特開 2024-158904 スイッチング素子駆動回路、レグ駆動回路、電力変換装置及び熱加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024158904

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】スイッチング素子駆動回路、レグ駆動回路、電力変換装置及び熱加工装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 1/08 20060101AFI20241031BHJP

   H03K 17/56 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

H02M1/08 A

H03K17/56 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023074528

(22)【出願日】2023-04-28

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】黒崎 雄太

(72)【発明者】

【氏名】松坂 陣

(72)【発明者】

【氏名】三溝 真史

(72)【発明者】

【氏名】柴田 憲三

【テーマコード（参考）】

5H740

5J055

【Ｆターム（参考）】

5H740BA11

5H740BC01

5H740BC02

5H740HH06

5H740JA01

5H740JB01

5H740KK03

5J055AX12

5J055AX55

5J055AX56

5J055AX63

5J055BX16

5J055DX09

5J055EX06

5J055EX17

5J055EX22

5J055EY01

5J055EY07

5J055EY10

5J055EY17

5J055EZ15

5J055EZ61

5J055FX19

5J055GX01

5J055GX04

5J055GX09

(57)【要約】

【課題】コストを抑えつつ、スイッチング素子の駆動電圧の歪みを抑制する。
【解決手段】スイッチング素子駆動回路８０ａに、二次コイル８０１の一端に接続された第１の補助コンデンサ８０２と、二次コイル８０１の他端に接続された第２の補助コンデンサ８０３と、第１の補助コンデンサ８０２から二次コイル８０１に電流が流れるのを規制する放電抑制ダイオード８０９とを設ける。第１のバイポーラトランジスタ８０７を、二次コイル８０１からベースに流入する電流を増幅した増幅電流が、第１の補助コンデンサ８０２及び直流電源８０４からスイッチング素子５２ａのゲートに流れるように接続し、第２のバイポーラトランジスタ８０８を、ベースから二次コイル８０１に流出する電流を増幅した増幅電流が、スイッチング素子５２ａのゲートから、第２の補助コンデンサ８０３及び直流電源８０４に流れるように接続する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁ゲート型バイポーラトランジスタであるスイッチング素子を駆動するスイッチング素子駆動回路であって、
一次コイルとでパルストランスを構成する二次コイルと、
前記二次コイルの一端に接続された第１の補助コンデンサと、
前記二次コイルの他端に接続された第２の補助コンデンサと、
前記二次コイルの前記一端に接続された正極、及び前記二次コイルの前記他端に接続された負極を有し、前記二次コイルの最大電圧よりも低い直流電圧を、前記正極及び負極間に供給する直流電源と、
ベースが前記二次コイルの前記一端に接続され、当該ベースに流入する電流を増幅した増幅電流が、前記第１の補助コンデンサ及び前記直流電源の正極から前記スイッチング素子のゲートに流れるように接続された第１のバイポーラトランジスタと、
ベースが前記二次コイルの前記一端に接続され、当該ベースから流出する電流を増幅した増幅電流が、前記スイッチング素子のゲートから、前記第２の補助コンデンサ及び前記直流電源の負極に流れるように接続された第２のバイポーラトランジスタと、
前記第１の補助コンデンサから前記二次コイルに電流が流れるのを規制する規制部とを備えたことを特徴とするスイッチング素子駆動回路。

【請求項2】

請求項１に記載のスイッチング素子駆動回路を２つ備え、
前記２つのスイッチング素子駆動回路は、共通のレグに属する互いに異なるスイッチング素子を駆動し、
前記２つのスイッチングの素子駆動回路の二次コイルは、共通の一次コイルとでパルストランスを構成することを特徴とするレグ駆動回路。

【請求項3】

請求項２に記載の２つのレグ駆動回路と、
２つのレグとを備え、
前記２つのレグ駆動回路は、前記２つのレグのうち互いに異なるレグを駆動することを特徴とする電力変換装置。

【請求項4】

請求項３に記載の電力変換装置を備えた熱加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）を駆動するスイッチング素子駆動回路、レグ駆動回路、電力変換装置及び熱加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１，２には、ＩＧＢＴであるスイッチング素子を駆動するスイッチング素子駆動回路が開示されている。

【0003】

特許文献１に開示されたスイッチング素子駆動回路は、一次コイルとでパルストランスを構成する二次コイルを備え、この二次コイルの一端が、スイッチング素子のゲートに接続されている一方、この二次コイルの他端が、スイッチング素子のエミッタに接続されている。

【0004】

特許文献２に開示されたスイッチング素子駆動回路は、絶縁回路からベースに流入する電流を増幅した増幅電流を、直流電源の正極からスイッチング素子のゲートに流す第１のバイポーラトランジスタと、ベースから絶縁回路に流出する電流を増幅した増幅電流を、前記スイッチング素子のゲートから直流電源の負極に流す第２のバイポーラトランジスタとを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１１－０５５１０１号公報

