柵極驅(qū)動(dòng)電路的制作方法

專利名稱：柵極驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體開關(guān)元件的柵極驅(qū)動(dòng)電路，尤其涉及降低功耗的柵極驅(qū)動(dòng)電路。
背景技術(shù)：
以往使用的電子裝置使半導(dǎo)體開關(guān)元件導(dǎo)通/截止，控制提供給負(fù)載的電壓、電流。圖I示出作為現(xiàn)有技術(shù)的電子裝置，其針對(duì)日本特開平7-226664號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)公開的驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)做出若干變更，驅(qū)動(dòng)三相交流電動(dòng)機(jī)。簡(jiǎn)單說明圖I所示的電子裝置的構(gòu)成。該電子裝置連接有三相交流電動(dòng)機(jī)作為負(fù)載4，圖I示出了三相中的一相。即，驅(qū)動(dòng)三相交流電動(dòng)機(jī)的情況下，對(duì)圖I所示的電子裝置 使用三相(通常稱作逆變器裝置等)。作為ー個(gè)相的単元I在負(fù)載驅(qū)動(dòng)用電源9與接地點(diǎn)10之間串聯(lián)連接上臂的半導(dǎo)體開關(guān)元件2 (帶續(xù)流ニ極管的IGBT (Insulated Gate BipolarTransistor))和下臂的半導(dǎo)體開關(guān)元件3 (帶續(xù)流ニ極管的IGBT),其連接點(diǎn)與負(fù)載4的一端連接。負(fù)載4是與連接于相當(dāng)于單元I的其他2相單元的負(fù)載4進(jìn)行Y連線或A連線來使用的。上臂半導(dǎo)體開關(guān)元件2與下臂半導(dǎo)體開關(guān)元件3分別具備同樣構(gòu)成的柵極驅(qū)動(dòng)電路。在各柵極驅(qū)動(dòng)電路具備發(fā)送電路5 (5’)、接收電路6 (6’)、柵極驅(qū)動(dòng)電路7 (7’)，發(fā)送電路5 (5’)的信號(hào)經(jīng)由變壓器8 (8’)傳輸給接收電路6 (6’)?？刂齐娫?1 (11’)與接收電路6 (6’)和柵極驅(qū)動(dòng)電路7 (7’)連接。發(fā)送電路5 (5’)連接于控制電源12 (12’)與接地點(diǎn)13 (與接地點(diǎn)10絕緣)之間，在控制電源12 (12’)與接地點(diǎn)13之間串聯(lián)連接有變壓器8 (8’)、NM0S晶體管14 (14’)。NMOS晶體管14 (14’)的柵極端子與AND電路17 (17’)的輸出端子連接，該AND電路17 (17’)的輸入端子連接有IN信號(hào)(IN’信號(hào))輸入端子(控制輸入信號(hào)端子)和脈沖信號(hào)電路16 (16’)的輸出端子。因此，在IN (IN’ )信號(hào)(控制輸入信號(hào))為有源狀態(tài)時(shí)，脈沖信號(hào)從脈沖信號(hào)電路
16(16’)經(jīng)由AND電路17 (17’)輸入到NMOS晶體管14 (14’ )的柵極端子。在從脈沖信號(hào)電路16 (16’)向NMOS晶體管14 (14’)的柵極端子輸入了脈沖信號(hào)時(shí)，NMOS晶體管14(14’)被進(jìn)行導(dǎo)通、截止驅(qū)動(dòng)，對(duì)變壓器8 (8’)的一次繞組施加基于上述脈沖信號(hào)的電壓。并且，ニ極管(整流元件)15 (15’)是為使在變壓器8 (8’)的一次繞組產(chǎn)生的逆電壓以循環(huán)電流的形式流動(dòng)來抑制過電壓的產(chǎn)生而連接的。變壓器8 (8’ )的二次繞組會(huì)被激發(fā)起與一次繞組成正比的電壓，因此接收電路6(6’)以該電壓作為觸發(fā)信號(hào)生成柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。來自接收電路6 (6’)的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)在柵極驅(qū)動(dòng)電路7 (7’)被放大信號(hào)后對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)元件2 (3)進(jìn)行導(dǎo)通、截止驅(qū)動(dòng)。圖2表示經(jīng)由變壓器8 (8’)將發(fā)送電路5 (5’)的信號(hào)傳輸給接收電路6 (6’)的圖I所示的半導(dǎo)體開關(guān)元件2 (3)的柵極驅(qū)動(dòng)電路。其中，上臂半導(dǎo)體開關(guān)元件2與下臂半導(dǎo)體開關(guān)元件3的柵極驅(qū)動(dòng)電路是相同構(gòu)成，因此，例如從圖I中僅取出上臂就成為圖
