JPWO2019130577A1 - 半導体スイッチ制御回路及びスイッチング電源装置 - Google Patents
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Abstract
Description
1.実施形態1に係る半導体スイッチ制御回路16及びスイッチング電源装置1
実施形態1においては、本発明の半導体スイッチ制御回路を臨界モード型の昇圧チョッパからなるスイッチング電源装置に適用した例を用いて本発明の半導体スイッチ制御回路及びスイッチング電源装置を説明する。図1は、実施形態1に係る半導体スイッチ制御回路16を用いたスイッチング電源装置1(実施形態1に係るスイッチング電源装置1)の回路図である。図2は、実施形態1に係る半導体スイッチ制御回路16を説明するために示す図である。
実施形態1に係る半導体スイッチ制御回路16及びスイッチング電源装置1によれば、パルス信号生成部17が生成したパルス信号とゲート電圧検出部21が検出したゲート電圧とに基づいて、駆動電流生成部18が生成する駆動電流を制御する駆動電流制御部22を備えることから、電源の起動時や過負荷時などの大きなスイッチング電流が流れるタイミングにおいては、ゲート電圧の立ち下り速度又はゲート電圧の立ち上り速度が低く(遅く)なるように駆動電流を制御することにより(図3及び図5参照。)、電源の起動時や過負荷時などの大きなスイッチング電流が流れるタイミングにおいても自励発振及びこれに起因して半導体スイッチが誤動作して半導体スイッチやその周辺回路部品が破壊されてしまうという現象を起こしにくい半導体スイッチ制御回路及びスイッチング電源装置となる(図4及び図7参照。)。
図9は、実施形態2に係る半導体スイッチ制御回路23を説明するために示す図である。図10は、実施形態2に係る半導体スイッチ制御回路23を用いたスイッチング電源装置におけるスイッチング動作時のドレイン電流IDの波形を模式的に示す図である。このうち、図10(A)に示すドレイン電流IDの波形は、定格最大負荷領域におけるドレイン電流IDの波形であり、図10(B)及び図10(C)に示すドレイン電流IDの波形は、過負荷領域1におけるドレイン電流IDの波形である。但し、図10(C)に示すドレイン電流IDの波形は、ターンオフ期間中におけるゲート電圧VGSの立ち下り速度を遅くした場合のドレイン電流IDの波形である。図11は、実施形態2に係る半導体スイッチ制御回路23を用いたスイッチング電源装置におけるスイッチング動作時のドレイン電流IDの波形を模式的に示す図である。このうち、図11(A)に示すドレイン電流IDの波形は、定格最大負荷領域におけるドレイン電流IDの波形であり、図11(B)及び図11(C)に示すドレイン電流IDの波形は、過負荷領域1におけるドレイン電流IDの波形である。但し、図11(C)に示すドレイン電流IDの波形は、ターンオン期間中におけるゲート電圧VGSの立ち上り速度を遅くした場合のドレイン電流IDの波形である。なお、図10は実施形態2に係る半導体スイッチ制御回路23を臨界型の昇圧チョッパからなるスイッチング電源装置に適用した場合におけるドレイン電流IDの波形を模式的に示す図であり、図11は実施形態2に係る半導体スイッチ制御回路23を連続型の昇圧チョッパからなるスイッチング電源装置に適用した場合におけるドレイン電流IDの波形を模式的に示す図である。
Claims (15)
- ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を有する半導体スイッチにおける前記ゲート電極に駆動電流を供給することにより前記半導体スイッチのオン/オフ制御を行う半導体スイッチ制御回路であって、
前記半導体スイッチのオン/オフ制御を行う時間基準となるパルス信号を生成するパルス信号生成部と、
前記パルス信号生成部が生成する前記パルス信号に基づいて前記駆動電流を生成して当該駆動電流を前記半導体スイッチの前記ゲート電極に供給する駆動電流生成部と、
前記半導体スイッチのゲート電圧を検出するゲート電圧検出部と、
前記パルス信号生成部が生成する前記パルス信号と前記ゲート電圧検出部が検出する前記ゲート電圧とに基づいて、前記駆動電流生成部が生成する前記駆動電流を制御する駆動電流制御部とを備えることを特徴とする半導体スイッチ制御回路。 - ターンオフ期間中における前記ゲート電圧の第1プラトー期間開始時以降の第1期間中に前記ゲート電圧の自励発振現象を検出したとき、前記駆動電流制御部は、前記ゲート電圧の立ち下り速度が検出前よりも低くなるように前記駆動電流を制御することを特徴とする請求項1に記載の半導体スイッチ制御回路。
- ターンオフ期間中における前記ゲート電圧の第1プラトー期間開始時以降の第1期間中に前記ゲート電圧が前記半導体スイッチの閾値電圧よりも所定値だけ高い第1設定電圧を超えたとき、前記駆動電流制御部は、前記ゲート電圧の立ち下り速度が検出前よりも低くなるように前記駆動電流を制御することを特徴とする請求項2に記載の半導体スイッチ制御回路。
