JP7655828B2 - Gate driver for power semiconductor device and power conversion device - Google Patents
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Description
本発明は、電力用半導体素子のゲート駆動装置及び電力変換装置に関する。 The present invention relates to a gate drive device for a power semiconductor device and a power conversion device.
複数個直列に接続された電力用半導体素子である半導体スイッチング素子の各々をオンオフするゲート駆動装置として種々のものが提案されている。 Various gate drive devices have been proposed that turn on and off each of the semiconductor switching elements, which are multiple power semiconductor elements connected in series.
例えば、複数個直列接続されアームを構成する電圧駆動型半導体素子と、前記各アーム内の複数個の当該電圧駆動型半導体素子各々のゲート端子にゲート信号を供給するゲート駆動回路と、からなる半導体スイッチ回路において、前記ゲート駆動回路と前記各アーム内の各々の電圧駆動型半導体素子のゲート端子とを接続するゲート線を互いに磁気結合させたことを特徴とする直列接続された電圧駆動型半導体素子の制御装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 For example, in a semiconductor switch circuit including a plurality of voltage-driven semiconductor elements connected in series to form an arm, and a gate drive circuit that supplies a gate signal to the gate terminal of each of the plurality of voltage-driven semiconductor elements in each arm, a control device for series-connected voltage-driven semiconductor elements is known, characterized in that the gate lines connecting the gate drive circuit to the gate terminals of each of the voltage-driven semiconductor elements in each arm are magnetically coupled to each other (see, for example, Patent Document 1).
例えば、電力変換装置の各アームに複数個直列接続される電圧駆動型半導体素子をそれぞれオン,オフ駆動するためのゲート駆動装置であって、前記電圧駆動型半導体素子に印加される電圧を検出し過電圧か否かを判断する過電圧判別回路と、電圧駆動型半導体素子のターンオン時に電圧駆動型半導体素子を通常の順バイアス電圧よりも高い電圧でターンオンさせるオーバドライブ回路とを備え、前記各直列接続された電圧駆動型半導体素子のターンオンタイミングの差により、各電圧駆動型半導体素子の印加電圧にアンバランスが発生し、前記過電圧判別回路にて過電圧を検出したときは、前記オーバドライブ回路にて過電圧が印加された電圧駆動型半導体素子を通常の順バイアス電圧よりも高い電圧でターンオンさせることにより、電圧駆動型半導体素子への過電圧印加およびこれにもとづく素子破壊を防止することを特徴とする電圧駆動型半導体素子のゲート駆動装置が知られている(例えば、特許文献2参照。)。 For example, a gate drive device for turning on and off a plurality of voltage-driven semiconductor elements connected in series to each arm of a power conversion device is known, which includes an overvoltage determination circuit that detects the voltage applied to the voltage-driven semiconductor elements and determines whether it is an overvoltage, and an overdrive circuit that turns on the voltage-driven semiconductor elements with a voltage higher than the normal forward bias voltage when the voltage-driven semiconductor elements are turned on. When an imbalance occurs in the voltage applied to each voltage-driven semiconductor element due to a difference in the turn-on timing of each of the voltage-driven semiconductor elements connected in series and an overvoltage is detected by the overvoltage determination circuit, the overdrive circuit turns on the voltage-driven semiconductor element to which an overvoltage has been applied with a voltage higher than the normal forward bias voltage, thereby preventing the application of an overvoltage to the voltage-driven semiconductor elements and the resulting element destruction (see, for example, Patent Document 2).
特許文献1(特許第4396036号公報)に記載された発明では、電圧駆動型半導体素子の各々ゲート線を磁気結合させて、電圧駆動型半導体素子がオンまたはオフする際に各ゲート線に流れる電流値が異なれば、その差分に応じてゲート線のインピーダンスを瞬時に変化させることで、各ゲート電流を一致させてスイッチングタイミングのばらつきを抑制させている。しかしながら、特許文献1(特許第4396036号公報)に記載された発明は、電圧駆動型半導体素子の各々のゲート閾値電圧(電圧駆動型半導体素子がオン動作し始めるゲートの電圧)が同一である場合はゲート電圧信号の遅延等によるゲート電圧の時間差を補正しオン動作あるいはオフ動作のスイッチングタイミングを揃える効果はあるものの、ゲート閾値電圧が異なる場合はその効果は小さい。多くの場合、ゲート閾値電圧は電圧駆動型半導体素子によってバラツキがあるので、オン動作及びオフ動作のスイッチングタイミングを揃える効果は乏しく、オン動作時及びオフ動作時における印加電圧の不均衡度が大きくなる。 In the invention described in Patent Document 1 (JP Patent No. 4396036), the gate lines of the voltage-driven semiconductor element are magnetically coupled, and if the current values flowing through the gate lines differ when the voltage-driven semiconductor element is turned on or off, the impedance of the gate lines is instantly changed according to the difference, thereby matching the gate currents and suppressing the variation in switching timing. However, the invention described in Patent Document 1 (JP Patent No. 4396036) has the effect of correcting the time difference in gate voltage due to the delay of the gate voltage signal and matching the switching timing of the on operation or off operation when the gate threshold voltages (the gate voltages at which the voltage-driven semiconductor element starts to turn on) of the voltage-driven semiconductor elements are the same, but the effect is small when the gate threshold voltages are different. In many cases, the gate threshold voltage varies depending on the voltage-driven semiconductor element, so the effect of matching the switching timing of the on operation and the off operation is poor, and the imbalance of the applied voltage during the on operation and the off operation becomes large.
例えば、特許文献2(特許第4449190号公報)に記載された発明のように遅くオン動作する素子のゲート電圧を予め高く設定する技術を、特許文献1に記載の発明に適用することで、複数個の電圧駆動型半導体素子の各々のオン動作のスイッチングタイミングを揃えることはできるが、複数個の電力用半導体素子の各々のオフ動作のスイッチングタイミングを揃えることはできない。また、ゲート電圧を高く設定すれば、ゲート電圧信号の遅延により動作が遅い電圧駆動型半導体素子のオン動作を早くすることができ、スイッチングタイミングを揃えることができるが、オフ動作についてはゲート電圧を高くしない場合と比較してその動作が遅れるため、電圧駆動型半導体素子の各々のオフ時のスイッチングタイミングが大きくずれ、印加電圧の不均衡度が大きくなってしまう。
For example, by applying the technology of setting the gate voltage of an element that turns on slowly, as in the invention described in Patent Document 2 (Patent Publication No. 4449190), to the invention described in
したがって、複数個直列に接続された電力用半導体素子のゲート駆動装置及びこれを備える電力変換装置においては、ゲート信号の伝達時間や電力用半導体素子の特性にバラツキがあっても、電力用半導体素子の各々のオン動作及びオフ動作についてのスイッチングタイミングを揃え、電力用半導体素子に印加される電圧の不均衡を抑制する技術が望まれている。 Therefore, in a gate drive device for multiple power semiconductor elements connected in series and a power conversion device equipped with the same, there is a need for technology that can align the switching timing for the on and off operations of each power semiconductor element and suppress imbalances in the voltages applied to the power semiconductor elements, even if there is variation in the transmission time of the gate signal and the characteristics of the power semiconductor elements.
本開示の一態様によれば、複数個直列に接続された電力用半導体素子のゲート駆動装置は、電力用半導体素子に対応して設けられ、可変のゲート駆動電圧を出力するゲート駆動電圧可変部と、ゲート駆動電圧可変部から出力されたゲート駆動電圧を対応する電力用半導体素子の各々のゲート端子に供給するゲート線と、ゲート線の各々を互いに磁気結合する磁気結合部と、を備える。 According to one aspect of the present disclosure, a gate drive device for a plurality of power semiconductor elements connected in series includes a gate drive voltage variable unit provided in correspondence with the power semiconductor elements and outputting a variable gate drive voltage, gate lines that supply the gate drive voltage output from the gate drive voltage variable unit to the gate terminals of the corresponding power semiconductor elements, and a magnetic coupling unit that magnetically couples each of the gate lines to each other.
ここで、上記ゲート駆動装置において、ゲート駆動電圧可変部は、出力するゲート駆動電圧の電位を電力用半導体素子間の電気的特性の差に応じて可変してもよい。 Here, in the above gate drive device, the gate drive voltage variable unit may vary the potential of the gate drive voltage to be output in accordance with the difference in electrical characteristics between the power semiconductor elements.
また、上記ゲート駆動装置において、第1のゲート閾値電圧を有する電力用半導体素子に対応するゲート駆動電圧可変部は、第1のゲート閾値電圧より高い第2のゲート閾値電圧を有する電力用半導体素子に対応するゲート駆動電圧可変部が出力するゲート駆動電圧の正側電位及び負側電位の各々よりも、低いゲート駆動電圧の正側電位及び負側電位を出力してもよい。 In addition, in the above gate drive device, the gate drive voltage variable section corresponding to the power semiconductor element having the first gate threshold voltage may output a positive side potential and a negative side potential of the gate drive voltage that are lower than the positive side potential and the negative side potential of the gate drive voltage output by the gate drive voltage variable section corresponding to the power semiconductor element having the second gate threshold voltage higher than the first gate threshold voltage.
また、上記ゲート駆動装置において、ゲート駆動電圧可変部の各々は、ゲート駆動電圧の正側電位を出力する正側電位出力部と、正側電位出力部に直列に接続され、ゲート駆動電圧の負側電位を出力する負側電位出力部と、を有し、ゲート駆動電圧可変部の各々において、正側電位出力部と負側電位出力部との間の接続点である中間端子における電位と、当該ゲート駆動電圧可変部に対応する電力用半導体素子の出力端子における電位と、が同電位であり、第2のゲート閾値電圧を有する電力用半導体素子に対応するゲート駆動電圧可変部が出力する正側電位と中間端子における電位との電位差は、第1のゲート閾値電圧を有する電力用半導体素子に対応するゲート駆動電圧可変部が出力する正側電位と中間端子における電位との電位差よりも大きいものとしてもよい。 In addition, in the above gate drive device, each of the gate drive voltage variable sections has a positive side potential output section that outputs a positive side potential of the gate drive voltage, and a negative side potential output section that is connected in series to the positive side potential output section and outputs a negative side potential of the gate drive voltage, and in each of the gate drive voltage variable sections, the potential at the intermediate terminal that is the connection point between the positive side potential output section and the negative side potential output section is the same as the potential at the output terminal of the power semiconductor element corresponding to the gate drive voltage variable section, and the potential difference between the positive side potential output by the gate drive voltage variable section corresponding to the power semiconductor element having the second gate threshold voltage and the potential at the intermediate terminal may be greater than the potential difference between the positive side potential output by the gate drive voltage variable section corresponding to the power semiconductor element having the first gate threshold voltage and the potential at the intermediate terminal.
また、上記ゲート駆動装置において、ゲート駆動電圧可変部の各々は、ゲート駆動電圧の正側電位を出力する正側電位出力部と、正側電位出力部に直列に接続され、ゲート駆動電圧の負側電位を出力する負側電位出力部と、を有し、ゲート駆動電圧可変部の各々において、正側電位出力部と負側電位出力部との間の接続点である中間端子における電位と、当該ゲート駆動電圧可変部に対応する電力用半導体素子の出力端子における電位と、が同電位であり、第2のゲート閾値電圧を有する電力用半導体素子に対応するゲート駆動電圧可変部の中間端子における電位と当該ゲート駆動電圧可変部が出力する負側電位との電位差は、第1のゲート閾値電圧を有する電力用半導体素子に対応するゲート駆動電圧可変部の中間端子における電位と当該ゲート駆動電圧可変部が出力する負側電位との電位差よりも小さいものとしてもよい。 In addition, in the above gate drive device, each of the gate drive voltage variable sections has a positive side potential output section that outputs a positive side potential of the gate drive voltage, and a negative side potential output section that is connected in series to the positive side potential output section and outputs a negative side potential of the gate drive voltage, and in each of the gate drive voltage variable sections, the potential at the intermediate terminal that is the connection point between the positive side potential output section and the negative side potential output section is the same as the potential at the output terminal of the power semiconductor element corresponding to the gate drive voltage variable section, and the potential difference between the potential at the intermediate terminal of the gate drive voltage variable section corresponding to the power semiconductor element having the second gate threshold voltage and the negative side potential output by the gate drive voltage variable section may be smaller than the potential difference between the potential at the intermediate terminal of the gate drive voltage variable section corresponding to the power semiconductor element having the first gate threshold voltage and the negative side potential output by the gate drive voltage variable section.
また、上記ゲート駆動装置において、第1のゲート閾値電圧を有する電力用半導体素子に対応するゲート駆動電圧可変部は、第1のゲート閾値電圧より低い第3のゲート閾値電圧を有する電力用半導体素子に対応するゲート駆動電圧可変部が出力するゲート駆動電圧の正側電位及び負側電位の各々よりも、高いゲート駆動電圧の正側電位及び負側電位を出力してもよい。 In addition, in the above gate drive device, the gate drive voltage variable section corresponding to the power semiconductor element having the first gate threshold voltage may output a positive side potential and a negative side potential of the gate drive voltage that are higher than the positive side potential and the negative side potential of the gate drive voltage output by the gate drive voltage variable section corresponding to the power semiconductor element having a third gate threshold voltage lower than the first gate threshold voltage.
また、上記ゲート駆動装置において、ゲート駆動電圧可変部の各々は、ゲート駆動電圧の正側電位を出力する正側電位出力部と、正側電位出力部に直列に接続され、ゲート駆動電圧の負側電位を出力する負側電位出力部と、を有し、ゲート駆動電圧可変部の各々において、正側電位出力部と負側電位出力部との間の接続点である中間端子における電位と、当該ゲート駆動電圧可変部に対応する電力用半導体素子の出力端子における電位と、が同電位であり、第3のゲート閾値電圧を有する電力用半導体素子に対応するゲート駆動電圧可変部が出力する正側電位と中間端子における電位との電位差は、第1のゲート閾値電圧を有する電力用半導体素子に対応するゲート駆動電圧可変部が出力する正側電位と中間端子における電位との電位差よりも小さいものとしてもよい。 In the gate drive device, each of the gate drive voltage variable sections has a positive side potential output section that outputs a positive side potential of the gate drive voltage, and a negative side potential output section that is connected in series to the positive side potential output section and outputs a negative side potential of the gate drive voltage, and in each of the gate drive voltage variable sections, the potential at the intermediate terminal that is the connection point between the positive side potential output section and the negative side potential output section is the same as the potential at the output terminal of the power semiconductor element corresponding to the gate drive voltage variable section, and the potential difference between the positive side potential output by the gate drive voltage variable section corresponding to the power semiconductor element having the third gate threshold voltage and the potential at the intermediate terminal may be smaller than the potential difference between the positive side potential output by the gate drive voltage variable section corresponding to the power semiconductor element having the first gate threshold voltage and the potential at the intermediate terminal.