2。另外，圖2中，將IN信號(hào)的輸入端子IN、脈沖信號(hào)電路16、AND電路17概括表示為脈沖信號(hào)電路18。進(jìn)而，將接收電路6、柵極驅(qū)動(dòng)電路7、半導(dǎo)體開關(guān)元件2、負(fù)載4、負(fù)載驅(qū)動(dòng)用電源9、控制電源11、接地點(diǎn)10概括表示為負(fù)載19。該圖2示出了與本發(fā)明相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)的主要部分。圖3是說明圖2所示的電路的動(dòng)作的波形圖。脈沖信號(hào)電路18如圖3中“脈沖信號(hào)電路18的輸出信號(hào)”所示輸出連續(xù)的矩形波脈沖。在“IN信號(hào)”為高電平時(shí)，根據(jù)圖I可知AND電路17使得來自脈沖信號(hào)電路16的脈沖信號(hào)通過，驅(qū)動(dòng)NMOS晶體管14。如圖3所示，在“IN信號(hào)”為高電平且“脈沖信號(hào)”為高電平吋，NMOS晶體管14導(dǎo)通，對(duì)變壓器8施加電壓而流過電流。這種情況下，對(duì)應(yīng)于“變壓器8的電流”的上升沿而在“變壓器8的電壓”產(chǎn)生正電壓，對(duì)應(yīng)干“變壓器8的電流”的下降沿而在“變壓器8的電壓”產(chǎn)生負(fù)電壓。變壓器的二次側(cè)的接收電路6和柵極驅(qū)動(dòng)器7僅被“變壓器8的電壓”為正時(shí)的信號(hào)驅(qū)動(dòng)，如圖3最下級(jí)的“IGBT柵極/源極間電壓”所示，提供使半導(dǎo)體開關(guān)元件2導(dǎo)通的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。專利文獻(xiàn)I日本特開平7-226664號(hào)公報(bào)
關(guān)于上述現(xiàn)有技術(shù)的柵極驅(qū)動(dòng)電路，在NMOS晶體管14從開放切換為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，在變壓器8產(chǎn)生的正電壓作為接收電路的觸發(fā)信號(hào)被傳輸，半導(dǎo)體開關(guān)元件2導(dǎo)通。此時(shí)，在脈沖信號(hào)電路16的輸出為高電平的期間內(nèi)，NMOS晶體管14處于導(dǎo)通狀態(tài)，電流持續(xù)流過變壓器8和NMOS晶體管14。然而，通過變壓器8向接收電路6傳遞觸發(fā)信號(hào)僅在NMOS晶體管14從開放切換為導(dǎo)通狀態(tài)的瞬間起很短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，因此接下來在脈沖信號(hào)電路16的輸出處于高電平的期間內(nèi)會(huì)流過無效電流。如上，現(xiàn)有技術(shù)的柵極驅(qū)動(dòng)電路存在流過無效電流，消耗無效功率的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，鑒于上述問題點(diǎn)，提供一種不會(huì)流過無效的電流，能降低功耗的柵極驅(qū)動(dòng)電路。本發(fā)明的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于具有控制電源、具備一次繞組和二次繞組的變壓器、第I開關(guān)元件、第2開關(guān)元件、整流元件以及電容元件，上述第I開關(guān)元件連接于上述控制電源與上述一次繞組的一端之間，上述第2開關(guān)元件與上述一次繞組的另一端連接，上述整流元件的兩端與上述一次繞組的兩端并聯(lián)連接，上述電容元件的一端與上述一次繞組的一端或另一端連接，在上述第I開關(guān)元件和第2開關(guān)元件中的一方導(dǎo)通時(shí)，上述電容元件通過上述控制電源來進(jìn)行充電，且在上述第I開關(guān)元件和第2開關(guān)元件中的另一方導(dǎo)通時(shí)，上述電容元件進(jìn)行放電。另外，本發(fā)明的柵極驅(qū)動(dòng)電路的特征在于，具有接收電路，該接收電路按照在上述一次繞組流過的電流的上升沿和下降沿檢測(cè)在上述二次繞組產(chǎn)生的繞組電壓，上述接收電路按照上述繞組電壓輸出控制脈沖信號(hào)。另外，本發(fā)明的柵極驅(qū)動(dòng)電路的特征在于，上述電容元件的一端與上述一次繞組的一端連接。另外，本發(fā)明的柵極驅(qū)動(dòng)電路的特征在于，上述電容元件的一端與上述一次繞組的另一端連接。另外，本發(fā)明的柵極驅(qū)動(dòng)電路的特征在于，上述電容元件的另一端接地。