- 前記駆動電流制御部は、前記第1設定電圧として複数の電圧レベルの設定が可能で、かつ、前記ゲート電圧が前記第1期間中に前記複数の電圧レベルのうちより高い電圧レベルを超えるに従って、前記ゲート電圧の立ち下り速度が段階的に低くなるように前記駆動電流を制御することを特徴とする請求項3に記載の半導体スイッチ制御回路。
- 前記駆動電流制御部は、前記ゲート電圧が前記第1期間中に前記第1設定電圧を複数回超えたときに限り、前記ゲート電圧の立ち下り速度が検出前よりも低くなるように前記駆動電流を制御することを特徴とする請求項3に記載の半導体スイッチ制御回路。
- 前記半導体スイッチ制御回路は、前記半導体スイッチのドレイン電流若しくはソース電流、又は、前記半導体スイッチを備えるスイッチング電源装置の負荷電流若しくは入力電流のいずれかの電流を検出する電流検出部をさらに備え、
前記駆動電流制御部は、前記電流が前記半導体スイッチのオン期間中に所定の第1設定電流を超えている場合に限り、前記ゲート電圧の立ち下り速度が検出前よりも低くなるように前記駆動電流を制御することを特徴とする請求項3に記載の半導体スイッチ制御回路。 - ターンオン期間中における前記ゲート電圧の第2プラトー期間中に、前記ゲート電圧の自励発振現象を検出したとき、前記駆動電流制御部は、前記ゲート電圧の立ち上り速度が検出前よりも低くなるように前記駆動電流を制御することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の半導体スイッチ制御回路。
- ターンオン期間中における前記ゲート電圧の第2プラトー期間中に、前記ゲート電圧が前記半導体スイッチの閾値電圧よりも所定値だけ高い第2設定電圧を超えたとき、前記駆動電流制御部は、前記ゲート電圧の立ち上り速度が検出前よりも低くなるように前記駆動電流を制御することを特徴とする請求項7に記載の半導体スイッチ制御回路。
- 前記駆動電流制御部は、前記第2設定電圧として複数の電圧レベルの設定が可能で、かつ、前記ゲート電圧が前記第2プラトー期間中に前記複数の電圧レベルのうちより高い電圧レベルを超えるに従って前記ゲート電圧の立ち上り速度が段階的に低くなるように前記駆動電流を制御することを特徴とする請求項8に記載の半導体スイッチ制御回路。
- 前記駆動電流制御部は、前記ゲート電圧が前記第2プラトー期間中に前記第2設定電圧を複数回超えたときに限り、前記ゲート電圧の立ち上り速度が検出前よりも低くなるように前記駆動電流を制御することを特徴とする請求項8に記載の半導体スイッチ制御回路。
- 前記半導体スイッチ制御回路は、前記半導体スイッチのドレイン電流若しくはソース電流、又は、前記半導体スイッチを備えるスイッチング電源装置の負荷電流若しくは入力電流のいずれかの電流を検出する電流検出部をさらに備え、
前記駆動電流制御部は、前記電流が前記半導体スイッチのオン期間中に所定の第2設定電流を超えている場合に限り、前記ゲート電圧の立ち上り速度が検出前よりも低くなるように前記駆動電流を制御することを特徴とする請求項8に記載の半導体スイッチ制御回路。 - 前記駆動電流生成部は、前記半導体スイッチの前記ゲート電極に電流を充電する充電電流源及び前記半導体スイッチの前記ゲート電極から電流を放電させる放電電流源を有する充放電回路を有し、
前記駆動電流制御部は、前記半導体スイッチの前記ゲート電極に充電する充電電流又は前記半導体スイッチの前記ゲート電極から放電させる放電電流を制御することにより、前記駆動電流を制御することを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の半導体スイッチ制御回路。 - 前記半導体スイッチは、ワイドギャップ半導体により形成されてなることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の半導体スイッチ制御回路。
- 前記ワイドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム、酸化ガリウム又はダイヤモンドからなることを特徴とする請求項13に記載の半導体スイッチ制御回路。
- ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を有する半導体スイッチと、
前記半導体スイッチの前記ゲート電極に駆動電流を供給することにより前記半導体スイッチのオン/オフ制御を行う半導体スイッチ制御回路とを備えるスイッチング電源装置であって、
前記半導体スイッチ制御回路として、請求項1〜14のいずれかに記載の半導体スイッチ制御回路を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
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