また、上記ゲート駆動装置において、ゲート駆動電圧可変部の各々は、ゲート駆動電圧の正側電位を出力する正側電位出力部と、正側電位出力部に直列に接続され、ゲート駆動電圧の負側電位を出力する負側電位出力部と、を有し、ゲート駆動電圧可変部の各々において、正側電位出力部と負側電位出力部との間の接続点である中間端子における電位と、当該ゲート駆動電圧可変部に対応する電力用半導体素子の出力端子における電位と、が同電位であり、第3のゲート閾値電圧を有する電力用半導体素子に対応するゲート駆動電圧可変部の中間端子における電位と当該ゲート駆動電圧可変部が出力する負側電位との電位差は、第1のゲート閾値電圧を有する電力用半導体素子に対応するゲート駆動電圧可変部の中間端子における電位と当該ゲート駆動電圧可変部が出力する負側電位との電位差よりも大きいものとしてもよい。 In addition, in the above gate drive device, each of the gate drive voltage variable sections has a positive side potential output section that outputs a positive side potential of the gate drive voltage, and a negative side potential output section that is connected in series to the positive side potential output section and outputs a negative side potential of the gate drive voltage, and in each of the gate drive voltage variable sections, the potential at the intermediate terminal that is the connection point between the positive side potential output section and the negative side potential output section is the same as the potential at the output terminal of the power semiconductor element corresponding to the gate drive voltage variable section, and the potential difference between the potential at the intermediate terminal of the gate drive voltage variable section corresponding to the power semiconductor element having the third gate threshold voltage and the negative side potential output by the gate drive voltage variable section may be larger than the potential difference between the potential at the intermediate terminal of the gate drive voltage variable section corresponding to the power semiconductor element having the first gate threshold voltage and the negative side potential output by the gate drive voltage variable section.
また、上記ゲート駆動装置は、電力用半導体素子の各々に対応して設けられる温度センサをさらに備え、ゲート駆動電圧可変部の各々は、対応する温度センサにより検出された電力用半導体素子の温度に応じて、ゲート駆動電圧の正側電位及び負側電位を変化させてもよい。 The gate drive device may further include a temperature sensor provided corresponding to each of the power semiconductor elements, and each of the gate drive voltage variable units may change the positive and negative potentials of the gate drive voltage according to the temperature of the power semiconductor element detected by the corresponding temperature sensor.
また、上記ゲート駆動装置において、第1の温度を検出した温度センサに対応する電力用半導体素子に対応するゲート駆動電圧可変部から出力されるゲート駆動電圧の正側電位及び負側電位の各々は、第1の温度より低い第2の温度を検出した温度センサに対応する電力用半導体素子に対応するゲート駆動電圧可変部から出力されるゲート駆動電圧の正側電位及び負側電位の各々よりも低いものとしてもよい。 In addition, in the gate drive device, each of the positive and negative potentials of the gate drive voltage output from the gate drive voltage variable section corresponding to the power semiconductor element corresponding to the temperature sensor that detected the first temperature may be lower than each of the positive and negative potentials of the gate drive voltage output from the gate drive voltage variable section corresponding to the power semiconductor element corresponding to the temperature sensor that detected the second temperature that is lower than the first temperature.
また、上記ゲート駆動装置において、第1の温度を検出した温度センサに対応する電力用半導体素子に対応するゲート駆動電圧可変部は、第1の温度より高い第3の温度を検出した温度センサに対応する電力用半導体素子に対応するゲート駆動電圧可変部が出力するゲート駆動電圧の正側電位及び負側電位の各々よりも、高いゲート駆動電圧の正側電位及び負側電位を出力してもよい。 In addition, in the gate drive device, the gate drive voltage variable section corresponding to the power semiconductor element corresponding to the temperature sensor that detected the first temperature may output a positive side potential and a negative side potential of the gate drive voltage that are higher than the positive side potential and the negative side potential of the gate drive voltage output by the gate drive voltage variable section corresponding to the power semiconductor element corresponding to the temperature sensor that detected a third temperature higher than the first temperature.
また、本開示の一態様によれば、電力変換装置は、上記ゲート駆動装置と、複数個直列に接続された電力用半導体素子が設けられたアームを有し、電力用半導体素子のオンオフ動作に応じて電力変換動作を行う電力変換回路部と、電力変換回路部の電力変換動作を制御する電力変換制御部とを備える。 According to one aspect of the present disclosure, the power conversion device includes the gate drive device, a power conversion circuit section having an arm with a plurality of power semiconductor elements connected in series and performing power conversion operation in response to the on/off operation of the power semiconductor elements, and a power conversion control section that controls the power conversion operation of the power conversion circuit section.
ここで、上記電力変換装置において、ゲート駆動電圧可変部の各々は、電力変換回路部から出力される電流の値に応じて、ゲート駆動電圧の正側電位及び負側電位を変化させてもよい。 Here, in the above power conversion device, each of the gate drive voltage variable units may change the positive side potential and the negative side potential of the gate drive voltage according to the value of the current output from the power conversion circuit unit.
また、上記電力変換装置において、ゲート駆動電圧可変部の各々は、電力変換制御部が電力変換回路部のオンオフ動作を制御するために生成する電流指令の値に応じて、ゲート駆動電圧の正側電位及び負側電位を変化させてもよい。 In addition, in the above power conversion device, each of the gate drive voltage variable units may change the positive side potential and the negative side potential of the gate drive voltage according to the value of a current command generated by the power conversion control unit to control the on/off operation of the power conversion circuit unit.
本開示の一態様によれば、複数個直列に接続された電力用半導体素子のゲート駆動装置及びこれを備える電力変換装置において、ゲート信号の伝達時間や電力用半導体素子の特性にバラツキがあっても、電力用半導体素子の各々のオン動作及びオフ動作についてのスイッチングタイミングを揃え、電力用半導体素子に印加される電圧の不均衡を抑制することができる。 According to one aspect of the present disclosure, in a gate drive device for multiple power semiconductor elements connected in series and a power conversion device including the same, even if there is variation in the transmission time of the gate signal or the characteristics of the power semiconductor elements, it is possible to align the switching timing for the on and off operations of each of the power semiconductor elements and suppress imbalances in the voltages applied to the power semiconductor elements.
以下図面を参照して、電力用半導体素子のゲート駆動装置及び電力変換装置について説明する。各図面において、同様の部材には同様の参照符号が付けられている。また、理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。図示される形態は実施をするための1つの例であり、これらの形態に限定されるものではない。 The gate drive device and power conversion device for power semiconductor devices will be described below with reference to the drawings. In each drawing, similar components are given similar reference symbols. In addition, the scale of these drawings has been appropriately changed to facilitate understanding. The illustrated forms are one example for carrying out the invention, and the invention is not limited to these forms.
本開示の各実施形態によるゲート駆動装置は、複数個直列に接続された電力用半導体素子をオンオフ駆動する。電力用半導体素子の例としては、MOSFET、IGBT、サイリスタ、GTO、トランジスタなどがある。MOSFETはその端子としてゲート端子、ドレイン端子及びソース端子を有する。IGBTはその端子としてゲート端子、エミッタ端子及びコレクタ端子を有する。トランジスタはその端子としてベース端子、エミッタ端子及びコレクタ端子を有する。サイリスタ及びGTOはその端子としてゲート端子、アノード端子及びカソード端子を有する。以下、一例として、電力用半導体素子がMOSFETで構成される場合について説明するが、IGBT、サイリスタ、GTO、あるいはトランジスタであっても本開示の各実施形態は適用可能である。また電力用半導体素子をIGBTで構成する場合は、「ドレイン」は「コレクタ」に、「ソース」は「エミッタ」にそれぞれ読み替えられて本開示の各実施形態が適用される。また電力用半導体素子をトランジスタで構成する場合は、「ゲート」は「ベース」に、「ドレイン」は「コレクタ」に、「ソース」は「エミッタ」にそれぞれ読み替えられて本開示の各実施形態が適用される。また。電力用半導体素子をサイリスタあるいはGTOで構成する場合は、「ゲート」は「ベース」に、「ドレイン」は「アノード」に、「ソース」は「カソード」にそれぞれ読み替えられて本開示の各実施形態が適用される。また、「電力用半導体素子の出力端子」は、MOSFETの「ソース端子」、IGBT及びトランジスタの「エミッタ端子」、サイリスタ及びGTOの「カソード端子」がそれぞれ対応する。 The gate drive device according to each embodiment of the present disclosure drives a plurality of power semiconductor elements connected in series to turn on and off. Examples of power semiconductor elements include MOSFETs, IGBTs, thyristors, GTOs, and transistors. A MOSFET has a gate terminal, a drain terminal, and a source terminal as its terminals. An IGBT has a gate terminal, an emitter terminal, and a collector terminal as its terminals. A transistor has a base terminal, an emitter terminal, and a collector terminal as its terminals. A thyristor and a GTO have a gate terminal, an anode terminal, and a cathode terminal as its terminals. Below, as an example, a case where the power semiconductor element is configured with a MOSFET will be described, but each embodiment of the present disclosure can be applied even if the power semiconductor element is an IGBT, a thyristor, a GTO, or a transistor. Furthermore, when the power semiconductor element is configured with an IGBT, the "drain" is replaced with the "collector" and the "source" is replaced with the "emitter", and each embodiment of the present disclosure is applied. Furthermore, when the power semiconductor element is configured as a transistor, the "gate" is replaced with the "base", the "drain" is replaced with the "collector", and the "source" is replaced with the "emitter" in each embodiment of the present disclosure. Furthermore, when the power semiconductor element is configured as a thyristor or a GTO, the "gate" is replaced with the "base", the "drain" is replaced with the "anode", and the "source" is replaced with the "cathode" in each embodiment of the present disclosure. Furthermore, the "output terminal of the power semiconductor element" corresponds to the "source terminal" of a MOSFET, the "emitter terminal" of an IGBT and a transistor, and the "cathode terminal" of a thyristor and a GTO.
図1は、本開示の一実施形態によるゲート駆動装置を示す回路図である。以降、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。 Figure 1 is a circuit diagram showing a gate driver according to one embodiment of the present disclosure. Hereinafter, components with the same reference symbols in different drawings have the same functions.
本開示の一実施形態によるゲート駆動装置1は、複数個直列に接続された電力用半導体素子をオンオフ駆動するものであるが、ここでは、一例として、2個直列に接続された電力用半導体素子QA及びQBをオンオフ駆動する例について説明する。
A
電力用半導体素子QAにはダイオードDAが逆並列に接続される。同様に、電力用半導体素子QBにはダイオードDBが逆並列に接続される。 A diode D A is connected in anti-parallel to the power semiconductor element Q A. Similarly, a diode D B is connected in anti-parallel to the power semiconductor element Q B.
ゲート駆動装置1は、ゲート駆動電圧可変部11-A及び11-Bと、ゲート線12-A及び12-Bと、磁気結合部13とを備える。
The
ゲート駆動電圧可変部11-Aは電力用半導体素子QAに対応して設けられ、ゲート駆動電圧可変部11-Bは電力用半導体素子QBに対応して設けられる。ゲート駆動電圧可変部11-A及び11-Bのうちの一方または両方は、電力用半導体素子間の電気的特性の差、特にゲート閾値電圧の差に応じて、可変のゲート駆動電圧を出力する。ゲート駆動電圧可変部11-A及びゲート駆動電圧可変部11-Bの詳細については後述する。 The gate drive voltage variable unit 11-A is provided corresponding to the power semiconductor element Q A , and the gate drive voltage variable unit 11-B is provided corresponding to the power semiconductor element Q B. One or both of the gate drive voltage variable units 11-A and 11-B output a variable gate drive voltage according to the difference in electrical characteristics between the power semiconductor elements, in particular the difference in gate threshold voltage. The details of the gate drive voltage variable unit 11-A and the gate drive voltage variable unit 11-B will be described later.
ゲート線12-Aは、ゲート駆動電圧可変部11-Aから出力されたゲート駆動電圧を、対応する電力用半導体素子QAのゲート端子に供給する。ゲート線12-Bは、ゲート駆動電圧可変部11-Bから出力されたゲート駆動電圧を、対応する電力用半導体素子QBのゲート端子に供給する。 The gate line 12-A supplies the gate drive voltage output from the gate drive voltage variable unit 11-A to the gate terminal of the corresponding power semiconductor element Q A. The gate line 12-B supplies the gate drive voltage output from the gate drive voltage variable unit 11-B to the gate terminal of the corresponding power semiconductor element Q B.
磁気結合部13は、ゲート線12-Aとゲート線12-Bとを磁気結合する。図3は、本開示の一実施形態によるゲート駆動装置における磁気結合部を例示する図である。磁気結合部13は、磁性体30を有する。磁性体30には、ゲート線12-A及び12-Bが巻き付けられる。例えば、図3に示すようにゲート電流Ig1が流れると、磁性体30に磁束Φ1が発生してゲート線12-Bを横切る。同様に、ゲート電流Ig2が流れると磁性体30に磁束Φ2が発生してゲート線12-Aを横切る。これによってゲート線12-Aとゲート線12-Bが磁気結合される。磁性体30へのゲート線12-Aの巻数N1と磁性体30へのゲート線12-Bの巻数N2を同じとして、ゲート電流Ig1とゲート電流Ig2のが等しいときに|Φ1|=|Φ2|となるようにし、ゲート電流Ig1とゲート電流Ig2とが逆極性のときにΦ1とΦ2とが逆極性となるようにする。
The
例えば電力用半導体素子QAと電力用半導体素子QBとのオフ動作のタイミングが揃わず電力用半導体素子QAが電力用半導体素子QBよりも先にオフ動作をした場合、ゲート電流Ig1がゲート電流Ig2よりも先に流れ出したときに磁束Φ1と磁束Φ2とは等しくはならないため、磁性体30には|Φ1-Φ2|の磁束が発生し、磁気結合する。このときゲート線12-AにはインダクタンスL1が発生しゲート線12-BにはインダクタンスL2が発生し、これらインダクタンスL1及びL2は|Φ1-Φ2|に比例する。ゲート電流Ig1とゲート電流Ig2とのアンバランス分が大きいほど、インダクタンスL1と及びL2も大きくなる。また、インダクタンスL1及びL2が増加するほど、ゲート線12-A及び12-Bのインピーダンスが増加するため、ゲート電流Ig1及びIg2が流れにくくなる。これにより、ゲート電流Ig1とゲート電流Ig2とのアンバランス分に応じてゲート線12-A及び12-Bのインピーダンスが変化し、ゲート電流Ig1とゲート電流Ig2とが一致するように動作させることができる。
For example, if the timing of the power semiconductor element QA and the power semiconductor element QB to turn off is not synchronized, and the power semiconductor element QA turns off before the power semiconductor element QB , when the gate current Ig1 flows out before the gate current Ig2, the magnetic flux Φ1 and the magnetic flux Φ2 are not equal, so that a magnetic flux of |Φ1-Φ2| is generated in the
続いて、ゲート駆動電圧可変部11-A及びゲート駆動電圧可変部11-Bの詳細について説明する。 Next, we will explain the details of the gate drive voltage variable unit 11-A and the gate drive voltage variable unit 11-B.
ゲート駆動電圧可変部11-A及び11-Bのうちの一方または両方は、可変のゲート駆動電圧を出力する。 One or both of the gate drive voltage variable units 11-A and 11-B output a variable gate drive voltage.