另外，本發(fā)明的柵極驅(qū)動(dòng)電路的特征在于，上述電容元件的另一端與上述控制電源連接。另外，本發(fā)明的柵極驅(qū)動(dòng)電路的特征在于，上述電容元件在通過上述控制電源來進(jìn)行充電時(shí)，經(jīng)由上述一次繞組而進(jìn)行充電，且該電容元件在進(jìn)行放電時(shí)，不經(jīng)由上述一次繞組而進(jìn)行放電，或者，該電容元件在通過上述控制電源進(jìn)行充電時(shí)，不經(jīng)由上述一次繞組而進(jìn)行充電，且該電容元件在進(jìn)行放電時(shí)，經(jīng)由上述一次繞組進(jìn)行放電。另外，本發(fā)明的柵極驅(qū)動(dòng)電路的特征在于，上述電容元件在進(jìn)行放電時(shí)，經(jīng)由上述一次繞組進(jìn)行放電。另外，本發(fā)明的柵極驅(qū)動(dòng)電路的特征在于，上述電容元件在通過上述控制電源進(jìn)行充電時(shí)，經(jīng)由上述一次繞組進(jìn)行充電。根據(jù)本發(fā)明，消除了在半導(dǎo)體開關(guān)元件的柵極驅(qū)動(dòng)電路流動(dòng)的無效電流，能夠提 升效率。


圖I是表示半導(dǎo)體開關(guān)元件的現(xiàn)有技術(shù)中柵極驅(qū)動(dòng)電路的構(gòu)成的圖。圖2是表示圖I的現(xiàn)有技術(shù)中柵極驅(qū)動(dòng)電路的與本發(fā)明有關(guān)的主要部分的圖。圖3是說明現(xiàn)有技術(shù)中柵極驅(qū)動(dòng)電路的動(dòng)作的動(dòng)作波形圖。圖4是表示本發(fā)明的柵極驅(qū)動(dòng)電路的第I實(shí)施方式的電路構(gòu)成的圖。圖5表示將本發(fā)明第I實(shí)施方式的柵極驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)用于逆變器裝置的應(yīng)用電路構(gòu)成的圖。圖6是表示本發(fā)明的柵極驅(qū)動(dòng)電路的接收電路的具體的一個(gè)構(gòu)成例的圖。圖7是本發(fā)明的柵極驅(qū)動(dòng)電路的動(dòng)作說明圖。圖8是表示本發(fā)明的柵極驅(qū)動(dòng)電路的第2實(shí)施方式的電路構(gòu)成的圖。圖9是表示本發(fā)明的柵極驅(qū)動(dòng)電路的第3實(shí)施方式的電路構(gòu)成的圖。圖10是表示本發(fā)明的柵極驅(qū)動(dòng)電路的第3實(shí)施方式的電路動(dòng)作的圖。圖11是表示本發(fā)明的柵極驅(qū)動(dòng)電路的第4實(shí)施方式的電路構(gòu)成的圖。符號(hào)說明UlOl單元;2、3半導(dǎo)體開關(guān)元件;4、19、25負(fù)載;5、5，、22、22，發(fā)送電路;6、6，、23、23’接收電路；7、7’柵極驅(qū)動(dòng)電路；8、8’變壓器；9電源；11、11’、12、12’控制電源；10、13接地點(diǎn);14、14，NMOS晶體管；15、15’ ニ極管(整流元件)；16、16’、18脈沖信號(hào)電路；17、17’、235AND電路；20、201 203電容器(電容元件);21、21’PM0S晶體管；30逆變器電路；220、221模塊(IC化電路);231JK觸發(fā)器(JK-FF) ;232、233單穩(wěn)多諧振蕩器(MM) ；2340R電路；236定時(shí)器電路；237RS觸發(fā)器(RS-FF) ;A1、A3、A5、A7充電路徑；A2、A4、A6、A8放電路徑
具體實(shí)施例方式下面參見附圖具體說明本發(fā)明的實(shí)施方式。首先按照?qǐng)D4至圖7說明本發(fā)明的具體的一個(gè)實(shí)施方式，然后按照?qǐng)D8至圖11說明本發(fā)明的其他實(shí)施方式。(第I實(shí)施方式)圖4是本發(fā)明的ー個(gè)具體實(shí)施方式
，示出了對(duì)圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)改良后的柵極驅(qū)動(dòng)電路。圖4所示的電路構(gòu)成例如示出了與上臂半導(dǎo)體開關(guān)元件2 (帶續(xù)流ニ極管的IGBT)對(duì)應(yīng)的柵極驅(qū)動(dòng)電路，具體是由圖5所示的發(fā)送電路22、變壓器8、接收電路23、柵極驅(qū)動(dòng)電路7、半導(dǎo)體開關(guān)元件2、負(fù)載4構(gòu)成的。圖4與圖2同樣地簡(jiǎn)要示出了圖5所示的半導(dǎo)體開關(guān)元件2的柵極驅(qū)動(dòng)電路的構(gòu)成。圖4中，以與圖2相同的符號(hào)表示相同功能部分和部件。與圖2的現(xiàn)有技術(shù)的電路構(gòu)成進(jìn)行比較可知，本第I實(shí)施方式的柵極驅(qū)動(dòng)電路中，追加了電容器(電容元件)20和PMOS晶體管21，負(fù)載19與負(fù)載25不同。如圖6后述的那樣，負(fù)載25中接收電路23的構(gòu)成使用邏輯電路而得以數(shù)字化，成為易于IC化的電路構(gòu)成。根據(jù)圖4說明電路構(gòu)成。在控制電源12與接地點(diǎn)13之間按順序串聯(lián)連接有PMOS晶體管21、變壓器8的一次繞組、NMOS晶體管14，在變壓器8的一次繞組的兩端以從NMOS晶體管14到PMOS晶體管21為順向的方式連接有ニ極管15。