が生じたとき、M
OSΦFET2の導通状態を非導通状態に変更する。な
お、電圧VatはパワーMOS・FETIのゲート・ソ
ース間降伏電圧を、−tた。電圧1−Vd21はMOS
 −FET2のゲート拳ソース間降伏電圧を越えない電
圧でなければならない。
次に、本実施例の動作を第2図を参照して説明する。
時刻1.のPWM信号のオン峠オフに対応してパルスト
ランス2次側に電圧÷V、11 (V) 1幅ta(g
s)のパルス電圧が発生すると、抵抗5を通して正バイ
アスされたトランジスタ4がオンし、MOS−FET2
のゲートを接地し、MOS −FET2のゲート電荷を
すばやく放電し、MOS・FET2はオフする0次にダ
イオード6がオンし、ダイオード6→パワーMO9−F
ETIのゲート・ンース間→ダイオード9の順でパワー
MOS・FETIの等価ゲート入力容量C1nt  (
= Cgs+Cgd)の充電電流が流れる0等価ゲート
入力容量Ci旧が充電されるにしたがってゲート・ソー
ス電圧vGS1が上昇し、ゲート・ソースしきい値電圧
Vth1ヲ越えルトパ’7−MOS・FET 1はオン
する0等価ゲート入力容量Ci旧が充分充電されゲート
・ソース電圧VastがV(11に達するとダイオード
6.9は非導通となり、入力容量Ci旧より以上充電す
ることも放電することもなくパワーMOS−FETIは
オン状態を保ち続ける。
その後、パルストランス3の2次電圧V112が0にな
っテモ、トランジスタ4のベース電流がなくなりトラン
ジスタ4がオフ状態に変化するだけで他には何も影響し
ない、この場合、ta(u)は入力容量C1n1が充分
充電できる時間に設定しておく。
次に、時刻t2のPWM信号のオン峠オフに対応してパ
ルストランス2次側に−V−2(V) 、幅tb(U)
のパルス電圧が発生するとダイオード8゜7が導通し、
MOS @FET2の等価ゲート入力容量Cen2を充
電する。MOS@FET2のゲート電圧Vas2がゲー
)−ソースしきい値電圧Vth2を越えるとMOS @
FET2はオンし、パワーMOS・FETIのゲートを
接地し1等価ゲート入力容量C4n1の電荷を急速に放
電する。パワーMOS−FETIのゲート電圧VGst
がしきい値電圧Vtht以下ニナルトパ7−MOS −
FET 1はオフする。MOS−FET2の等価ゲート
入力容量C1n2が充分充電され、ゲート電圧Vas2
が1−V、12 +に達すると、ダイオード8.7は非
導通となり等価ゲート入力容量C1ntはそれ以上充電
することも放電することもないのでMOS・FET2は
オン状態を保ちつづけ、パワーMOS・FET lのゲ
ートを接地しつづけるので、パワーMOS−FETIは
オフ状態を保ち続ける。
パルス幅tb (u)をC1nzが充分充電できる時間
に設定しておけば、−Va2(V)が0(v)に変化し
ても回路の状態は変化せずパワーMOS・FET1は安
定にオフ状態を保つ。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、パルストランスをパワー
MOS@FETのオン/オフのスイッチングの間だけ働
かせるようにすることにより以下のような効果を有する
a)パルストランスを用いてパワーMOS−FETIP
WM駆動でき、駆動できるPWMのパルスのデユーティ
サイクルが広範囲である。
b)パルストランスは1〜2(u)のパルス電圧を伝送
するだけでよいので、小型化でき、同時にパルストラン
スの立上り、立下り特性も高速化できるので、パワーM
OS・FETの高速性が十分生かせる。
C) フライバック電圧のようにパルス幅によって変化
する要素を含んでいないので、動作が確実になる。
d)各素子が動作する時間は非常に短く、デユーティサ
イクルも十分低いので、各素子でのロスは非常に小さい
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるパワーMOS−FET駆動回路の
一実施例の回路図、第2図は第1図の各部の信号の波形
図、第3図〜第5図は従来例の回l18図である。 l:パワーMOS@FET。 2:MOS・FET。 3:パルストランス。 4:NPN)ランジスタ、 5:ベース抵抗。 6〜9:ダイオード、 VasI、 Vas2:ゲート・ソース電圧、VF6:
パルストランス3の2次側電圧。 特許出願人  株式会社安川電機製作所代  理 人 
  若   林      史書3図 第4図 第5図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 任意の時間差をもつて符号の異なる第1および第2のパ
    ルス電圧を2次側に発生するパルストランスと、 パルストランスの2次側に第1のパルス電圧が生じたと
    きだけ導通して、パワーMOS・FETのゲート・ソー
    ス間に正の電圧を印加し、パワーMOS・FETをオン
    する手段と、 パルストランスの2次側に第2のパルス電圧が生じたと
    き導通状態となり、パワーMOS・FETのゲートをソ
    ースに接地させる手段と、前記導通状態を保持する手段
    と、 パルストランスの2次側に第1のパルス電圧が生じたと
    き、前記導通状態を非導通状態に変更する手段を有する
    パワーMOS・FET駆動回路。
JP8362885A 1985-04-20 1985-04-20 パワ−mos・fet駆動回路 Pending JPS61242416A (ja)

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JP8362885A JPS61242416A (ja) 1985-04-20 1985-04-20 パワ−mos・fet駆動回路

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JPS61242416A true JPS61242416A (ja) 1986-10-28

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JP8362885A Pending JPS61242416A (ja) 1985-04-20 1985-04-20 パワ−mos・fet駆動回路

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2661573A1 (fr) * 1990-04-25 1991-10-31 Sgs Thomson Microelectronics Circuit de commande de grille par impulsion avec securite de court-circuit.

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57206944A (en) * 1981-06-15 1982-12-18 Matsushita Electric Works Ltd Driving circuit for switching element

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