ゲート駆動電圧可変部11-Aは、ゲート駆動電圧の正側電位VPAを出力する正側電位出力部21P-Aと、正側電位出力部21P-Aに直列に接続され、ゲート駆動電圧の負側電位VNAを出力する負側電位出力部21N-Aと、正側スイッチ23P-Aと、負側スイッチ23N-Aと、を有する。また、ゲート駆動電圧可変部11-Bは、ゲート駆動電圧の正側電位VPBを出力する正側電位出力部21P-Bと、正側電位出力部21P-Bに直列に接続され、ゲート駆動電圧の負側電位VNBを出力する負側電位出力部21N-Bと、正側スイッチ23P-Bと、負側スイッチ23N-Bと、を有する。
The gate drive voltage variable section 11-A has a positive side
ゲート駆動電圧可変部11-A内の正側スイッチ23P-Aとゲート駆動電圧可変部11-B内の正側スイッチ23P-Bとは、同期してオン動作及びオフ動作を行い、すなわちこれら正側スイッチ23P-A及び23P-Bの間でオンオフのタイミングは一致する。同様に、ゲート駆動電圧可変部11-A内の負側スイッチ23N-Aとゲート駆動電圧可変部11-B内の負側スイッチ23N-Bとは、同期してオン動作及びオフ動作を行い、すなわちこれら負側スイッチ23N-A及び23N-Bの間でオンオフのタイミングは同一である。本開示の一実施形態では、ゲート駆動電圧可変部11-A及びゲート駆動電圧可変部11-Bは、以下で説明するように可変のゲート駆動電圧をそれぞれ生成し、そのうえで正側スイッチ23P-A及び23P-B並びに負側スイッチ23N-A及び23N-Bをオン動作及びオフ動作させることで、電力用半導体素子QA及びQBのゲート端子への印加電圧を制御する。
The
ゲート駆動電圧可変部11-Aにおいて、正側電位出力部21P-Aが出力する正側電位VPAと負側電位出力部21N-Aが出力する負側電位VNAとの電位差「VPA-VNA」が一定となるように制御しつつ、正側電位出力部21P-Aと負側電位出力部21N-Aとの間の接続点である中間端子22-Aにおける電位VRAと、ゲート駆動電圧可変部11-Aに対応する電力用半導体素子QAの出力端子であるソース端子における電位VQAと、が同電位となるように制御する。例えば、中間端子22-Aと電力用半導体素子QAのソース端子とを結線することによりVRA=VQAを実現したうえで、正側電位出力部21P-Aが出力する正側電位VPAと負側電位出力部21N-Aが出力する負側電位VNAとの電位差「VPA-VNA」が一定となるようにしつつ、正側電位出力部21P-Aが出力する正側電位VPAと中間端子22-Aにおける電位VRAとの電位差「VPA-VRA」及び中間端子22-Aにおける電位VRAと負側電位出力部21N-Aが出力する負側電位VNAとの電位差「VRA-VNA」の一方または両方を可変にする。
In the gate drive voltage variable section 11-A, while controlling so that the potential difference "VP A -VN A " between the positive potential VP A output by the positive
ゲート駆動電圧可変部11-Bにおいて、正側電位出力部21P-Bが出力する正側電位VPBと負側電位出力部21N-Bが出力する負側電位VNBとの電位差「VPB-VNB」が一定となるように制御しつつ、正側電位出力部21P-Bと負側電位出力部21N-Bとの間の接続点である中間端子22-Bにおける電位VRBと、ゲート駆動電圧可変部11-Bに対応する電力用半導体素子QBの出力端子であるソース端子における電位VQBと、が同電位となるように制御する。例えば、中間端子22-Bと電力用半導体素子QBのソース端子とを結線することによりVRB=VQBを実現したうえで、正側電位出力部21P-Bが出力する正側電位VPBと負側電位出力部21N-Bが出力する負側電位VNBとの電位差「VPB-VNB」が一定となるようにしつつ、正側電位出力部21P-Bが出力する正側電位VPBと中間端子22-Bにおける電位VRBとの電位差「VPB-VRB」及び中間端子22-Bにおける電位VRBと負側電位出力部21N-Bが出力する負側電位VNBとの電位差「VRB-VNB」の一方または両方を可変にする。
In the gate drive voltage variable section 11-B, while controlling so that the potential difference "VP B -VN B " between the positive potential VP B output by the positive
また、例えば、電力用半導体素子QAが第1のゲート閾値電圧VthAを有し、電力用半導体素子QBが第1のゲート閾値電圧よりも高い第2のゲート閾値電圧VthBを有する場合(すなわちVthA<VthBである場合)は、第1のゲート閾値電圧VthAを有する電力用半導体素子QAに対応するゲート駆動電圧可変部11-Aから出力されるゲート駆動電圧の正側電位VPA及び負側電位VNAの各々は、第2のゲート駆動電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bから出力されるゲート駆動電圧の正側電位VPB及び負側電位VNBの各々よりも低くなるようにする。 Furthermore, for example, when the power semiconductor element QA has a first gate threshold voltage VthA and the power semiconductor element QB has a second gate threshold voltage VthB higher than the first gate threshold voltage (i.e., when VthA < VthB ), the positive side potential VP A and negative side potential VN A of the gate drive voltage output from the gate drive voltage variable unit 11-A corresponding to the power semiconductor element QA having the first gate threshold voltage VthA are each set to be lower than the positive side potential VP B and negative side potential VN B of the gate drive voltage output from the gate drive voltage variable unit 11-B corresponding to the power semiconductor element QB having the second gate drive voltage VthB .
より詳しくは、VthA<VthBである場合、例えば、ゲート閾値電圧VthAを有する電力用半導体素子QAに対応するゲート駆動電圧可変部11-Aの正側電位出力部21P-Aは、ゲート閾値電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの正側電位出力部21P-Bが出力するゲート駆動電圧の正側電位VPBよりも低いゲート駆動電圧の正側電位VPAを出力し、かつ、ゲート駆動電圧可変部11-Aの負側電位出力部21N-Aは、ゲート閾値電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの負側電位出力部21N-Bが出力するゲート駆動電圧の負側電位VNBよりも、低いゲート駆動電圧の負側電位VNAを出力する。ここで、ゲート閾値電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの正側電位出力部21P-Bが出力する正側電位VPBと中間端子22-Bにおける電位VRBとの電位差「VPB-VRB」は、ゲート閾値電圧VthAを有する電力用半導体素子QAに対応するゲート駆動電圧可変部11-Aの正側電位出力部21P-Aが出力する正側電位VPAと中間端子22-Aにおける電位との電位差「VPA-VRA」よりも大きくなるようにする。さらに/あるいは、ゲート閾値電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの中間端子22-Bにおける電位VRBとゲート駆動電圧可変部11-Bの負側電位出力部21N-Bが出力する負側電位VNBとの電位差「VRB-VNB」は、ゲート閾値電圧VthAを有する電力用半導体素子QAに対応するゲート駆動電圧可変部11-Aの中間端子22-Aにおける電位VRAとゲート駆動電圧可変部11-Aの負側電位出力部21N-Aが出力する負側電位VNAとの電位差「VRA-VNA」よりも小さくなるようにする。 More specifically, when V thA < V thB , for example, the positive side potential output section 21P-A of the gate drive voltage variable section 11-A corresponding to the power semiconductor element Q A having the gate threshold voltage V thA outputs a positive side potential VP A of the gate drive voltage that is lower than the positive side potential VP B of the gate drive voltage output by the positive side potential output section 21P-B of the gate drive voltage variable section 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the gate threshold voltage V thB , and the negative side potential output section 21N-A of the gate drive voltage variable section 11-A outputs a negative side potential VN A of the gate drive voltage that is lower than the negative side potential VN B of the gate drive voltage output by the negative side potential output section 21N-B of the gate drive voltage variable section 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the gate threshold voltage V thB . Here, the potential difference "VP B -VR B " between the positive potential VP B output by the positive potential output section 21P-B of the gate drive voltage variable section 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the gate threshold voltage V thB and the potential VR B at the intermediate terminal 22-B is made larger than the potential difference "VP A -VR A " between the positive potential VP A output by the positive potential output section 21P-A of the gate drive voltage variable section 11-A corresponding to the power semiconductor element Q A having the gate threshold voltage V thA and the potential at the intermediate terminal 22-A. Additionally/alternatively, the potential difference "VR B -VN B " between the potential VR B at the intermediate terminal 22-B of the gate drive voltage variable unit 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the gate threshold voltage V thB and the negative potential VN B output by the negative potential output unit 21N-B of the gate drive voltage variable unit 11-B is made smaller than the potential difference "VR A -VN A " between the potential VRA at the intermediate terminal 22-A of the gate drive voltage variable unit 11- A corresponding to the power semiconductor element Q A having the gate threshold voltage V thA and the negative potential VN A output by the negative potential output unit 21N -A of the gate drive voltage variable unit 11- A .
また、例えば、電力用半導体素子QAが第1のゲート閾値電圧VthAを有し、電力用半導体素子QBが第1のゲート閾値電圧よりも低い第3のゲート閾値電圧VthBを有する場合(すなわちVthA>VthBである場合)は、第1のゲート閾値電圧VthAを有する電力用半導体素子QAに対応するゲート駆動電圧可変部11-Aから出力されるゲート駆動電圧の正側電位VPA及び負側電位VNAの各々は、第3のゲート駆動電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bから出力されるゲート駆動電圧の正側電位VPB及び負側電位VNBの各々よりも高くなるようにする。 Furthermore, for example, when the power semiconductor element QA has a first gate threshold voltage VthA and the power semiconductor element QB has a third gate threshold voltage VthB lower than the first gate threshold voltage (i.e., when VthA > VthB ), each of the positive side potential VP A and negative side potential VN A of the gate drive voltage output from the gate drive voltage variable unit 11-A corresponding to the power semiconductor element QA having the first gate threshold voltage VthA is set to be higher than each of the positive side potential VP B and negative side potential VN B of the gate drive voltage output from the gate drive voltage variable unit 11-B corresponding to the power semiconductor element QB having the third gate drive voltage VthB .
すなわち、VthA>VthBである場合、例えば、ゲート閾値電圧VthAを有する電力用半導体素子QAに対応するゲート駆動電圧可変部11-Aの正側電位出力部21P-Aは、ゲート閾値電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの正側電位出力部21P-Bが出力するゲート駆動電圧の正側電位VPBよりも高いゲート駆動電圧の正側電位VPAを出力し、かつ、ゲート駆動電圧可変部11-Aの負側電位出力部21N-Aは、ゲート閾値電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの負側電位出力部21N-Bが出力するゲート駆動電圧の負側電位VNBよりも高いゲート駆動電圧の負側電位VNAを出力する。ここで、ゲート閾値電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの正側電位出力部21P-Bが出力する正側電位VPBと中間端子22-Bにおける電位VRBとの電位差「VPB-VRB」は、ゲート閾値電圧VthAを有する電力用半導体素子QAに対応するゲート駆動電圧可変部11-Aの正側電位出力部21P-Aが出力する正側電位VPAと中間端子22-Aにおける電位VRAとの電位差「VPA-VRA」よりも小さくなるようにする。さらに/あるいは、ゲート閾値電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの中間端子22-Bにおける電位VRBとゲート駆動電圧可変部11-Bの負側電位出力部21N-Bが出力する負側電位VNBとの電位差「VRB-VNB」は、ゲート閾値電圧VthAを有する電力用半導体素子QAに対応するゲート駆動電圧可変部11-Aの中間端子22-Aにおける電位VRAとゲート駆動電圧可変部11-Aの負側電位出力部21N-Aが出力する負側電位VNAとの電位差「VRA-VNA」よりも大きくなるようにする。 That is, when V thA > V thB , for example, the positive side potential output unit 21P-A of the gate drive voltage variable unit 11-A corresponding to the power semiconductor element Q A having the gate threshold voltage V thA outputs a positive side potential VP A of the gate drive voltage that is higher than the positive side potential VP B of the gate drive voltage output by the positive side potential output unit 21P-B of the gate drive voltage variable unit 11- B corresponding to the power semiconductor element Q B having the gate threshold voltage V thB , and the negative side potential output unit 21N-A of the gate drive voltage variable unit 11-A outputs a negative side potential VN A of the gate drive voltage that is higher than the negative side potential VN B of the gate drive voltage output by the negative side potential output unit 21N-B of the gate drive voltage variable unit 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the gate threshold voltage V thB . Here, the potential difference "VP B -VR B " between the positive potential VP B output by the positive potential output section 21P-B of the gate drive voltage variable section 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the gate threshold voltage V thB and the potential VR B at the intermediate terminal 22-B is set to be smaller than the potential difference "VP A -VR A " between the positive potential VP A output by the positive potential output section 21P-A of the gate drive voltage variable section 11-A corresponding to the power semiconductor element Q A having the gate threshold voltage V thA and the potential VR A at the intermediate terminal 22-A. Additionally/alternatively, the potential difference "VR B -VN B " between the potential VR B at the intermediate terminal 22-B of the gate drive voltage variable unit 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the gate threshold voltage V thB and the negative potential VN B output by the negative potential output unit 21N-B of the gate drive voltage variable unit 11-B is made larger than the potential difference "VR A -VN A " between the potential VRA at the intermediate terminal 22-A of the gate drive voltage variable unit 11- A corresponding to the power semiconductor element Q A having the gate threshold voltage V thA and the negative potential VN A output by the negative potential output unit 21N -A of the gate drive voltage variable unit 11- A .
このように、ゲート駆動電圧可変部11-A及び11-Bのうちの一方または両方は可変のゲート駆動電圧を出力する。なお、ゲート駆動電圧可変部11-A及び11-Bの両方が可変のゲート駆動電圧を出力する場合は、変更する電圧幅を小さくすることができ、電力用半導体素子のゲート駆動電圧の正側電位及び負側電位の絶対値が小さくなるため、電力用半導体素子に対する負担を小さくすることができる利点がある。 In this way, one or both of the gate drive voltage variable units 11-A and 11-B output a variable gate drive voltage. When both the gate drive voltage variable units 11-A and 11-B output a variable gate drive voltage, the voltage range to be changed can be made smaller, and the absolute values of the positive and negative potentials of the gate drive voltage of the power semiconductor element become smaller, which has the advantage of reducing the burden on the power semiconductor element.
図2は、本開示の一実施形態によるゲート駆動装置におけるゲート駆動電圧可変部の変形例を示す回路図である。図2において、電力用半導体素子QA及びQBについては図示を省略している。 2 is a circuit diagram showing a modified example of a gate drive voltage variable section in a gate drive device according to an embodiment of the present disclosure, in which power semiconductor elements QA and QB are omitted.
ゲート駆動電圧可変部11-Aは、複数個直列に接続された直流電源21-Aと、切替えスイッチ26-Aとを有する。各直流電源間には中間タップがそれぞれ設けられ、切替えスイッチ26-Aが、中間タップのうちのいずれかと接続されることで、正側電位VPAと切替えスイッチ26-Aの電位VRA(図1の中間端子22-Aにおける電位VRAに相当)との電位差「VPA-VRA」、及び切替えスイッチ26-Aの電位VRAと負側電位VNAとの電位差「VRA-VNA」が変化する。
The gate drive voltage variable unit 11-A has a plurality of DC power supplies 21-A connected in series, and a changeover switch 26-A. Intermediate taps are provided between the DC power supplies, and the changeover switch 26-A is connected to one of the intermediate taps to change the potential difference "VP A -VR A " between the positive side potential VP A and the potential VR A of the changeover switch 26-A (corresponding to the potential VR A at the
同様に、ゲート駆動電圧可変部11-Bは、複数個直列に接続された直流電源21-Bと、切替えスイッチ26-Bとを有する。各直流電源間には中間タップがそれぞれ設けられ、切替えスイッチ26-Bが、中間タップのうちのいずれかと接続されることで、正側電位VPBと切替えスイッチ26-Bの電位VRB(図1の中間端子22-Bにおける電位VRBに相当)との電位差「VPB-VRB」、及び切替えスイッチ26-Bの電位VRBと負側電位VNBとの電位差「VRB-VNB」が変化する。 Similarly, the gate drive voltage variable unit 11-B has a plurality of DC power supplies 21-B connected in series, and a changeover switch 26-B. Intermediate taps are provided between the DC power supplies, and when the changeover switch 26-B is connected to one of the intermediate taps, the potential difference "VP B -VR B " between the positive potential VP B and the potential VR B of the changeover switch 26-B (corresponding to the potential VR B at the intermediate terminal 22- B in FIG. 1) and the potential difference "VR B -VN B " between the potential VR B of the changeover switch 26- B and the negative potential VN B change.