另外，在變壓器8的二次繞組的兩端連接有負(fù)載25。在NMOS晶體管14和PMOS晶體管21的柵極連接有脈沖信號(hào)電路18的輸出端子，通過脈沖信號(hào)電路18的脈沖信號(hào)而被驅(qū)動(dòng)。而且在連接有PMOS晶體管21 的漏極端子、變壓器8的一次繞組的一端以及ニ極管15的陰極端子的連接點(diǎn)連接有電容器20的一端，電容器20的另一端與接地點(diǎn)13連接。圖5表示連接有三相交流電動(dòng)機(jī)的電子裝置的ー個(gè)相(単元101)。単元101在電源9與接地點(diǎn)10之間串聯(lián)連接有半導(dǎo)體開關(guān)元件2 (上臂半導(dǎo)體開關(guān)元件)與半導(dǎo)體開關(guān)元件3 (下臂半導(dǎo)體開關(guān)元件)，該連接點(diǎn)為與負(fù)載4連接的輸出端子。半導(dǎo)體開關(guān)元件2、3使用帶續(xù)流ニ極管的IGBT，在這些半導(dǎo)體開關(guān)元件2與半導(dǎo)體開關(guān)元件3各自的柵極驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)用了圖4所示的柵極驅(qū)動(dòng)電路。在負(fù)載4為三相交流電動(dòng)機(jī)的情況下，電子裝置構(gòu)成為使用3組單元101輸出三相交流的逆變器裝置。圖5中，將圖4所示的脈沖信號(hào)電路18作為脈沖信號(hào)電路16、AND電路17的組合而示出詳細(xì)構(gòu)成。即，2輸入AND電路17的一個(gè)輸入端子連接有IN信號(hào)輸入端子，另ー個(gè)輸入端子連接有脈沖信號(hào)電路16的輸出端子。而且在AND電路17的輸出端子共通連接有NMOS晶體管14和PMOS晶體管21的柵極端子。由這些NMOS晶體管14、PM0S晶體管21、ニ極管15、電容器20、脈沖信號(hào)電路16、AND電路17構(gòu)成的發(fā)送電路22概括為模塊(IC化電路)220，從而能減小安裝面積和占有容積。該模塊(IC化電路)220連接于控制電源12與接地點(diǎn)13之間，其輸出與變壓器8的一次繞組連接。 另外在圖5中，將圖4所示的負(fù)載25作為接收電路23、柵極驅(qū)動(dòng)電路7、控制電源11、半導(dǎo)體開關(guān)元件2、電源9、負(fù)載4的組合示出了詳細(xì)構(gòu)成。即，變壓器8的二次繞組的兩端與接收電路23的輸入端子連接，接收電路23的輸出端子與柵極驅(qū)動(dòng)電路7的輸入端子連接。另外，柵極驅(qū)動(dòng)電路7的輸出端子與半導(dǎo)體開關(guān)元件2的柵極端子連接。而在接收電路23和柵極驅(qū)動(dòng)電路7連接有控制電源11。如圖6所示，接收電路23的構(gòu)成使用邏輯電路而得以數(shù)字化，成為易于實(shí)現(xiàn)IC化的電路構(gòu)成。這些接收電路23、柵極驅(qū)動(dòng)電路7、控制電源11概括為模塊(IC化電路)221而能夠減小安裝面積和占有容積。半導(dǎo)體開關(guān)元件3的柵極側(cè)也與半導(dǎo)體開關(guān)元件2同樣地具有發(fā)送電路22’(模塊(IC化電路)220’)和由接收電路23’、柵極驅(qū)動(dòng)電路7’、控制電源11’構(gòu)成的柵極驅(qū)動(dòng)電路(模塊(IC化電路)221’)。具備這些柵極驅(qū)動(dòng)電路的上下臂的半導(dǎo)體開關(guān)元件2、3的電路構(gòu)成為單元101。而且將3組這些単元101組裝為輸出三相交流的逆變器裝置，從而驅(qū)動(dòng)作為負(fù)載4的三相交流電動(dòng)機(jī)。単元101作為可更換的單位進(jìn)行模塊化，從而能夠成為易于使用的構(gòu)成。并且單元101不限于驅(qū)動(dòng)三相交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，通常既能夠驅(qū)動(dòng)三相的負(fù)載，也能通過使用2組單元101來輸出單相交流，此外還能將可變的直流輸出裝置組裝為4相以上的交流輸出裝置。圖6示出了接收電路23的具體的一例，其使用邏輯電路而得以數(shù)字化，成為易于實(shí)現(xiàn)IC化的電路構(gòu)成。如圖6所示，接收電路23由JK觸發(fā)器(JK-FF)231、單穩(wěn)多諧振蕩器(MM) 232,233, OR電路234、AND電路235、定時(shí)器電路236、RS觸發(fā)器(RS-FF) 237構(gòu)成。首先說明接收電路23的構(gòu)成。JK-FF231的時(shí)鐘輸入端子Cl與變壓器8的二次繞組連接。而JK-FF231的輸出端子Ql與單穩(wěn)多諧振蕩器232的輸入端子連接，反轉(zhuǎn)了輸出端子Ql的邏輯的輸出端子-Ql與單穩(wěn)多諧振蕩器233的輸入端子連接。單穩(wěn)多諧振蕩器232的輸出端子Q2與單穩(wěn)多諧振蕩器233的輸出端子Q3與OR電路234的一個(gè)和另ー個(gè)輸入端子連接，OR電路234的輸出端子輸入到RS-FF237的置位輸入端子S。