【特許文献2】特開２０１２－２１３２９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、特許文献１では、二次コイルとスイッチング素子のゲートが直接接続されているので、スイッチング素子が、ゲートチャージ電荷量の大きい大電力用のＩＧＢＴである場合、二次コイルに流すピーク電流を大きくする必要がある。二次コイルに流すピーク電流を大きくすると、二次コイルの電圧、すなわちスイッチング素子のゲートに印可される駆動電圧が、パルストランスの漏れインダクタンスによって大きく歪み、スイッチング素子のスイッチング損失の増大や、意図せぬ短絡を招く虞がある。

【0007】

また、特許文献２では、直流電源からスイッチング素子のゲートに増幅電流を流すので、スイッチング素子のゲートチャージ電荷量が大きい場合に、出力容量の大きい直流電源が必要となり、コストが増大する。

【0008】

本開示は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コストを抑えつつ、スイッチング素子の駆動電圧の歪みを抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の目的を達成するため、本開示は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタであるスイッチング素子を駆動するスイッチング素子駆動回路であって、一次コイルとでパルストランスを構成する二次コイルと、前記二次コイルの一端に接続された第１の補助コンデンサと、前記二次コイルの他端に接続された第２の補助コンデンサと、前記二次コイルの前記一端に接続された正極、及び前記二次コイルの前記他端に接続された負極を有し、前記二次コイルの最大電圧よりも低い直流電圧を、前記正極及び負極間に供給する直流電源と、ベースが前記二次コイルの前記一端に接続され、当該ベースに流入する電流を増幅した増幅電流が、前記第１の補助コンデンサ及び前記直流電源の正極から前記スイッチング素子のゲートに流れるように接続された第１のバイポーラトランジスタと、ベースが前記二次コイルの前記一端に接続され、当該ベースから流出する電流を増幅した増幅電流が、前記スイッチング素子のゲートから、前記第２の補助コンデンサ及び前記直流電源の負極に流れるように接続された第２のバイポーラトランジスタと、前記第１の補助コンデンサから前記二次コイルに電流が流れるのを規制する規制部とを備えたことを特徴とする。

【0010】

これにより、スイッチング素子の駆動電圧の立ち上がり時に、二次コイルを流れる電流を増幅した増幅電流を、スイッチング素子のゲートに流入させることができる。また、スイッチング素子の駆動電圧の立ち下がり時に、二次コイルを流れる電流を増幅した増幅電流を、スイッチング素子のゲートから流出させることができる。したがって、引用文献１のように、二次コイルからスイッチング素子のゲートに直接電流を流す場合に比べ、二次コイルに流すピーク電流を小さくし、パルストランスの漏れインダクタンスに起因するスイッチング素子の駆動電圧の歪みを抑制できる。

【0011】

さらに、スイッチング素子の駆動電圧の立ち上がり時に、スイッチング素子のゲートに流入する増幅電流を、直流電源及び第１の補助コンデンサの両方から供給できるので、直流電源だけから供給する場合に比べ、直流電源の出力容量を小さくできる。また、スイッチング素子の駆動電圧の立ち下がり時に、スイッチング素子のゲートから流出する増幅電流を、直流電源及び第２の補助コンデンサの両方に流せるので、直流電源だけに流す場合に比べ、直流電源の出力容量を小さくできる。したがって、コストを削減できる。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、コストを抑えつつ、スイッチング素子の駆動電圧の歪みを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本開示の実施形態に係る熱加工装置としてのレーザ加工装置の構成を示す概略図である。

【図2】図２は、レーザ発振器の回路図である。

【図3】図３は、第１のレグ駆動回路の回路図である。

【図4】図４は、駆動信号源により出力される駆動信号の電圧を示すグラフある。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本開示の実施形態について図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

【0015】

図１は、熱加工装置としてのレーザ加工装置１００の構成を示す。このレーザ加工装置１００は、ワークＷの切断や溶接加工等を行うのに使用される。レーザ加工装置１００は、レーザ加工ヘッド１０と、マニピュレータ２０と、コントローラ３０と、レーザ発振器４０と、光ファイバ９０とを備えている。

【0016】

レーザ加工ヘッド１０は、光ファイバ９０からのレーザ光ＬＢをワークＷに照射する。マニピュレータ２０は、先端にレーザ加工ヘッド１０が取り付けられ、レーザ加工ヘッド１０を移動させる。コントローラ３０は、レーザ加工ヘッド１０の動作とマニピュレータ２０の動作と、レーザ発振器４０のレーザ発振を制御する。レーザ発振器４０は、発振によりレーザ光ＬＢを光ファイバ９０に出射する。光ファイバ９０は、レーザ発振器４０により出射されたレーザ光ＬＢを通過させてレーザ加工ヘッド１０に導く。レーザ加工ヘッド１０は、光ファイバ９０を通過したレーザ光ＬＢを出射する。このような構成により、レーザ加工装置１００は、レーザ発振器４０から出射されたレーザ光ＬＢを、レーザ加工ヘッド１０及びマニピュレータ２０を動作させてワークＷに所望の軌跡で照射させる。