このように、図2に示すゲート駆動電圧可変部11-A及び11-Bによっても、図1と同様の電位VPA、VRB、VNA、VPB、VRB及びVNBを出力することができる。各ゲート閾値電圧VthA及びVthBと電位差「VPA-VRA」、「VRA-VNA」、「VPB-VRB」及び「VRB-VNB」との関係、各電力用半導体素子QA及びQBのソース端子における電位VQA及びVQBと電位VRA及びVRBとの関係については、図1を参照して説明したものと同様のものが成り立つ。 In this way, the gate drive voltage variable units 11-A and 11-B shown in Fig. 2 can output potentials VP A , VR B , VN A , VP B , VR B and VN B similar to those in Fig. 1. The relationships between the gate threshold voltages VthA and VthB and the potential differences "VP A -VR A ", "VR A -VN A ", "VP B -VR B " and "VR B -VN B ", and the relationships between the potentials VQ A and VQ B at the source terminals of the power semiconductor elements Q A and Q B and the potentials VR A and VR B are similar to those described with reference to Fig. 1.
上述のゲート駆動装置1は、複数個直列に接続された電力用半導体素子が設けられたアームが複数個直列に接続されて構成される電力変換装置においても、電力用半導体素子をオンオフ駆動することができる。
The above-mentioned
図4は、本開示の一実施形態によるゲート駆動装置を備える電力変換装置を示す図である。また、図5は、図4に示す電力変換装置内に設けられるアームを示す回路図である。ここでは、一例として、2個直列接続された電力用半導体素子QA及びQBにてアーム50を構成する例について説明する。
Fig. 4 is a diagram showing a power conversion device including a gate driver according to an embodiment of the present disclosure. Fig. 5 is a circuit diagram showing an arm provided in the power conversion device shown in Fig. 4. Here, as an example, an example in which the
本開示の一実施形態による電力変換装置100は、上述のゲート駆動装置1と、複数個直列に接続された電力用半導体素子が設けられたアーム50を有し、電力用半導体素子のオンオフ動作に応じて電力変換動作を行う電力変換回路部2と、電力変換回路部2の電力変換動作を制御する電力変換制御部3と、を備える。
The
図5に示すように、アーム50は、例えば2個直列接続された電力用半導体素子QA及びQBで構成される。電力用半導体素子QAのドレイン端子からは端子P1が引き出され、電力用半導体素子QBのソース端子からは端子P2が引き出されている。電力変換回路部2は、あるアーム50の端子P2が他のアーム50の端子P1に接続され、その接続点は負荷の一方の端子に接続されている。図4に示す例では、2個のアーム50が直列に接続されて1つのレグ60を構成し、2つのレグ60で電力変換回路部2が構成される。
As shown in Fig. 5, the
直列に接続されたアーム50で構成されるレグ60には、直流電源200が接続される。また、レグ60内の直列に接続されたアーム50の間にある端子T1ともう一方のレグ60内の直列に接続されたアーム50の間にある端子T2との間には、負荷300が接続される。
A
アーム50に対応して、ゲート駆動装置1が設けられる。各アーム50内の電力用半導体素子QAと電力用半導体素子QBは、対応するゲート駆動装置1によってオンオフ駆動される。すなわち、ゲート駆動電圧可変部11-A及びゲート駆動電圧可変部11-Bは、上述したように可変のゲート駆動電圧をそれぞれ生成し、そのうえで各正側スイッチ23P-A及び23P-B並びに各負側スイッチ23N-A及び23N-Bをオン動作及びオフ動作させることで、電力用半導体素子QA及びQBのゲート端子への印加電圧を制御する。
A
電力変換制御部3は、各ゲート駆動装置1内の各正側スイッチ23P-A及び23P-B並びに各負側スイッチ23N-A及び23N-Bのオン動作及びオフ動作を制御する。すなわち、電力変換制御部3は、各ゲート駆動装置1内の各正側スイッチ23P-A及び23P-B並びに各負側スイッチ23N-A及び23N-Bのオン動作及びオフ動作を制御することで、電力用半導体素子QA及びQBのゲート端子への印加電圧を制御し、これにより電力用半導体素子QA及びQBはオン動作及びオフ動作を行う。これにより、電力変換回路部2は、直流電源200から供給される直流電力を所望の電力に変換して負荷300へ供給する電力変換動作を行うことになる。電力変換制御部3は、例えば正側端子T1から負荷300へ流れる電流の検出値iと制御目標値である電流指令i*との偏差がなくなるように、各ゲート駆動装置1内の各正側スイッチ23P-A及び23P-B並びに各負側スイッチ23N-A及び23N-Bのオン動作及びオフ動作を制御するためのゲート指令信号を生成する。
The power conversion control unit 3 controls the ON and OFF operations of the positive side switches 23P-A and 23P-B and the negative side switches 23N-A and 23N-B in each
電力変換装置100内には演算処理装置(プロセッサ)が設けられる。この演算処理装置は、電力変換制御部3を有する。演算処理装置が有する電力変換制御部3は、例えば、プロセッサ上で実行されるコンピュータプログラムにより実現される機能モジュールである。例えば、電力変換制御部3をコンピュータプログラム形式で構築する場合は、演算処理装置をこのコンピュータプログラムに従って動作させることで、当該機能を実現することができる。電力変換制御部3の処理を実行するためのコンピュータプログラムは、半導体メモリ、磁気記録媒体または光記録媒体といった、コンピュータ読取可能な記録媒体に記録された形で提供されてもよい。またあるいは、電力変換制御部3を、当該機能を実現するコンピュータプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよい。
An arithmetic processing device (processor) is provided within the
続いて、2つの電力用半導体素子QA及びQBの特性が異なる場合におけるオン動作時及びオフ動作時のゲート電圧の不均衡度について説明する。 Next, the degree of imbalance in the gate voltages during ON and OFF operations when the characteristics of two power semiconductor elements QA and QB are different will be described.
図6は、2つの電力用半導体素子の特性が異なる場合におけるゲート電圧の不均衡度の定義を説明する図であって、(A)はオフ動作時のゲート電圧の不均衡度の定義を示し、(B)はオン動作時のゲート電圧の不均衡度の定義を示す。一例として、電力用半導体素子QAが第1のゲート閾値電圧VthAを有し、電力用半導体素子QBが第1のゲート閾値電圧よりも高い第2のゲート閾値電圧VthBを有する場合(すなわちVthA<VthBである場合)について説明する。 6A and 6B are diagrams for explaining the definition of the gate voltage imbalance degree when the characteristics of two power semiconductor elements are different, where (A) shows the definition of the gate voltage imbalance degree during off operation, and (B) shows the definition of the gate voltage imbalance degree during on operation. As an example, a case will be described in which a power semiconductor element QA has a first gate threshold voltage VthA and a power semiconductor element QB has a second gate threshold voltage VthB higher than the first gate threshold voltage (i.e., VthA < VthB ).
図6(A)に示すように、電力用半導体素子QA及びQBのオフ時における現象として、電力用半導体素子QAのゲート電位を正のある電位から負のある電位にしたときに電力用半導体素子QAのドレイン-ソース間電圧が0[V]からVdsA[V]になり、電力用半導体素子QBのゲート電位を正のある電位から負のある電位にしたときに電力用半導体素子QBのドレイン-ソース間電圧が0[V]からVdsB[V]になったとする。このとき、オフ動作時のゲート電圧の不均衡度をΔVdsoff[%]を式1のように定義する。
6A, as a phenomenon occurring when power semiconductor elements QA and QB are off, when the gate potential of power semiconductor element QA is changed from a certain positive potential to a certain negative potential, the drain-source voltage of power semiconductor element QA changes from 0 [V] to Vds A [V], and when the gate potential of power semiconductor element QB is changed from a certain positive potential to a certain negative potential, the drain-source voltage of power semiconductor element QB changes from 0 [V] to Vds B [V]. At this time, the imbalance of the gate voltages during off operation is defined as ΔVds off [%] as shown in
また、図6(B)に示すように、電力用半導体素子QA及びQBのゲート電位の負のある電位のときの電力用半導体素子QA及びQBがオフ状態のドレイン-ソース間電圧の平均値をVdsave[V]とし、電力用半導体素子QA及びQBのゲート電位を負のある電位から正のある電位にして電力用半導体素子QA及びQBのオンした時に発生するいずれか一方の電力用半導体素子のドレイン-ソース間電圧の跳ね上がりである最大上昇電圧とVdsave[V]との差をVp[V]としたとき、オン動作時のゲート電圧の不均衡度をΔVdson[%]を式2のように定義する。
Furthermore, as shown in FIG. 6B , when the average value of the drain-source voltages of the power semiconductor elements QA and QB in the off state when the gate potentials of the power semiconductor elements QA and QB are at a certain negative potential is defined as Vds ave [V], and when the gate potentials of the power semiconductor elements QA and QB are changed from a certain negative potential to a certain positive potential to turn on the power semiconductor elements QA and QB , the difference between Vds ave [V] and a maximum rise voltage which is a jump in the drain-source voltage of either one of the power semiconductor elements that occurs and Vp [V] is defined as Vp [V], the imbalance of the gate voltages during on operation is ΔVds on [%], as shown in
図7は、電力用半導体素子の特性にばらつきがある場合において、特許文献1(特許第4396036号公報)におけるゲート線の磁気結合がある場合及び無い場合の不均衡度についてのシミュレーション結果を例示する図である。 Figure 7 illustrates the results of a simulation of the degree of imbalance when there is and is not magnetic coupling of the gate lines in Patent Document 1 (Patent Publication No. 4396036) when there is variation in the characteristics of the power semiconductor elements.
図7に示すように、特許文献1に記載された発明によれば、電力用半導体素子QA及びQBの特性が異なると(VthA<VthB)、ゲート線の磁気結合がある場合及び無い場合のいずれにおいても不均衡度が高くなり、ゲート線の磁気結合があったとしても電力用半導体素子QAと電力用半導体素子QBとでオン動作のタイミング及びオフ動作のタイミングを揃える効果は小さい。
As shown in FIG. 7, according to the invention described in
図8は、電力用半導体素子の特性にばらつきがある場合において、本開示の一実施形態における不均衡度についてのシミュレーション結果を例示する図である。 Figure 8 illustrates simulation results for the degree of imbalance in one embodiment of the present disclosure when there is variation in the characteristics of power semiconductor elements.
特性が異なる3.3kV耐圧のSiC-MOSFET電力用半導体素子QA及びQB(VthA<VthB)を直列に接続した場合に3.6kVの電圧を印加したとき750Aの電流が流れたとし、各ゲート信号の遅延は無いものとしてシミュレーションを行った。また、このシミュレーションでは、ゲート駆動電圧可変部11-Aから出力される正側電位VPAと負側電位VNAとの差「VPA-VNA」を28V一定とし、ゲート駆動電圧可変部11-Bから出力される正側電位VPBと負側電位VNBとの差「VPB-VNB」を28V一定とし、ゲート駆動電圧可変部11-Bから出力される正側電位VPBを17V一定とし、負側電位VNBを-11V一定としている。このような条件の下で、ゲート駆動電圧可変部11-Aにおける正側電位VPA/負側電位VNAを「17V/-11V」、「16.75V/-11.25V」、「16.5V/-11.5V」、「16.25V/-11.75V」といったように変化させるシミュレーションを行うと、図8に示すようなオン時及びオフ時の不均衡度が得られた。図8より、電力用半導体素子QAの正側電圧VPA/負側電圧VNAを16.5V/-11.5Vと16.25V/-11.75Vとの間に設定すれば、オン時及びオフ時の不均衡度を低くすることができることが分かる。 A simulation was performed assuming that when 3.3 kV breakdown voltage SiC-MOSFET power semiconductor elements Q A and Q B (V thA < V thB ) with different characteristics are connected in series, a current of 750 A flows when a voltage of 3.6 kV is applied, and there is no delay in each gate signal. In this simulation, the difference "VP A - VN A " between the positive side potential VP A and the negative side potential VN A output from the gate drive voltage variable unit 11- A is fixed at 28 V, the difference "VP B - VN B " between the positive side potential VP B and the negative side potential VN B output from the gate drive voltage variable unit 11- B is fixed at 28 V, the positive side potential VP B output from the gate drive voltage variable unit 11-B is fixed at 17 V, and the negative side potential VN B is fixed at -11 V. Under these conditions, a simulation was performed in which the positive side potential VP A /negative side potential VN A in gate drive voltage variable unit 11-A was changed to "17V/-11V", "16.75V/-11.25V", "16.5V/-11.5V", and "16.25V/-11.75V", resulting in the degree of imbalance when on and off as shown in Figure 8. It can be seen from Figure 8 that the degree of imbalance when on and off can be reduced by setting the positive side voltage VP A /negative side voltage VN A of power semiconductor element Q A between 16.5V/-11.5V and 16.25V/-11.75V.
以上の通り、2個直列に接続された電力用半導体素子をオンオフ駆動する例について説明したが、本開示の一実施形態によるゲート駆動装置1は、3個以上直列に接続された電力用半導体素子であってもオンオフ駆動することができる。
As described above, an example of turning on and off two power semiconductor elements connected in series has been described, but the
図9は、本開示の一実施形態による3個直列に接続された電力用半導体素子をオンオフ駆動するゲート駆動装置を示す回路図である。一例として、3個直列に接続された電力用半導体素子QA、QB及びQCをオンオフ駆動する例について説明する。 9 is a circuit diagram showing a gate driver for turning on and off three power semiconductor elements connected in series according to an embodiment of the present disclosure. As an example, an example of turning on and off three power semiconductor elements QA , QB , and QC connected in series will be described.
電力用半導体素子QAにはダイオードDAが逆並列に接続される。同様に、電力用半導体素子QBにはダイオードDBが逆並列に接続され、電力用半導体素子QCにはダイオードDCが逆並列に接続される。 A diode D A is connected in anti-parallel to the power semiconductor element Q A. Similarly, a diode D B is connected in anti-parallel to the power semiconductor element Q B , and a diode D C is connected in anti-parallel to the power semiconductor element Q C.
ゲート駆動装置1は、ゲート駆動電圧可変部11-A、11-B及び11-Cと、ゲート線12-A、12-B及び12-Cと、磁気結合部13とを備える。
The
ゲート駆動電圧可変部11-Aは電力用半導体素子QAに対応して設けられ、ゲート駆動電圧可変部11-Bは電力用半導体素子QBに対応して設けられ、ゲート駆動電圧可変部11-Cは電力用半導体素子QCに対応して設けられる。ゲート駆動電圧可変部11-A、11-B及び11-Cのうちのいくつかまたは全ては、可変のゲート駆動電圧をそれぞれ出力する。 The gate drive voltage variable unit 11-A is provided corresponding to the power semiconductor element Q A , the gate drive voltage variable unit 11-B is provided corresponding to the power semiconductor element Q B , and the gate drive voltage variable unit 11-C is provided corresponding to the power semiconductor element Q C. Some or all of the gate drive voltage variable units 11-A, 11-B, and 11-C each output a variable gate drive voltage.