另外，定時(shí)器電 路236中，輸出端子Q5與RS-FF237的復(fù)位端子Rl連接，復(fù)位端子R2與OR電路234的輸出端子連接，時(shí)鐘輸入端子C2與AND電路235的輸出端子連接。AND電路235的一個(gè)輸入端子被輸入有定時(shí)器計(jì)數(shù)器用的時(shí)鐘信號(hào)CLK，另ー個(gè)輸入端子連接有RS-FF237的輸出端子Q4。而RS-FF237的輸出端子Q4與柵極驅(qū)動(dòng)電路7連接。接著根據(jù)圖7的波形說明接收電路23的動(dòng)作。變壓器8通過對(duì)NMOS晶體管14和PMOS晶體管21進(jìn)行導(dǎo)通、截止控制，從而產(chǎn)生與一次繞組電壓成正比的二次繞組電壓(參見圖7的“變壓器8的電壓”)。在該變壓器8的二次繞組產(chǎn)生的電壓被輸入到圖6所示的JK-FF231的時(shí)鐘輸入端子Cl后，如圖7所示，每當(dāng)被輸入?yún)迹癑K-FF231的輸出端子Ql的信號(hào)”反轉(zhuǎn)?！癑K-FF231的輸出端子Q1”被輸入到單穩(wěn)多諧振蕩器232后，單穩(wěn)多諧振蕩器232輸出從輸入信號(hào)的上升沿起規(guī)定期間內(nèi)處于高電平的脈沖信號(hào)。而反轉(zhuǎn)了 JK-FF231的輸出端子Q的邏輯后的輸出端子-Q的信號(hào)被輸入到圖6所示的單穩(wěn)多諧振蕩器233后，單穩(wěn)多諧振蕩器233輸出從輸入信號(hào)的上升沿起規(guī)定期間內(nèi)處于高電平的脈沖信號(hào)。來自單穩(wěn)多諧振蕩器232的輸出端子Q2和單穩(wěn)多諧振蕩器233的輸出端子Q3的信號(hào)被OR電路234獲取邏輯和，在IN信號(hào)處于高電平的期間內(nèi)，成為與脈沖信號(hào)電路18的矩形波脈沖信號(hào)的上升沿同步的脈沖信號(hào)。而且OR電路234的輸出被輸入到RS-FF237的置位輸入端子S。在從OR電路234向RS-FF237的置位輸入端子S輸入了脈沖信號(hào)吋，從RS-FF237的輸出端子Q4輸出高電平信號(hào)。另ー方面，RS-FF237的復(fù)位端子Rl被輸入定時(shí)器電路236的輸出，因此定時(shí)器電路236向上計(jì)數(shù)，脈沖信號(hào)從輸出端子Q5輸入到復(fù)位端子R1，此時(shí)RS-FF237的輸出端子Q4被復(fù)位為低電平。定時(shí)器電路236在RS-FF237的輸出端子Q4的信號(hào)處于高電平期間內(nèi)，經(jīng)由AND電路235被輸入定時(shí)器計(jì)數(shù)器用時(shí)鐘信號(hào)CLK。然而，從OR電路234輸入到定時(shí)器電路236的復(fù)位端子R2的脈沖信號(hào)的間隔被設(shè)定為比定時(shí)器電路236的向上計(jì)數(shù)時(shí)間短，因此定時(shí)器電路236基于來自O(shè)R電路234的脈沖信號(hào)而被復(fù)位，不會(huì)向上計(jì)數(shù)(時(shí)刻11、t2、t3)。因此，只要從OR電路234輸出脈沖信號(hào)，RS-FF237的輸出就不會(huì)被復(fù)位而維持高電平。然而在來自O(shè)R電路234的脈沖信號(hào)消失后，定時(shí)器電路236在不被復(fù)位的情況下持續(xù)計(jì)數(shù)，在成為向上計(jì)數(shù)時(shí)間到來的時(shí)刻t4時(shí)進(jìn)行向上計(jì)數(shù)，從輸出端子Q5輸出規(guī)定寬度的脈沖信號(hào)。RS-FF237被由定時(shí)器電路236向上計(jì)數(shù)的該脈沖信號(hào)而復(fù)位，成為圖I的最下級(jí)所不的信號(hào)。RS-FF237的輸出信號(hào)被輸出給柵極驅(qū)動(dòng)電路7,成為驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體開關(guān)兀件2的“ IGBT柵極/源極間電壓”信號(hào)。參見圖7所示的動(dòng)作波形圖，說明圖4和圖5的柵極驅(qū)動(dòng)電路的動(dòng)作。脈沖信號(hào)電路18輸出如圖7所示連續(xù)的矩形波脈沖。IN信號(hào)對(duì)應(yīng)于向半導(dǎo)體開關(guān)元件2的柵極端子提供柵極信號(hào)的期間，在規(guī)定定時(shí)上升為高電平，在規(guī)定定時(shí)下降為低電平。圖7中，以包含脈沖信號(hào)電路18的4個(gè)矩形波脈沖信號(hào)的方式成為高電平，而這只是ー個(gè)例子，可以按照期望的長(zhǎng)度成為高電平狀態(tài)。