ゲート駆動電圧可変部11-Aは、ゲート駆動電圧の正側電位VPAを出力する正側電位出力部21P-Aと、正側電位出力部21P-Aに直列に接続され、ゲート駆動電圧の負側電位VNAを出力する負側電位出力部21N-Aと、正側スイッチ23P-Aと、負側スイッチ23N-Aと、を有する。また、ゲート駆動電圧可変部11-Bは、ゲート駆動電圧の正側電位VPBを出力する正側電位出力部21P-Bと、正側電位出力部21P-Bに直列に接続され、ゲート駆動電圧の負側電位VNBを出力する負側電位出力部21N-Bと、正側スイッチ23P-Bと、負側スイッチ23N-Bと、を有する。また、ゲート駆動電圧可変部11-Cは、ゲート駆動電圧の正側電位VPCを出力する正側電位出力部21P-Cと、正側電位出力部21P-Cに直列に接続され、ゲート駆動電圧の負側電位VNCを出力する負側電位出力部21N-Cと、正側スイッチ23P-Cと、負側スイッチ23N-Cと、を有する。
The gate drive voltage variable section 11-A has a positive side
ゲート駆動電圧可変部11-A内の正側スイッチ23P-Aとゲート駆動電圧可変部11-B内の正側スイッチ23P-Bとゲート駆動電圧可変部11-C内の正側スイッチ23P-Cとは、同期してオン動作及びオフ動作を行い、すなわちこれら正側スイッチ23P-A、23P-B及び23P-Cの間でオンオフのタイミングは一致する。同様に、ゲート駆動電圧可変部11-A内の負側スイッチ23N-Aとゲート駆動電圧可変部11-B内の負側スイッチ23N-Bとゲート駆動電圧可変部11-C内の負側スイッチ23N-Cとは、同期してオン動作及びオフ動作を行い、すなわちこれら負側スイッチ23N-A、23N-B及び23N-Cの間でオンオフのタイミングは同一である。本開示の一実施形態では、ゲート駆動電圧可変部11-A、ゲート駆動電圧可変部11-B及びゲート駆動電圧可変部11-Cは、以下で説明するように可変のゲート駆動電圧をそれぞれ生成し、そのうえで正側スイッチ23P-A、23P-B及び23P-C並びに負側スイッチ23N-A、23N-B及び23N-Cをオン動作及びオフ動作させることで、電力用半導体素子QA、QB及びQCのゲート端子への印加電圧を制御する。
The positive-
ゲート駆動電圧可変部11-Aにおいて、正側電位出力部21P-Aが出力する正側電位VPAと負側電位出力部21N-Aが出力する負側電位VNAとの電位差「VPA-VNA」が一定となるように制御しつつ、正側電位出力部21P-Aと負側電位出力部21N-Aとの間の接続点である中間端子22-Aにおける電位VRAと、ゲート駆動電圧可変部11-Aに対応する電力用半導体素子QAの出力端子であるソース端子における電位VQAと、が同電位となるように制御する。例えば、中間端子22-Aと電力用半導体素子QAのソース端子とを結線することによりVRA=VQAを実現したうえで、正側電位出力部21P-Aが出力する正側電位VPAと負側電位出力部21N-Aが出力する負側電位VNAとの電位差「VPA-VNA」が一定となるようにしつつ、正側電位出力部21P-Aが出力する正側電位VPAと中間端子22-Aにおける電位VRAとの電位差「VPA-VRA」及び中間端子22-Aにおける電位VRAと負側電位出力部21N-Aが出力する負側電位VNAとの電位差「VRA-VNA」の一方または両方を可変にする。
In the gate drive voltage variable section 11-A, while controlling so that the potential difference "VP A -VN A " between the positive potential VP A output by the positive
ゲート駆動電圧可変部11-Bにおいて、正側電位出力部21P-Bが出力する正側電位VPBと負側電位出力部21N-Bが出力する負側電位VNBとの電位差「VPB-VNB」が一定となるように制御しつつ、正側電位出力部21P-Bと負側電位出力部21N-Bとの間の接続点である中間端子22-Bにおける電位VRBと、ゲート駆動電圧可変部11-Bに対応する電力用半導体素子QBの出力端子であるソース端子における電位VQBと、が同電位となるように制御する。例えば、中間端子22-Bと電力用半導体素子QBのソース端子とを結線することによりVRB=VQBを実現したうえで、正側電位出力部21P-Bが出力する正側電位VPBと負側電位出力部21N-Bが出力する負側電位VNBとの電位差「VPB-VNB」が一定となるようにしつつ、正側電位出力部21P-Bが出力する正側電位VPBと中間端子22-Bにおける電位VRBとの電位差「VPB-VRB」及び中間端子22-Bにおける電位VRBと負側電位出力部21N-Bが出力する負側電位VNBとの電位差「VRB-VNB」の一方または両方を可変にする。
In the gate drive voltage variable section 11-B, while controlling so that the potential difference "VP B -VN B " between the positive potential VP B output by the positive
ゲート駆動電圧可変部11-Cにおいて、正側電位出力部21P-Cが出力する正側電位VPCと負側電位出力部21N-Cが出力する負側電位VNCとの電位差「VPC-VNC」が一定となるように制御しつつ、正側電位出力部21P-Cと負側電位出力部21N-Cとの間の接続点である中間端子22-Cにおける電位VRCと、ゲート駆動電圧可変部11-Cに対応する電力用半導体素子QCの出力端子であるソース端子における電位VQCと、が同電位となるように制御する。例えば、中間端子22-Cと電力用半導体素子QCのソース端子とを結線することによりVRC=VQCを実現したうえで、正側電位出力部21P-Cが出力する正側電位VPCと負側電位出力部21N-Cが出力する負側電位VNCとの電位差「VPC-VNC」が一定となるようにしつつ、正側電位出力部21P-Cが出力する正側電位VPCと中間端子22-Cにおける電位VRCとの電位差「VPC-VRC」及び中間端子22-Cにおける電位VRCと負側電位出力部21N-Cが出力する負側電位VNCとの電位差「VRC-VNC」の一方または両方を可変にする。
In the gate drive voltage variable section 11-C, while controlling so that the potential difference "VP C -VN C " between the positive potential VP C output by the positive
また、例えば、電力用半導体素子QAのゲート閾値電圧VthA、電力用半導体素子QBのゲート閾値電圧VthB、及び電力用半導体素子QCのゲート閾値電圧VthCがVthA<VthB<VthCの大小関係を有する場合は、ゲート閾値電圧VthAを有する電力用半導体素子QAに対応するゲート駆動電圧可変部11-Aから出力されるゲート駆動電圧の正側電位VPA及び負側電位VNAの各々は、ゲート駆動電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bから出力されるゲート駆動電圧の正側電位VPB及び負側電位VNBの各々よりも低くなるようにする。さらに/あるいは、ゲート閾値電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bから出力されるゲート駆動電圧の正側電位VPB及び負側電位VNBの各々は、ゲート駆動電圧VthCを有する電力用半導体素子QCに対応するゲート駆動電圧可変部11-Cから出力されるゲート駆動電圧の正側電位VPC及び負側電位VNCの各々よりも低くなるようにする。 Furthermore, for example, when the gate threshold voltage V thA of power semiconductor element QA , the gate threshold voltage V thB of power semiconductor element QB , and the gate threshold voltage V thC of power semiconductor element QC have a magnitude relationship of V thA < V thB < V thC , each of the positive side potential VP A and negative side potential VN A of the gate drive voltage output from gate drive voltage variable unit 11- A corresponding to power semiconductor element QA having gate threshold voltage V thA is made lower than each of the positive side potential VP B and negative side potential VN B of the gate drive voltage output from gate drive voltage variable unit 11-B corresponding to power semiconductor element QB having gate drive voltage V thB . Additionally/alternatively, each of the positive potential VP B and negative potential VN B of the gate drive voltage output from the gate drive voltage variable unit 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the gate threshold voltage V thB is set lower than each of the positive potential VP C and negative potential VN C of the gate drive voltage output from the gate drive voltage variable unit 11-C corresponding to the power semiconductor element Q C having the gate drive voltage V thC .
より詳しくは、VthA<VthB<VthCである場合、ゲート閾値電圧VthAを有する電力用半導体素子QAに対応するゲート駆動電圧可変部11-Aの正側電位出力部21P-Aは、ゲート閾値電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの正側電位出力部21P-Bが出力するゲート駆動電圧の正側電位VPBよりも低いゲート駆動電圧の正側電位VPAを出力し、かつ、ゲート駆動電圧可変部11-Aの負側電位出力部21N-Aは、ゲート閾値電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの負側電位出力部21N-Bが出力するゲート駆動電圧の負側電位VNBよりも低いゲート駆動電圧の負側電位VNAを出力する。ここで、ゲート閾値電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの正側電位出力部21P-Bが出力する正側電位VPBと中間端子22-Bにおける電位VRBとの電位差「VPB-VRB」は、ゲート閾値電圧VthAを有する電力用半導体素子QAに対応するゲート駆動電圧可変部11-Aの正側電位出力部21P-Aが出力する正側電位VPAと中間端子22-Aにおける電位との電位差「VPA-VRA」よりも大きくなるようにする。さらに/あるいは、ゲート閾値電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの中間端子22-Bにおける電位VRBとゲート駆動電圧可変部11-Bの負側電位出力部21N-Bが出力する負側電位VNBとの電位差「VRB-VNB」は、ゲート閾値電圧VthAを有する電力用半導体素子QAに対応するゲート駆動電圧可変部11-Aの中間端子22-Aにおける電位VRAとゲート駆動電圧可変部11-Aの負側電位出力部21N-Aが出力する負側電位VNAとの電位差「VRA-VNA」よりも小さくなるようにする。 More specifically, when V thA < V thB < V thC , the positive side potential output section 21P-A of the gate drive voltage variable section 11-A corresponding to the power semiconductor element Q A having the gate threshold voltage V thA outputs a positive side potential VP A of the gate drive voltage that is lower than the positive side potential VP B of the gate drive voltage output by the positive side potential output section 21P-B of the gate drive voltage variable section 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the gate threshold voltage V thB , and the negative side potential output section 21N-A of the gate drive voltage variable section 11-A outputs a negative side potential VN A of the gate drive voltage that is lower than the negative side potential VN B of the gate drive voltage output by the negative side potential output section 21N-B of the gate drive voltage variable section 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the gate threshold voltage V thB . Here, the potential difference "VP B -VR B " between the positive potential VP B output by the positive potential output section 21P-B of the gate drive voltage variable section 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the gate threshold voltage V thB and the potential VR B at the intermediate terminal 22-B is made larger than the potential difference "VP A -VR A " between the positive potential VP A output by the positive potential output section 21P-A of the gate drive voltage variable section 11-A corresponding to the power semiconductor element Q A having the gate threshold voltage V thA and the potential at the intermediate terminal 22-A. Additionally/alternatively, the potential difference "VR B -VN B " between the potential VR B at the intermediate terminal 22-B of the gate drive voltage variable unit 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the gate threshold voltage V thB and the negative potential VN B output by the negative potential output unit 21N-B of the gate drive voltage variable unit 11-B is made smaller than the potential difference "VR A -VN A " between the potential VRA at the intermediate terminal 22-A of the gate drive voltage variable unit 11- A corresponding to the power semiconductor element Q A having the gate threshold voltage V thA and the negative potential VN A output by the negative potential output unit 21N -A of the gate drive voltage variable unit 11- A .
同様に、VthA<VthB<VthCである場合、ゲート閾値電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの正側電位出力部21P-Bは、ゲート閾値電圧VthCを有する電力用半導体素子QCに対応するゲート駆動電圧可変部11-Cの正側電位出力部21P-Cが出力するゲート駆動電圧の正側電位VPCよりも低いゲート駆動電圧の正側電位VPBを出力し、かつ、ゲート駆動電圧可変部11-Bの負側電位出力部21N-Bは、ゲート閾値電圧VthCを有する電力用半導体素子QCに対応するゲート駆動電圧可変部11-Cの負側電位出力部21N-Cが出力するゲート駆動電圧の負側電位VNCよりも、低いゲート駆動電圧の負側電位VNBを出力する。ここで、ゲート閾値電圧VthCを有する電力用半導体素子QCに対応するゲート駆動電圧可変部11-Cの正側電位出力部21P-Cが出力する正側電位VPCと中間端子22-Cにおける電位VRCとの電位差「VPC-VRC」は、ゲート閾値電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの正側電位出力部21P-Bが出力する正側電位VPBと中間端子22-Bにおける電位との電位差「VPB-VRB」よりも大きくなるようにする。さらに/あるいは、ゲート閾値電圧VthCを有する電力用半導体素子QCに対応するゲート駆動電圧可変部11-Cの中間端子22-Cにおける電位VRCとゲート駆動電圧可変部11-Cの負側電位出力部21N-Cが出力する負側電位VNCとの電位差「VRC-VNC」は、ゲート閾値電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの中間端子22-Bにおける電位VRBとゲート駆動電圧可変部11-Bの負側電位出力部21N-Bが出力する負側電位VNBとの電位差「VRB-VNB」よりも小さくなるようにする。 Similarly, when V thA < V thB < V thC , the positive side potential output unit 21P-B of the gate drive voltage variable unit 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the gate threshold voltage V thB outputs a positive side potential VP B of the gate drive voltage that is lower than the positive side potential VP C of the gate drive voltage output by the positive side potential output unit 21P-C of the gate drive voltage variable unit 11- C corresponding to the power semiconductor element Q C having the gate threshold voltage V thC , and the negative side potential output unit 21N-B of the gate drive voltage variable unit 11-B outputs a negative side potential VN B of the gate drive voltage that is lower than the negative side potential VN C of the gate drive voltage output by the negative side potential output unit 21N-C of the gate drive voltage variable unit 11-C corresponding to the power semiconductor element Q C having the gate threshold voltage V thC . Here, the potential difference "VP C -VR C " between the positive potential VP C output by the positive potential output section 21P-C of the gate drive voltage variable section 11- C corresponding to the power semiconductor element Q C having the gate threshold voltage V thC and the potential VR C at the intermediate terminal 22-C is made larger than the potential difference "VP B -VR B " between the positive potential VP B output by the positive potential output section 21P-B of the gate drive voltage variable section 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the gate threshold voltage V thB and the potential at the intermediate terminal 22-B. Additionally/alternatively, the potential difference "VR C -VN C " between the potential VR C at the intermediate terminal 22-C of the gate drive voltage variable unit 11-C corresponding to the power semiconductor element Q C having the gate threshold voltage V thC and the negative potential VN C output by the negative potential output unit 21N-C of the gate drive voltage variable unit 11-C is made smaller than the potential difference "VR B -VN B " between the potential VR B at the intermediate terminal 22-B of the gate drive voltage variable unit 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the gate threshold voltage V thB and the negative potential VN B output by the negative potential output unit 21N-B of the gate drive voltage variable unit 11- B .
また、例えば、電力用半導体素子QAのゲート閾値電圧VthA、電力用半導体素子QBのゲート閾値電圧VthB、及び電力用半導体素子QCのゲート閾値電圧VthCがVthA>VthB>VthCの大小関係を有する場合は、ゲート閾値電圧VthAを有する電力用半導体素子QAに対応するゲート駆動電圧可変部11-Aから出力されるゲート駆動電圧の正側電位VPA及び負側電位VNAの各々は、ゲート駆動電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bから出力されるゲート駆動電圧の正側電位VPB及び負側電位VNBの各々よりも高くなるようにする。さらに/あるいは、ゲート閾値電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bから出力されるゲート駆動電圧の正側電位VPB及び負側電位VNBの各々は、ゲート駆動電圧VthCを有する電力用半導体素子QCに対応するゲート駆動電圧可変部11-Cから出力されるゲート駆動電圧の正側電位VPC及び負側電位VNCの各々よりも高くなるようにする。 Furthermore, for example, when the gate threshold voltage V thA of power semiconductor element QA , the gate threshold voltage V thB of power semiconductor element QB , and the gate threshold voltage V thC of power semiconductor element QC have a magnitude relationship of V thA > V thB > V thC , each of the positive side potential VP A and negative side potential VN A of the gate drive voltage output from gate drive voltage variable unit 11- A corresponding to power semiconductor element QA having gate threshold voltage V thA is made higher than each of the positive side potential VP B and negative side potential VN B of the gate drive voltage output from gate drive voltage variable unit 11-B corresponding to power semiconductor element QB having gate drive voltage V thB . Additionally/alternatively, each of the positive potential VP B and negative potential VN B of the gate drive voltage output from the gate drive voltage variable unit 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the gate threshold voltage V thB is made higher than each of the positive potential VP C and negative potential VN C of the gate drive voltage output from the gate drive voltage variable unit 11-C corresponding to the power semiconductor element Q C having the gate drive voltage V thC .
すなわち、VthA>VthB>VthCである場合、例えば、ゲート閾値電圧VthAを有する電力用半導体素子QAに対応するゲート駆動電圧可変部11-Aの正側電位出力部21P-Aは、ゲート閾値電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの正側電位出力部21P-Bが出力するゲート駆動電圧の正側電位VPBよりも高いゲート駆動電圧の正側電位VPAを出力し、かつ、ゲート駆動電圧可変部11-Aの負側電位出力部21N-Aは、ゲート閾値電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの負側電位出力部21N-Bが出力するゲート駆動電圧の負側電位VNBよりも高いゲート駆動電圧の負側電位VNAを出力する。ここで、ゲート閾値電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの正側電位出力部21P-Bが出力する正側電位VPBと中間端子22-Bにおける電位VRBとの電位差「VPB-VRB」は、ゲート閾値電圧VthAを有する電力用半導体素子QAに対応するゲート駆動電圧可変部11-Aの正側電位出力部21P-Aが出力する正側電位VPAと中間端子22-Aにおける電位VRAとの電位差「VPA-VRA」よりも小さくなるようにする。さらに/あるいは、ゲート閾値電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの中間端子22-Bにおける電位VRBとゲート駆動電圧可変部11-Bの負側電位出力部21N-Bが出力する負側電位VNBとの電位差「VRB-VNB」は、ゲート閾値電圧VthAを有する電力用半導体素子QAに対応するゲート駆動電圧可変部11-Aの中間端子22-Aにおける電位VRAとゲート駆動電圧可変部11-Aの負側電位出力部21N-Aが出力する負側電位VNAとの電位差「VRA-VNA」よりも大きくなるようにする。 That is, when V thA > V thB > V thC , for example, the positive side potential output unit 21P-A of the gate drive voltage variable unit 11-A corresponding to the power semiconductor element Q A having the gate threshold voltage V thA outputs a positive side potential VP A of the gate drive voltage that is higher than the positive side potential VP B of the gate drive voltage output by the positive side potential output unit 21P-B of the gate drive voltage variable unit 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the gate threshold voltage V thB , and the negative side potential output unit 21N-A of the gate drive voltage variable unit 11-A outputs a negative side potential VN A of the gate drive voltage that is higher than the negative side potential VN B of the gate drive voltage output by the negative side potential output unit 21N-B of the gate drive voltage variable unit 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the gate threshold voltage V thB . Here, the potential difference "VP B -VR B " between the positive potential VP B output by the positive potential output section 21P-B of the gate drive voltage variable section 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the gate threshold voltage V thB and the potential VR B at the intermediate terminal 22-B is set to be smaller than the potential difference "VP A -VR A " between the positive potential VP A output by the positive potential output section 21P-A of the gate drive voltage variable section 11-A corresponding to the power semiconductor element Q A having the gate threshold voltage V thA and the potential VR A at the intermediate terminal 22-A. Additionally/alternatively, the potential difference "VR B -VN B " between the potential VR B at the intermediate terminal 22-B of the gate drive voltage variable unit 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the gate threshold voltage V thB and the negative potential VN B output by the negative potential output unit 21N-B of the gate drive voltage variable unit 11-B is made larger than the potential difference "VR A -VN A " between the potential VRA at the intermediate terminal 22-A of the gate drive voltage variable unit 11- A corresponding to the power semiconductor element Q A having the gate threshold voltage V thA and the negative potential VN A output by the negative potential output unit 21N -A of the gate drive voltage variable unit 11- A .
同様に、VthA>VthB>VthCである場合、例えば、ゲート閾値電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの正側電位出力部21P-Bは、ゲート閾値電圧VthCを有する電力用半導体素子QCに対応するゲート駆動電圧可変部11-Cの正側電位出力部21P-Cが出力するゲート駆動電圧の正側電位VPCよりも高いゲート駆動電圧の正側電位VPBを出力し、かつ、ゲート駆動電圧可変部11-Bの負側電位出力部21N-Bは、ゲート閾値電圧VthCを有する電力用半導体素子QCに対応するゲート駆動電圧可変部11-Cの負側電位出力部21N-Cが出力するゲート駆動電圧の負側電位VNCよりも高いゲート駆動電圧の負側電位VNCを出力する。ここで、ゲート閾値電圧VthCを有する電力用半導体素子QCに対応するゲート駆動電圧可変部11-Cの正側電位出力部21P-Cが出力する正側電位VPCと中間端子22-Cにおける電位VRCとの電位差「VPC-VRC」は、ゲート閾値電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの正側電位出力部21P-Bが出力する正側電位VPBと中間端子22-Bにおける電位VRBとの電位差「VPB-VRB」よりも小さくなるようにする。さらに/あるいは、ゲート閾値電圧VthCを有する電力用半導体素子QCに対応するゲート駆動電圧可変部11-Cの中間端子22-Cにおける電位VRCとゲート駆動電圧可変部11-Cの負側電位出力部21N-Cが出力する負側電位VNCとの電位差「VRC-VNC」は、ゲート閾値電圧VthBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの中間端子22-Bにおける電位VRBとゲート駆動電圧可変部11-Bの負側電位出力部21N-Bが出力する負側電位VNBとの電位差「VRB-VNB」よりも大きくなるようにする。 Similarly, when V thA > V thB > V thC , for example, the positive side potential output unit 21P-B of the gate drive voltage variable unit 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the gate threshold voltage V thB outputs a positive side potential VP B of the gate drive voltage that is higher than the positive side potential VP C of the gate drive voltage output by the positive side potential output unit 21P-C of the gate drive voltage variable unit 11-C corresponding to the power semiconductor element Q C having the gate threshold voltage V thC, and the negative side potential output unit 21N- B of the gate drive voltage variable unit 11-B outputs a negative side potential VN C of the gate drive voltage that is higher than the negative side potential VN C of the gate drive voltage output by the negative side potential output unit 21N-C of the gate drive voltage variable unit 11-C corresponding to the power semiconductor element Q C having the gate threshold voltage V thC . Here, the potential difference "VP C -VR C " between the positive potential VP C output by the positive potential output section 21P-C of the gate drive voltage variable section 11- C corresponding to the power semiconductor element Q C having the gate threshold voltage V thC and the potential VR C at the intermediate terminal 22-C is made smaller than the potential difference "VP B -VR B " between the positive potential VP B output by the positive potential output section 21P-B of the gate drive voltage variable section 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the gate threshold voltage V thB and the potential VR B at the intermediate terminal 22-B. Additionally/alternatively, the potential difference "VR C -VN C " between the potential VR C at the intermediate terminal 22-C of the gate drive voltage variable unit 11-C corresponding to the power semiconductor element Q C having the gate threshold voltage V thC and the negative potential VN C output by the negative potential output unit 21N-C of the gate drive voltage variable unit 11-C is made larger than the potential difference "VR B -VN B " between the potential VR B at the intermediate terminal 22-B of the gate drive voltage variable unit 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the gate threshold voltage V thB and the negative potential VN B output by the negative potential output unit 21N-B of the gate drive voltage variable unit 11- B .
ゲート線12-Aは、ゲート駆動電圧可変部11-Aから出力されたゲート駆動電圧を、対応する電力用半導体素子QAのゲート端子に供給する。ゲート線12-Bは、ゲート駆動電圧可変部11-Bから出力されたゲート駆動電圧を、対応する電力用半導体素子QBのゲート端子に供給する。ゲート線12-Cは、ゲート駆動電圧可変部11-Cから出力されたゲート駆動電圧を、対応する電力用半導体素子QCのゲート端子に供給する。 The gate line 12-A supplies the gate drive voltage output from the gate drive voltage variable unit 11-A to the gate terminal of the corresponding power semiconductor element Q A. The gate line 12-B supplies the gate drive voltage output from the gate drive voltage variable unit 11-B to the gate terminal of the corresponding power semiconductor element Q B. The gate line 12-C supplies the gate drive voltage output from the gate drive voltage variable unit 11-C to the gate terminal of the corresponding power semiconductor element Q C.
磁気結合部13は、ゲート線12-Aとゲート線12-Bとを磁気結合し、ゲート線12-Bとゲート線12-Cとを磁気結合する。
The
このように、本開示の一実施形態によるゲート駆動装置1は、複数個直列に接続された電力用半導体素子の個数と同じ個数のゲート駆動電圧可変部及びゲート線を設け、磁気結合部にてゲート線の各々について互いに磁気結合させる構成を有する。本開示の一実施形態によれば、電力用半導体素子についてゲート信号の伝達時間や電力用半導体素子の特性にバラツキがあっても、電力用半導体素子の各々のオン動作及びオフ動作についてのスイッチングタイミングを揃え、電力用半導体素子に印加される電圧の不均衡を抑制することができる。
Thus, the
続いて、本開示の一実施形態の第1の変形例について説明する。 Next, we will explain a first modified example of one embodiment of the present disclosure.
図10は、本開示の一実施形態の第1の変形例によるゲート駆動装置を示す回路図である。一例として、2個直列に接続された電力用半導体素子QA及びQBをオンオフ駆動する例について説明するが、3個以上直列に接続された電力用半導体素子をオンオフ駆動する場合であっても第1の変形例は適用可能である。また、一例として、ゲート駆動電圧可変部11-A及び11-Bが図2に示した構成を有する場合について説明するが、ゲート駆動電圧可変部11-A及び11-Bが図1に示した構成を有する場合であっても第1の変形例は適用可能である。 10 is a circuit diagram showing a gate driver according to a first modified example of an embodiment of the present disclosure. As an example, an example in which two power semiconductor elements Q A and Q B connected in series are turned on and off will be described, but the first modified example can also be applied to a case in which three or more power semiconductor elements connected in series are turned on and off. In addition, as an example, a case in which the gate drive voltage variable units 11-A and 11-B have the configuration shown in FIG. 2 will be described, but the first modified example can also be applied to a case in which the gate drive voltage variable units 11-A and 11-B have the configuration shown in FIG. 1.
図4及び図5を参照して説明したように複数個直列に接続された電力用半導体素子を有するアーム50により構成される電力変換回路部2について、ゲート駆動装置1は、アーム50内の電力用半導体素子をオンオフ駆動させることができる。電力用半導体素子の特性は、ドレイン-ソース間に流れる電流の大きさにより変化することから、第1の変形例によるゲート駆動装置1では、ドレイン-ソース間に流れる電流に応じてゲート駆動電圧の正側電位及び負側電位を変化させ、ドレイン-ソース間に流れる電流の大きさにより電力用半導体素子の各々の特性に変化が生じても、電力用半導体素子の各々のオン動作及びオフ動作についてのスイッチングタイミングを揃え、電力用半導体素子に印加される電圧の不均衡を抑制する。
As described with reference to Figures 4 and 5, for the power
電力変換制御部3は、電流に関する情報として、電力変換回路部2から出力される電流の値iまたは電力変換制御部3が電力変換回路部2の電力変換動作を制御するために生成する電流指令の値i*を保持している。ゲート駆動電圧可変部11-A及び11-Bの各々は、電力変換回路部2から出力される電流の値iまたは電力変換制御部3が電力変換回路部2の電力変換動作を制御するために生成する電流指令の値i*に応じて、ゲート駆動電圧の正側電位及び負側電位を変化させる。このため、図10に示すように、ゲート駆動電圧可変部11-Aはセレクター回路24-Aをさらに有し、ゲート駆動電圧可変部11-Bはセレクター回路24-Bをさらに有する。
The power conversion control unit 3 holds, as information related to the current, a value i of the current output from the power
複数個直列に接続された直流電源21-Aの各々の間には中間タップが設けられ、各中間タップは、MOSFETで構成されたスイッチ部を介して中間端子22-Aに接続されている。各スイッチ部のMOSFETのオンオフは、セレクター回路24-Aによって制御される。セレクター回路24-Aは、電力変換回路部2から出力される電流の値iまたは電力変換制御部3が電力変換回路部2の電力変換動作を制御するために生成する電流指令の値i*に応じて、複数のMOSFETのうちの1つをオンすることで、正側電位VPAと中間端子22-Aの電位VRAとの電位差「VPA-VRA」、及び中間端子22-Aの電位VRAと負側電位VNAとの電位差「VRA-VNA」を変化させる。 A center tap is provided between each of the multiple DC power supplies 21-A connected in series, and each center tap is connected to an intermediate terminal 22-A via a switch unit composed of a MOSFET. The on/off of the MOSFET in each switch unit is controlled by a selector circuit 24-A. The selector circuit 24-A changes the potential difference "VP A -VR A " between the positive side potential VP A and the potential VR A of the intermediate terminal 22-A, and the potential difference "VR A -VN A " between the potential VR A of the intermediate terminal 22-A and the negative side potential VN A by turning on one of the multiple MOSFETs according to the value i of the current output from the power conversion circuit unit 2 or the value i * of a current command generated by the power conversion control unit 3 to control the power conversion operation of the power conversion circuit unit 2 .
同様に、複数個直列に接続された直流電源21-Bの各々の間には中間タップが設けられ、各中間タップは、MOSFETで構成されたスイッチ部を介して中間端子22-Bに接続されている。各スイッチ部のMOSFETのオンオフは、セレクター回路24-Bによって制御される。セレクター回路24-Bは、電力変換回路部2から出力される電流の値iまたは電力変換制御部3が電力変換回路部2の電力変換動作を制御するために生成する電流指令の値i*に応じて、複数のMOSFETのうちの1つをオンすることで、正側電位VPBと中間端子22-Bの電位VRBとの電位差「VPB-VRB」、及び中間端子22-Bの電位VRBと負側電位VNBとの電位差「VRB-VNB」を変化させる。 Similarly, an intermediate tap is provided between each of the multiple DC power supplies 21-B connected in series, and each intermediate tap is connected to an intermediate terminal 22-B via a switch unit composed of a MOSFET. The on/off of the MOSFET in each switch unit is controlled by a selector circuit 24-B. The selector circuit 24-B changes the potential difference "VP B -VR B " between the positive side potential VP B and the potential VR B of the intermediate terminal 22-B, and the potential difference "VR B -VN B " between the potential VR B of the intermediate terminal 22-B and the negative side potential VN B by turning on one of the multiple MOSFETs according to the value i of the current output from the power conversion circuit unit 2 or the value i* of a current command generated by the power conversion control unit 3 to control the power conversion operation of the power conversion circuit unit 2 .