在脈沖信號(hào)電路18的矩形波脈沖信號(hào)為高電平且IN信號(hào)為高電平吋，NMOS晶體管14被驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)通(此時(shí)PMOS晶體管21為 截止)，在脈沖信號(hào)電路18的矩形波信號(hào)或IN信號(hào)中的某個(gè)為低電平吋，PMOS晶體管被驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)通(此時(shí)NMOS晶體管14截止)。因此在IN信號(hào)成為高電平以前的低電平期間時(shí)，PMOS晶體管21導(dǎo)通，電容器20連接于控制電源12與接地點(diǎn)13之間，大致被充電為控制電源12的電壓(電容器20的充電路徑是圖4所示的路徑Al)。在IN信號(hào)變?yōu)楦唠娖蕉}沖信號(hào)電路18的矩形波脈沖信號(hào)通過AND電路17而AND電路17的輸出變?yōu)楦唠娖絽?，NMOS晶體管14導(dǎo)通，電容器20的電壓在矩形波脈沖信號(hào)的上升沿經(jīng)由變壓器8的一次繞組而放電至大致OV (電容器20的放電路徑為圖4所示的路徑A2)。另外，在AND電路17的輸出為低電平吋，NMOS晶體管14截止，并且PMOS晶體管21導(dǎo)通，電容器20被充電至大致控制電源12的電壓(電容器20的充電路徑為圖4所示的路徑Al)。在IN信號(hào)為高電平的期間內(nèi)，電容器20按照脈沖信號(hào)電路18的矩形波脈沖信號(hào)，重復(fù)充放電。如上，在IN信號(hào)處于高電平的期間內(nèi)，PMOS晶體管21導(dǎo)通時(shí)充入電容器20的電壓在NMOS晶體管14導(dǎo)通的瞬間被施加給變壓器8的一次繞組。施加給該變壓器8的電壓僅存在于從NMOS晶體管14導(dǎo)通的瞬間起到電容器20的電荷放電為止的短暫期間內(nèi)，因此接下來脈沖信號(hào)電路18的矩形波脈沖信號(hào)變?yōu)楦唠娖降钠陂g內(nèi)不會(huì)向變壓器施加電壓，不會(huì)流過無效電流。圖7的“變壓器8的電流”、“變壓器8的電壓”表示出此時(shí)的動(dòng)作波形。變壓器8的二次繞組會(huì)被激發(fā)起與一次繞組成正比的電壓，因此接收電路23以該電壓作為觸發(fā)信號(hào)輸出圖7的最下級(jí)所示的作為柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的“ IGBT柵扱/源極間電壓”信號(hào)。來自接收電路23的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)被柵極驅(qū)動(dòng)電路7放大信號(hào)后對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)元件2進(jìn)行導(dǎo)通、截止驅(qū)動(dòng)。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，如圖7所示，變壓器8的電流僅在從脈沖信號(hào)電路18的脈沖信號(hào)上升為高電平的瞬間起短暫的時(shí)間內(nèi)流過，在接下來脈沖信號(hào)電路18的脈沖信號(hào)為高電平的期間內(nèi)不會(huì)流過電流。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，在柵極驅(qū)動(dòng)電路流動(dòng)的無效電流消失，能提升效率。另外，根據(jù)本實(shí)施方式，由于通過邏輯電路構(gòu)成接收電路，因此成為適于模塊化的電路，易于進(jìn)行IC化，能有助于柵極驅(qū)動(dòng)電路的小型化。(第2實(shí)施方式)圖8表不本發(fā)明的第2實(shí)施方式。本第2實(shí)施方式相對(duì)于第I實(shí)施方式的不同之處在于，變更了電容器20的連接部位(表示為電容器201)，在脈沖信號(hào)電路18的輸出側(cè)追加了逆變器電路30。S卩，電容器201的一端與連接有NMOS晶體管14的漏極端子、變壓器8的另一端以及ニ極管15的陽(yáng)極端子的連接點(diǎn)連接，電容器201的另一端與控制電源12、PMOS晶體管21的源極端子之間的連接點(diǎn)連接。另外，逆變器電路30的輸入端子與脈沖信號(hào)電路18 (AND電路17)的輸出端子連接，逆變器電路30的輸出端子與共通連接有NMOS晶體管14和PMOS晶體管21的柵極端子的連接點(diǎn)連接。其他電路構(gòu)成都與第I實(shí)施方式相同。在本第2實(shí)施方式中，電容器201的充電路徑為圖8所示的路徑A3。另外，電容器201的放電路徑為圖8所示的路徑A4。S卩，NMOS晶體管14導(dǎo)通而形成電容器201的充電路徑A3，而導(dǎo)通PMOS晶體管21導(dǎo)通則形成電容器201的放電路徑A4。本第2實(shí)施方式相比第I實(shí)施方式，可知構(gòu)成為將NMOS晶體管14與PMOS晶體管21對(duì)于電容器201的充放電作用加以交換。因此，在脈沖信號(hào)電路18的輸出側(cè)追加逆變器電路30，交換NMOS晶體管14與PMOS晶體管21的柵極信號(hào)的關(guān)系，成為與圖7所示動(dòng)作相同的動(dòng)作。