図11は、電力用半導体素子の特性にばらつきがある場合において、本開示の一実施形態の第1の変形例における不均衡度についてのシミュレーション結果を例示する図である。 Figure 11 illustrates a simulation result of the degree of imbalance in a first modified example of an embodiment of the present disclosure when there is variation in the characteristics of the power semiconductor elements.
特性が異なる3.3kV耐圧のSiC-MOSFET電力用半導体素子QA及びQB(VthA<VthB)を直列に接続した場合に3.6kVの電圧を印加したときにおいて、ドレイン-ソース間を流れる電流を、750A、500A、50Aに設定してシミュレーションを行った。また、このシミュレーションでは、各ゲート信号の遅延は無いものとし、ゲート駆動電圧可変部11-Aから出力される正側電位VPAと負側電位VNAとの差「VPA-VNA」を28V一定とし、ゲート駆動電圧可変部11-Bから出力される正側電位VPBと負側電位VNBとの差「VPB-VNB」を28V一定とし、ゲート駆動電圧可変部11-Bから出力される正側電位VPBを17V一定とし、負側電位VNBを-11V一定としている。このような条件の下で、ドレイン-ソース間を流れる電流750A、500A、50Aのそれぞれについて、ゲート駆動電圧可変部11-Aから出力される正側電位VPA/負側電位VNAを「17V/-11V」、「16.75V/-11.25V」、「16.5V/-11.5V」、「16.25V/-11.75V」といったように変化させるシミュレーションを行うと、図11に示すようなオン時及びオフ時の不均衡度が得られた。図11より、ドレイン-ソース間を流れる電流が750Aの場合は正側電位VPA/負側電位VNAが「16.5V/-11.5Vと16.25V/-11.25Vとの間」のとき、ドレイン-ソース間を流れる電流が300Aの場合は正側電位VPA/負側電位VNAが「16.5V/-11.5V」のとき、ドレイン-ソース間を流れる電流が50Aの場合は正側電位VPA/負側電位VNAが「17V/-11V」のとき、それぞれオフ時の不均衡度ΔVdsoffを小さくできることがわかる。 A simulation was performed in which 3.3 kV breakdown voltage SiC-MOSFET power semiconductor elements Q A and Q B (V thA <V thB ) with different characteristics were connected in series and a voltage of 3.6 kV was applied, with the drain-source currents set to 750 A, 500 A, and 50 A. In this simulation, it was assumed that there was no delay in each gate signal, the difference "VP A - VN A " between the positive side potential VP A and the negative side potential VN A output from the gate drive voltage variable unit 11-A was constant at 28 V, the difference "VP B - VN B " between the positive side potential VP B and the negative side potential VN B output from the gate drive voltage variable unit 11-B was constant at 28 V, the positive side potential VP B output from the gate drive voltage variable unit 11-B was constant at 17 V, and the negative side potential VN B was constant at -11 V. Under these conditions, a simulation was performed in which the positive side potential VP A /negative side potential VN A output from the gate drive voltage variable unit 11-A was changed to "17V/-11V", "16.75V/-11.25V", "16.5V/-11.5V", and "16.25V/-11.75V" for drain-source currents of 750A, 500A, and 50A, respectively. The imbalance between the on and off states as shown in Figure 11 was obtained. It can be seen from FIG. 11 that the imbalance ΔVds off when off can be reduced when the current flowing between the drain and source is 750 A and the positive side potential VP A /negative side potential VN A is between 16.5 V/-11.5 V and 16.25 V/-11.25 V, when the current flowing between the drain and source is 300 A and the positive side potential VP A /negative side potential VN A is 16.5 V/-11.5 V, and when the current flowing between the drain and source is 50 A and the positive side potential VP A /negative side potential VN A is 17 V/-11 V.
続いて、本開示の一実施形態の第2の変形例について説明する。 Next, we will explain a second variant of an embodiment of the present disclosure.
図12は、電力用半導体素子の温度とゲート-ソース間電圧とドレイン電流との関係を例示する図である。 Figure 12 illustrates the relationship between the temperature, gate-source voltage, and drain current of a power semiconductor device.
電力用半導体素子は、オンオフ動作時における自己発熱により温度が上昇する。よって、例えば設計上の制約や電力用半導体素子の配置位置によって、電力変換装置において電力用半導体素子ごとに温度差が生じる場合がある。図12では、一例として、SiC-MOSFETからなる電力用半導体素子の温度が25℃と175℃の場合のゲート-ソース間電圧Vgs[V]とドレイン電流Id[A]との関係を示している。図12から、電力用半導体素子の温度が上昇するとゲート閾値電圧が低下することが分かる。このように、電力用半導体素子の温度差によってゲート閾値電圧にバラツキが生じることから、オン動作時及びオフ動作時における印加電圧の不均衡度が大きくなる。そこで、本開示の一実施形態の第2の実施例では、電力用半導体素子の温度に応じてゲート駆動電圧の正側電位及び負側電位を変化させ、電力用半導体素子の各々の発熱により特性に変化が生じても、電力用半導体素子の各々のオン動作及びオフ動作についてのスイッチングタイミングを揃え、電力用半導体素子に印加される電圧の不均衡を抑制する。 The temperature of the power semiconductor element rises due to self-heating during on/off operation. Therefore, for example, due to design constraints or the arrangement position of the power semiconductor element, a temperature difference may occur for each power semiconductor element in the power conversion device. FIG. 12 shows, as an example, the relationship between the gate-source voltage Vgs [V] and the drain current Id [A] when the temperature of the power semiconductor element made of SiC-MOSFET is 25° C. and 175° C. As can be seen from FIG. 12, the gate threshold voltage decreases as the temperature of the power semiconductor element increases. In this way, the temperature difference between the power semiconductor elements causes variations in the gate threshold voltage, and the imbalance of the applied voltage during on operation and off operation increases. Therefore, in a second example of an embodiment of the present disclosure, the positive side potential and the negative side potential of the gate drive voltage are changed according to the temperature of the power semiconductor element, and even if the characteristics change due to the heat generation of each power semiconductor element, the switching timing for the on operation and the off operation of each power semiconductor element is aligned, thereby suppressing the imbalance of the voltage applied to the power semiconductor element.
図13は、本開示の一実施形態の第2の変形例によるゲート駆動装置を示す回路図である。一例として、2個直列に接続された電力用半導体素子QA及びQBをオンオフ駆動する例について説明するが、3個以上直列に接続された電力用半導体素子をオンオフ駆動する場合であっても第2の変形例は適用可能である。また、一例として、ゲート駆動電圧可変部11-A及び11-Bが図2に示した構成を有する場合について説明するが、ゲート駆動電圧可変部11-A及び11-Bが図1に示した構成を有する場合であっても第2の変形例は適用可能である。 13 is a circuit diagram showing a gate driver according to a second modified example of an embodiment of the present disclosure. As an example, an example in which two power semiconductor elements Q A and Q B connected in series are turned on and off will be described, but the second modified example can also be applied to a case in which three or more power semiconductor elements connected in series are turned on and off. Also, as an example, a case in which the gate drive voltage variable units 11-A and 11-B have the configuration shown in FIG. 2 will be described, but the second modified example can also be applied to a case in which the gate drive voltage variable units 11-A and 11-B have the configuration shown in FIG. 1.
ゲート駆動装置1は、電力用半導体素子QA及びQBの各々に対応して設けられる温度センサ25-A及び25-Bをさらに備える。温度センサ25-A及び25-Bの各々は、電力用半導体素子QA及びQBの各々について最も発熱する部位に設置されるのが好ましい。ゲート駆動電圧可変部11-A及び11-Bの各々は、対応する温度センサ25-A及び25-Bにより検出された電力用半導体素子の温度に応じて、ゲート駆動電圧の正側電位及び負側電位を変化させる。このため、図13に示すように、ゲート駆動電圧可変部11-Aはセレクター回路24-Aをさらに有し、ゲート駆動電圧可変部11-Bはセレクター回路24-Bをさらに有する。
The
複数個直列に接続された直流電源21-Aの各々の間には中間タップが設けられ、各中間タップは、MOSFETが設けられた導線を介して中間端子22-Aに接続されている。各導線上のMOSFETのオンオフは、セレクター回路24-Aによって制御される。セレクター回路24-Aは、温度センサ25-Aにより検出された電力用半導体素子QAの温度に応じて、複数のMOSFETのうちの1つをオンすることで、正側電位VPAと中間端子22-Aの電位VRAとの電位差「VPA-VRA」、及び中間端子22-Aの電位VRAと負側電位VNAとの電位差「VRA-VNA」を変化させる。 A center tap is provided between each of the multiple DC power supplies 21-A connected in series, and each center tap is connected to an intermediate terminal 22-A via a conductor provided with a MOSFET. The on/off of the MOSFET on each conductor is controlled by a selector circuit 24-A. The selector circuit 24-A changes the potential difference "VP A -VR A " between the positive side potential VP A and the potential VR A of the intermediate terminal 22-A, and the potential difference "VR A -VN A " between the potential VR A of the intermediate terminal 22-A and the negative side potential VN A by turning on one of the multiple MOSFETs in accordance with the temperature of the power semiconductor element Q A detected by a temperature sensor 25- A .
同様に、複数個直列に接続された直流電源21-Bの各々の間には中間タップが設けられ、各中間タップは、MOSFETが設けられた導線を介して中間端子22-Bに接続されている。各導線上のMOSFETのオンオフは、セレクター回路24-Bによって制御される。セレクター回路24-Bは、温度センサ25-Bにより検出された電力用半導体素子QBの温度に応じて、複数のMOSFETのうちの1つをオンすることで、正側電位VPBと中間端子22-Bの電位VRBとの電位差「VPB-VRB」、及び中間端子22-Bの電位VRBと負側電位VNBとの電位差「VRB-VNB」を変化させる。 Similarly, an intermediate tap is provided between each of the multiple DC power supplies 21-B connected in series, and each intermediate tap is connected to an intermediate terminal 22-B via a conductor provided with a MOSFET. The on/off of the MOSFET on each conductor is controlled by a selector circuit 24-B. The selector circuit 24-B changes the potential difference "VP B -VR B " between the positive potential VP B and the potential VR B of the intermediate terminal 22-B, and the potential difference "VR B -VN B " between the potential VR B of the intermediate terminal 22-B and the negative potential VN B , by turning on one of the multiple MOSFETs in accordance with the temperature of the power semiconductor element Q B detected by the temperature sensor 25 - B .
例えば、温度センサ25-Aが検出した電力用半導体素子QAが第1の温度TempAであり、温度センサ25-Bが検出した電力用半導体素子QBが第1の温度TempAより低い第2の温度TempBである場合(すなわちTempA>TempBである場合)は、第1の温度TempAを検出した温度センサ25-Aに対応する電力用半導体素子QAに対応するゲート駆動電圧可変部11-Aから出力されるゲート駆動電圧の正側電位VPA及び負側電位VNBの各々は、第2の温度TempBを検出した温度センサ25-Bに対応する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bから出力されるゲート駆動電圧の正側電位VPB及び負側電位VNBの各々よりも低くなるようにする。 For example, when the power semiconductor element Q A detected by the temperature sensor 25-A is at a first temperature Temp A and the power semiconductor element Q B detected by the temperature sensor 25-B is at a second temperature Temp B lower than the first temperature Temp A (i.e., when Temp A > Temp B ), each of the positive side potential VP A and negative side potential VN B of the gate drive voltage output from the gate drive voltage variable unit 11-A corresponding to the power semiconductor element Q A corresponding to the temperature sensor 25- A that detected the first temperature Temp A is set lower than each of the positive side potential VP B and negative side potential VN B of the gate drive voltage output from the gate drive voltage variable unit 11- B corresponding to the power semiconductor element Q B corresponding to the temperature sensor 25-B that detected the second temperature Temp B.
より詳しくは、TempA>TempBである場合、例えば、温度TempAを有する電力用半導体素子QAに対応するゲート駆動電圧可変部11-Aの正側電位出力部21P-Aは、温度TempBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの正側電位出力部21P-Bが出力するゲート駆動電圧の正側電位VPBよりも低いゲート駆動電圧の正側電位VPAを出力し、かつ、ゲート駆動電圧可変部11-Aの負側電位出力部21N-Aは、温度TempBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの負側電位出力部21N-Bが出力するゲート駆動電圧の負側電位VNBよりも、低いゲート駆動電圧の負側電位VNAを出力する。ここで、温度TempBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの正側電位出力部21P-Bが出力する正側電位VPBと中間端子22-Bにおける電位VRBとの電位差「VPB-VRB」は、温度TempAを有する電力用半導体素子QAに対応するゲート駆動電圧可変部11-Aの正側電位出力部21P-Aが出力する正側電位VPAと中間端子22-Aにおける電位との電位差「VPA-VRA」よりも大きくなるようにする。さらに/あるいは、温度TempBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの中間端子22-Bにおける電位VRBとゲート駆動電圧可変部11-Bの負側電位出力部21N-Bが出力する負側電位VNBとの電位差「VRB-VNB」は、温度TempAを有する電力用半導体素子QAに対応するゲート駆動電圧可変部11-Aの中間端子22-Aにおける電位VRAとゲート駆動電圧可変部11-Aの負側電位出力部21N-Aが出力する負側電位VNAとの電位差「VRA-VNA」よりも小さくなるようにする。 More specifically, when Temp A > Temp B , for example, the positive side potential output unit 21P-A of the gate drive voltage variable unit 11- A corresponding to the power semiconductor element Q A having the temperature Temp A outputs a positive side potential VP A of the gate drive voltage that is lower than the positive side potential VP B of the gate drive voltage output by the positive side potential output unit 21P-B of the gate drive voltage variable unit 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the temperature Temp B , and the negative side potential output unit 21N-A of the gate drive voltage variable unit 11-A outputs a negative side potential VN A of the gate drive voltage that is lower than the negative side potential VN B of the gate drive voltage output by the negative side potential output unit 21N-B of the gate drive voltage variable unit 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the temperature Temp B. Here, the potential difference "VP B -VR B " between the positive potential VP B output by the positive potential output section 21P-B of the gate drive voltage variable section 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having a temperature Temp B and the potential VR B at the intermediate terminal 22- B is set to be larger than the potential difference "VP A -VR A " between the positive potential VP A output by the positive potential output section 21P-A of the gate drive voltage variable section 11- A corresponding to the power semiconductor element Q A having a temperature Temp A and the potential at the intermediate terminal 22-A. Further/alternatively, the potential difference "VR B -VN B " between the potential VR B at the intermediate terminal 22-B of the gate drive voltage variable unit 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the temperature Temp B and the negative potential VN B output by the negative potential output unit 21N-B of the gate drive voltage variable unit 11-B is made smaller than the potential difference "VR A -VN A " between the potential VR A at the intermediate terminal 22-A of the gate drive voltage variable unit 11-A corresponding to the power semiconductor element Q A having the temperature Temp A and the negative potential VN A output by the negative potential output unit 21N-A of the gate drive voltage variable unit 11 - A .