因此本第2 實(shí)施方式與第I實(shí)施方式同樣進(jìn)行動(dòng)作，能獲得相同的效果。(第3實(shí)施方式)圖9表不本發(fā)明的第3實(shí)施方式。本第3實(shí)施方式與第I實(shí)施方式的不同之處在于變更了電容器20的連接部位(表示為電容器202)。S卩，電容器202的一端與連接有PMOS晶體管21的漏極端子、變壓器8的一端以及ニ極管15的陰極端子的連接點(diǎn)連接，電容器201的另一端與控制電源12和PMOS晶體管21的源極端子的連接點(diǎn)連接。其他電路構(gòu)成都與第I實(shí)施方式相同。在本第3實(shí)施方式中，電容器202的充電路徑為圖9所示的路徑A5。而電容器202的放電路徑為圖9所示的路徑A6。S卩，NMOS晶體管14導(dǎo)通而包含變壓器8的一次繞組形成電容器202的充電路徑A5，而導(dǎo)通PMOS晶體管21導(dǎo)通，由此形成電容器202的放電路徑A6。本第3實(shí)施方式與第I實(shí)施方式的不同之處在于，第I實(shí)施方式中在匪OS晶體管14導(dǎo)通而電容器20放電時(shí)對(duì)變壓器8的一次繞組施加電壓，而在第3實(shí)施方式中，在NMOS晶體管14導(dǎo)通而電容器20充電時(shí)對(duì)變壓器8的一次繞組施加電壓。因此，相對(duì)于圖7中變壓器8的電壓針對(duì)電容器20的充放電的產(chǎn)生波形而言，變壓器8的電壓針對(duì)電容器202的充放電的產(chǎn)生波形如圖10所示。本第3實(shí)施方式的動(dòng)作波形除去電容器202的充放電動(dòng)作之外，其他動(dòng)作波形都與圖7的動(dòng)作波形相同。因此，若將電容器202的充放電動(dòng)作反過來則能與第I實(shí)施方式同樣地看待第3實(shí)施方式，能夠與第I實(shí)施方式同樣進(jìn)行動(dòng)作，能獲得相同的效果。(第4實(shí)施方式)圖11示出本發(fā)明的第4實(shí)施方式。本第4實(shí)施方式與第3實(shí)施方式的不同之處在于，變更了電容器202的連接部位(表示為電容器203)，在脈沖信號(hào)電路18的輸出側(cè)追加了逆變器電路30。S卩，電容器203的一端與連接有NMOS晶體管14的漏極端子、變壓器8的另一端以及ニ極管15的陽(yáng)極端子的連接點(diǎn)連接，電容器203的另一端與接地點(diǎn)13連接。另外，逆變器電路30的輸入端子與脈沖信號(hào)電路18 (AND電路17)的輸出端子連接，逆變器電路30的輸出端子與共通連接有NMOS晶體管14和PMOS晶體管21的柵極端子的連接點(diǎn)連接。其他電路構(gòu)成都與第3實(shí)施方式相同。在本第4實(shí)施方式中，電容器203的充電路徑為圖11所示的路徑A7。而電容器203的放電路徑為圖11所示的路徑AS。S卩，PMOS晶體管21導(dǎo)通而包含變壓器8的一次繞組形成電容器203的充電路徑A7，而導(dǎo)通NMOS晶體管14則形成電容器203的放電路徑A8。本第4實(shí)施方式相比第3實(shí)施方式可知，構(gòu)成為交換了 NMOS晶體管14與PMOS晶體管21對(duì)于電容器203的充放電的作用。因此在脈沖信號(hào)電路18的輸出側(cè)追加逆變器電路30，交換NMOS晶體管14與PMOS晶體管21的柵極信號(hào)的關(guān)系，成為與圖7所示動(dòng)作相同的動(dòng)作。因此本第4實(shí)施方式與第3實(shí)施方式同樣進(jìn)行動(dòng)作，能獲得相同的效果。在上述實(shí)施方式中的構(gòu)成圖中，在電容器20、20f203的各充放電路徑Af A8中未插入電阻，然而使用NMOS晶體管14或PMOS晶體管21直接對(duì)電容器20、20廣203的電荷充放電的情況下，可以插入抑制充放電的峰值電流的電阻。另外，使用NMOS晶體管14或PMOS晶體管21經(jīng)由變壓器8的一次繞組對(duì)電容器20、20廣203的電荷充放電的情況下，可以插 入抑制充放電的振動(dòng)電流的電阻。另外，控制電源12與控制電源12’可為同一部件。另外，作為半導(dǎo)體開關(guān)元件舉出了 IGBT的例子，然而不限于IGBT，還可以使用MOS晶體管、雙極晶體管。另外，可以將NMOS晶體管14和PMOS晶體管21替換為雙極晶體管。另外，在接地點(diǎn)10、13的接地并不表示一定接觸地面，表示在基準(zhǔn)電位的接地。上述實(shí)施方式表示本發(fā)明的一例，但不限于此，當(dāng)然可以在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)變形加以實(shí)施。在上述實(shí)施方式中，以負(fù)載作為三相交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了說明，然而，本發(fā)明不限于此，可以廣泛應(yīng)用于專利文獻(xiàn)I所示的高頻過熱裝置、電磁感應(yīng)加熱裝置、或其它負(fù)載中。