また、例えば、温度センサ25-Aが検出した電力用半導体素子QAが第1の温度TempAであり、温度センサ25-Bが検出した電力用半導体素子QBが第1の温度TempAより高い第3の温度TempBである場合(すなわちTempA<TempBである場合)は、第1の温度TempAを検出した温度センサ25-Aに対応する電力用半導体素子QAに対応するゲート駆動電圧可変部11-Aから出力されるゲート駆動電圧の正側電位VPA及び負側電位VNAの各々は、第3の温度TempBを検出した温度センサ25-Bに対応する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bから出力されるゲート駆動電圧の正側電位VPB及び負側電位VNBの各々よりも高くなるようにする。 Furthermore, for example, when the power semiconductor element Q A detected by the temperature sensor 25-A is at a first temperature Temp A , and the power semiconductor element Q B detected by the temperature sensor 25-B is at a third temperature Temp B higher than the first temperature Temp A (i.e., when Temp A < Temp B ), each of the positive side potential VP A and negative side potential VN A of the gate drive voltage output from the gate drive voltage variable unit 11-A corresponding to the power semiconductor element Q A corresponding to the temperature sensor 25- A that detected the first temperature Temp A is set to be higher than each of the positive side potential VP B and negative side potential VN B of the gate drive voltage output from the gate drive voltage variable unit 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B corresponding to the temperature sensor 25-B that detected the third temperature Temp B.
より詳しくは、TempA<TempBである場合、例えば、温度TempAを有する電力用半導体素子QAに対応するゲート駆動電圧可変部11-Aの正側電位出力部21P-Aは、温度TempBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの正側電位出力部21P-Bが出力するゲート駆動電圧の正側電位VPBよりも高いゲート駆動電圧の正側電位VPAを出力し、かつ、ゲート駆動電圧可変部11-Aの負側電位出力部21N-Aは、温度TempBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの負側電位出力部21N-Bが出力するゲート駆動電圧の負側電位VNBよりも、高いゲート駆動電圧の負側電位VNAを出力する。ここで、温度TempBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの正側電位出力部21P-Bが出力する正側電位VPBと中間端子22-Bにおける電位VRBとの電位差「VPB-VRB」は、温度TempAを有する電力用半導体素子QAに対応するゲート駆動電圧可変部11-Aの正側電位出力部21P-Aが出力する正側電位VPAと中間端子22-Aにおける電位との電位差「VPA-VRA」よりも小さくなるようにする。さらに/あるいは、温度TempBを有する電力用半導体素子QBに対応するゲート駆動電圧可変部11-Bの中間端子22-Bにおける電位VRBとゲート駆動電圧可変部11-Bの負側電位出力部21N-Bが出力する負側電位VNBとの電位差「VRB-VNB」は、温度TempAを有する電力用半導体素子QAに対応するゲート駆動電圧可変部11-Aの中間端子22-Aにおける電位VRAとゲート駆動電圧可変部11-Aの負側電位出力部21N-Aが出力する負側電位VNAとの電位差「VRA-VNA」よりも大きくなるようにする。 More specifically, when Temp A < Temp B , for example, the positive side potential output section 21P- A of the gate drive voltage variable section 11-A corresponding to the power semiconductor element Q A having the temperature Temp A outputs a positive side potential VP A of the gate drive voltage that is higher than the positive side potential VP B of the gate drive voltage output by the positive side potential output section 21P-B of the gate drive voltage variable section 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the temperature Temp B , and the negative side potential output section 21N-A of the gate drive voltage variable section 11-A outputs a negative side potential VN A of the gate drive voltage that is higher than the negative side potential VN B of the gate drive voltage output by the negative side potential output section 21N-B of the gate drive voltage variable section 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the temperature Temp B. Here, the potential difference "VP B -VR B " between the positive potential VP B output by the positive potential output section 21P-B of the gate drive voltage variable section 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having a temperature Temp B and the potential VR B at the intermediate terminal 22- B is set to be smaller than the potential difference "VP A -VR A " between the positive potential VP A output by the positive potential output section 21P-A of the gate drive voltage variable section 11- A corresponding to the power semiconductor element Q A having a temperature Temp A and the potential at the intermediate terminal 22-A. Additionally/alternatively, the potential difference "VR B -VN B " between the potential VR B at the intermediate terminal 22-B of the gate drive voltage variable unit 11-B corresponding to the power semiconductor element Q B having the temperature Temp B and the negative potential VN B output by the negative potential output unit 21N-B of the gate drive voltage variable unit 11-B is made larger than the potential difference "VR A -VN A " between the potential VR A at the intermediate terminal 22-A of the gate drive voltage variable unit 11-A corresponding to the power semiconductor element Q A having the temperature Temp A and the negative potential VN A output by the negative potential output unit 21N-A of the gate drive voltage variable unit 11 - A .
なお、上述した第1の変形例及び第2の変形例は組み合わせて実施してもよく、この場合は、電力変換回路部2から出力される電流の値もしくは電力変換制御部3が電力変換回路部2の電力変換動作を制御するために生成する電流指令の値と、温度センサにより検出された電力用半導体素子の温度と、に応じて、ゲート駆動電圧の正側電位及び負側電位を変化させる。
The first and second modified examples described above may be implemented in combination. In this case, the positive and negative potentials of the gate drive voltage are changed according to the value of the current output from the power
以上説明したように、本開示の一実施形態及び各変形例によれば、ゲート線におけるゲート信号の伝達時間や電力用半導体素子の特性にバラツキがあったとしても、電力用半導体素子の各々のオン動作及びオフ動作についてのスイッチングタイミングを揃えることができ、電力用半導体素子に印加される電圧の不均衡を抑制することができる。 As described above, according to one embodiment and each of the modified examples of the present disclosure, even if there is variation in the transmission time of the gate signal on the gate line or in the characteristics of the power semiconductor elements, it is possible to align the switching timing for the on and off operations of each of the power semiconductor elements, thereby suppressing imbalances in the voltages applied to the power semiconductor elements.
1 ゲート駆動装置
2 電力変換回路部
3 電力変換制御部
11-A、11-B、11-C ゲート駆動電圧可変部
12-A、12-B、12-C ゲート線
13 磁気結合部
21-A、21-B 直流電源
21P-A、21P-B、21P-C 正側電位出力部
21N-A、21N-B、21N-C 負側電位出力部
22-A、22-B、22-C 中間端子
23P-A、23P-B、23P-C 正側スイッチ
23N-A、23N-B、23N-C 負側スイッチ
24-A、24-B セレクター回路
25-A、25-B 温度センサ
26-A、26-B、26-C 切替えスイッチ
30 磁性体
50 アーム
60 レグ
100 電力変換装置
200 直流電源
300 負荷
C コンデンサ
DA、DB、DC ダイオード
P1、P2 端子
QA、QB、QC 電力用半導体素子
T1 端子
T2 端子
REFERENCE SIGNS
Claims (12)
前記電力用半導体素子に対応して設けられ、可変のゲート駆動電圧を出力するゲート駆動電圧可変部であって、出力する前記ゲート駆動電圧の電位を前記電力用半導体素子間の電気的特性の差に応じて可変するゲート駆動電圧可変部と、
前記ゲート駆動電圧可変部から出力された前記ゲート駆動電圧を対応する前記電力用半導体素子の各々のゲート端子に供給するゲート線と、
前記ゲート線の各々を互いに磁気結合する磁気結合部と、
を備え、
第1のゲート閾値電圧を有する前記電力用半導体素子に対応する前記ゲート駆動電圧可変部は、前記第1のゲート閾値電圧より高い第2のゲート閾値電圧を有する前記電力用半導体素子に対応する前記ゲート駆動電圧可変部が出力する前記ゲート駆動電圧の正側電位及び負側電位の各々よりも、低いゲート駆動電圧の正側電位及び負側電位を出力し、
前記ゲート駆動電圧可変部の各々は、前記ゲート駆動電圧の正側電位を出力する正側電位出力部と、前記正側電位出力部に直列に接続され、前記ゲート駆動電圧の負側電位を出力する負側電位出力部と、を有し、
前記ゲート駆動電圧可変部の各々において、前記正側電位出力部と前記負側電位出力部との間の接続点である中間端子における電位と、当該ゲート駆動電圧可変部に対応する前記電力用半導体素子の出力端子における電位と、が同電位である、ゲート駆動装置。 A gate driver for a plurality of power semiconductor devices connected in series, comprising:
a gate drive voltage variable unit provided corresponding to the power semiconductor element and outputting a variable gate drive voltage , the gate drive voltage variable unit varying a potential of the gate drive voltage to be output in response to a difference in electrical characteristics between the power semiconductor elements;
a gate line for supplying the gate driving voltage output from the gate driving voltage variable unit to a gate terminal of each of the corresponding power semiconductor devices;
a magnetic coupling portion that magnetically couples the gate lines to each other;
Equipped with
the gate drive voltage variable section corresponding to the power semiconductor element having a first gate threshold voltage outputs a positive side potential and a negative side potential of the gate drive voltage that are lower than the positive side potential and the negative side potential of the gate drive voltage output by the gate drive voltage variable section corresponding to the power semiconductor element having a second gate threshold voltage higher than the first gate threshold voltage,
Each of the gate drive voltage variable sections includes a positive potential output section that outputs a positive potential of the gate drive voltage, and a negative potential output section that is connected in series to the positive potential output section and outputs a negative potential of the gate drive voltage,
a gate drive device in which, in each of the gate drive voltage variable sections, a potential at an intermediate terminal which is a connection point between the positive potential output section and the negative potential output section and a potential at an output terminal of the power semiconductor element corresponding to the gate drive voltage variable section are the same potential .
前記ゲート駆動電圧可変部の各々において、前記正側電位出力部と前記負側電位出力部との間の接続点である中間端子における電位と、当該ゲート駆動電圧可変部に対応する前記電力用半導体素子の出力端子における電位と、が同電位であり、
前記第2のゲート閾値電圧を有する前記電力用半導体素子に対応する前記ゲート駆動電圧可変部の前記中間端子における電位と当該ゲート駆動電圧可変部が出力する前記負側電位との電位差は、前記第1のゲート閾値電圧を有する前記電力用半導体素子に対応する前記ゲート駆動電圧可変部の前記中間端子における電位と当該ゲート駆動電圧可変部が出力する前記負側電位との電位差よりも小さい、請求項1または2に記載のゲート駆動装置。 Each of the gate drive voltage variable sections includes a positive potential output section that outputs a positive potential of the gate drive voltage, and a negative potential output section that is connected in series to the positive potential output section and outputs a negative potential of the gate drive voltage,
in each of the gate drive voltage variable sections, a potential at an intermediate terminal which is a connection point between the positive potential output section and the negative potential output section is equal to a potential at an output terminal of the power semiconductor device corresponding to the gate drive voltage variable section;
3. The gate drive device according to claim 1, wherein a potential difference between a potential at the intermediate terminal of the gate drive voltage variable section corresponding to the power semiconductor element having the second gate threshold voltage and the negative potential output by the gate drive voltage variable section is smaller than a potential difference between a potential at the intermediate terminal of the gate drive voltage variable section corresponding to the power semiconductor element having the first gate threshold voltage and the negative potential output by the gate drive voltage variable section .
前記ゲート駆動電圧可変部の各々において、前記正側電位出力部と前記負側電位出力部との間の接続点である中間端子における電位と、当該ゲート駆動電圧可変部に対応する前記電力用半導体素子の出力端子における電位と、が同電位であり、
前記第3のゲート閾値電圧を有する前記電力用半導体素子に対応する前記ゲート駆動電圧可変部が出力する前記正側電位と前記中間端子における電位との電位差は、前記第1のゲート閾値電圧を有する前記電力用半導体素子に対応する前記ゲート駆動電圧可変部が出力する前記正側電位と前記中間端子における電位との電位差よりも小さい、請求項4に記載のゲート駆動装置。 Each of the gate drive voltage variable sections includes a positive potential output section that outputs a positive potential of the gate drive voltage, and a negative potential output section that is connected in series to the positive potential output section and outputs a negative potential of the gate drive voltage,
in each of the gate drive voltage variable sections, a potential at an intermediate terminal which is a connection point between the positive potential output section and the negative potential output section is equal to a potential at an output terminal of the power semiconductor device corresponding to the gate drive voltage variable section;
5. The gate drive device according to claim 4, wherein a potential difference between the positive side potential output by the gate drive voltage variable section corresponding to the power semiconductor element having the third gate threshold voltage and a potential at the intermediate terminal is smaller than a potential difference between the positive side potential output by the gate drive voltage variable section corresponding to the power semiconductor element having the first gate threshold voltage and a potential at the intermediate terminal.
前記ゲート駆動電圧可変部の各々において、前記正側電位出力部と前記負側電位出力部との間の接続点である中間端子における電位と、当該ゲート駆動電圧可変部に対応する前記電力用半導体素子の出力端子における電位と、が同電位であり、
前記第3のゲート閾値電圧を有する前記電力用半導体素子に対応する前記ゲート駆動電圧可変部の前記中間端子における電位と当該ゲート駆動電圧可変部が出力する前記負側電位との電位差は、前記第1のゲート閾値電圧を有する前記電力用半導体素子に対応する前記ゲート駆動電圧可変部の前記中間端子における電位と当該ゲート駆動電圧可変部が出力する前記負側電位との電位差よりも大きい、請求項4または5に記載のゲート駆動装置。 Each of the gate drive voltage variable sections includes a positive potential output section that outputs a positive potential of the gate drive voltage, and a negative potential output section that is connected in series to the positive potential output section and outputs a negative potential of the gate drive voltage,
in each of the gate drive voltage variable sections, a potential at an intermediate terminal which is a connection point between the positive potential output section and the negative potential output section is equal to a potential at an output terminal of the power semiconductor device corresponding to the gate drive voltage variable section;
6. The gate drive device according to claim 4, wherein a potential difference between a potential at the intermediate terminal of the gate drive voltage variable section corresponding to the power semiconductor element having the third gate threshold voltage and the negative potential output by the gate drive voltage variable section is greater than a potential difference between a potential at the intermediate terminal of the gate drive voltage variable section corresponding to the power semiconductor element having the first gate threshold voltage and the negative potential output by the gate drive voltage variable section .
前記ゲート駆動電圧可変部の各々は、対応する前記温度センサにより検出された前記電力用半導体素子の温度に応じて、前記ゲート駆動電圧の正側電位及び負側電位を変化させる、請求項1~6のいずれか一項に記載のゲート駆動装置。 a temperature sensor provided corresponding to each of the power semiconductor devices;
7. The gate drive device according to claim 1, wherein each of the gate drive voltage variable parts changes a positive side potential and a negative side potential of the gate drive voltage in response to a temperature of the power semiconductor element detected by the corresponding temperature sensor.
複数個直列に接続された前記電力用半導体素子が設けられたアームを有し、前記電力用半導体素子のオンオフ動作に応じて電力変換動作を行う電力変換回路部と、
前記電力変換回路部の電力変換動作を制御する電力変換制御部と、
を備える、電力変換装置。 A gate drive device according to any one of claims 1 to 9 ;
a power conversion circuit section having an arm on which a plurality of the power semiconductor elements connected in series are provided, the power conversion circuit section performing a power conversion operation in response to an on/off operation of the power semiconductor elements;
a power conversion control unit that controls a power conversion operation of the power conversion circuit unit;
A power conversion device comprising:
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