權(quán)利要求
1.ー種柵極驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于具有 控制電源、具備一次繞組和二次繞組的變壓器、第I開關(guān)元件、第2開關(guān)元件、整流元件以及電容元件， 上述第I開關(guān)元件連接于上述控制電源與上述一次繞組的一端之間， 上述第2開關(guān)元件與上述一次繞組的另一端連接， 上述整流元件的兩端與上述一次繞組的兩端并聯(lián)連接， 上述電容元件的一端與上述一次繞組的一端或另一端連接， 在上述第I開關(guān)元件和第2開關(guān)元件中的一方導(dǎo)通時(shí)，上述電容元件通過上述控制電源進(jìn)行充電，且在上述第I開關(guān)元件和第2開關(guān)元件中的另一方導(dǎo)通時(shí)，上述電容元件進(jìn)行放電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其特征在干， 該柵極驅(qū)動(dòng)電路具有接收電路，該接收電路按照在上述一次繞組流過的電流的上升沿和下降沿檢測(cè)在上述二次繞組產(chǎn)生的繞組電壓， 上述接收電路按照上述繞組電壓輸出控制脈沖信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其特征在干，上述電容元件的一端與上述一次繞組的一端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其特征在干，上述電容元件的一端與上述一次繞組的另一端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任意一項(xiàng)所述的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，上述電容元件的另一端接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任意一項(xiàng)所述的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，上述電容元件的另一端與上述控制電源連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任意一項(xiàng)所述的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，上述電容元件被構(gòu)成為，在該電容元件通過上述控制電源進(jìn)行充電吋，經(jīng)由上述一次繞組進(jìn)行充電，且在該電容元件進(jìn)行放電時(shí)，不經(jīng)由上述一次繞組進(jìn)行放電，或者，在該電容元件通過上述控制電源進(jìn)行充電時(shí)，不經(jīng)由上述一次繞組進(jìn)行充電，且在該電容元件進(jìn)行放電時(shí)，經(jīng)由上述一次繞組進(jìn)行放電。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任意一項(xiàng)所述的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，上述電容元件被構(gòu)成為，在該電容元件進(jìn)行放電時(shí)，經(jīng)由上述一次繞組進(jìn)行放電。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任意ー項(xiàng)所述的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其特征在干，上述電容元件被構(gòu)成為，在該電容元件通過上述控制電源進(jìn)行充電時(shí)，經(jīng)由上述一次繞組進(jìn)行充電。
全文摘要
本發(fā)明提供一種柵極驅(qū)動(dòng)電路，其具有控制電源(12)、具備一次繞組和二次繞組的變壓器(8)、第1開關(guān)元件(21)、第2開關(guān)元件(14)、整流元件(15)、電容元件(20)，第1開關(guān)元件(21)連接于控制電源(12)與上述一次繞組的一端之間，第2開關(guān)元件(14)連接于上述一次繞組的另一端，整流元件(15)的兩端與上述一次繞組的兩端并聯(lián)連接，電容元件(20)的一端與上述一次繞組的一端或另一端連接，在第1開關(guān)元件(21)和第2開關(guān)元件(14)中的一方導(dǎo)通時(shí)，由控制電源(12)對(duì)電容元件(20)充電，并且在第1開關(guān)元件(21)和第2開關(guān)元件(14)中的另一方導(dǎo)通時(shí)，電容元件(20)放電。
文檔編號(hào)H03K17/687GK102801407SQ20121016600
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者佐佐木一樹 申請(qǐng)人:三墾電氣株式會(huì)社