【0017】

レーザ発振器４０は、図２に示すように、複数のレーザダイオード（ＬＤ）４１と、電流源５０とを備えている。

【0018】

複数のレーザダイオード４１は、第１及び第２のノードＮ１，Ｎ２間に互いに直列に接続され、発光回路４２を構成している。複数のレーザダイオード４１は、そのカソード側を第２のノード側Ｎ２に向けている。発光回路４２により出射されたレーザ光ＬＢは、光ファイバ９０を通過し、レーザ加工ヘッド１０によりワークＷに照射される。

【0019】

電流源５０は、交流電源２００により供給される交流を用いて、発光回路４２に電流を供給する。具体的には、電流源５０は、第１整流回路５１と、電力変換装置としてのインバータ装置５２と、ＤＣ（Direct Current)）リンクコンデンサ５３と、絶縁トランス５４と、第２整流回路５５と、リアクトル５６とを有している。

【0020】

第１整流回路５１は、交流電源２００から出力される電源電圧を直流電圧に変換して１対の出力ノードＯＮ１，ＯＮ２から出力する。第１整流回路５１は、例えばダイオードブリッジで構成される。

【0021】

インバータ装置５２は、第１整流回路５１の出力ノードＯＮ１，ＯＮ２の電圧に応じて第１交流電圧を生成する。具体的には、インバータ装置５２は、第１及び第２のレグ５２１，５２２と、第１及び第２のレグ駆動回路７０ａ，７０ｂとを有している。

【0022】

第１のレグ５２１は、第１整流回路５１の出力ノードＯＮ１，ＯＮ２間に互いに直列に接続された第１の上アームスイッチング素子５２ａ、及び第１の下アームスイッチング素子５２ｂを有している。

【0023】

第２のレグ５２２は、第１整流回路５１の出力ノードＯＮ１，ＯＮ２間に互いに直列に接続された第２の上アームスイッチング素子５２ｃ、及び第２の下アームスイッチング素子５２ｄを有している。

【0024】

各スイッチング素子５２ａ～５２ｄは、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）である。各スイッチング素子５２ａ～５２ｄには、還流ダイオード５２ｅが並列に接続されている。

【0025】

第１のレグ駆動回路７０ａは、第１のレグ５２１を駆動する。第１のレグ駆動回路７０ａは、図３に示すように、駆動信号源７１と、第１の一次コイル７２と、本開示の実施形態に係る第１及び第２のスイッチング素子駆動回路８０ａ，８０ｂを有している。

【0026】

駆動信号源７１は、第１の一次コイル７２の両端に、図４に示す波形の駆動電圧を印加する。駆動電圧の振幅をＡｍとしたとき、駆動電圧は、＋Ａｍと－Ａｍとに所定タイミング毎に切り替わる。切り替え時は、駆動電圧が０の値となるデッドタイムが設けられる。

【0027】

第１のスイッチング素子駆動回路８０ａは、第１の上アームスイッチング素子５２ａを駆動する。具体的には、第１のスイッチング素子駆動回路８０ａは、第１の二次コイル８０１と、第１の補助コンデンサ８０２と、第２の補助コンデンサ８０３と、直流電源８０４と、正極側ダイオード８０５と、負極側ダイオード８０６と、第１及び第２のバイポーラトランジスタ８０７，８０８と、規制部としての放電抑制ダイオード８０９と、第１～第３の抵抗８１０～８１２とを有している。

【0028】

第１の二次コイル８０１は、第１の一次コイル７２とでパルストランスを構成する。第１の二次コイル８０１の電圧Ｖｏの絶対値（振幅）（Ａｍ（図４参照））は、直流電源８０４の正極８０４ａ及び負極８０４ｂ間の電圧よりも高く設定される。第１の二次コイル８０１の電圧Ｖｏの絶対値は、１８Ｖ以上に設定される。

【0029】

第１の補助コンデンサ８０２の一端は、第１の二次コイル８０１の一端に放電抑制ダイオード８０９及び第１の抵抗８１０を介して接続されている。

【0030】

第２の補助コンデンサ８０３の一端は、第１の補助コンデンサ８０２の他端に接続されているとともに、第１の基準電位点ＧＮＤ１及び第１の上アームスイッチング素子５２ａのエミッタに接続されている。第２の補助コンデンサ８０３の他端は、第１の二次コイル８０１の他端に接続されている。

【0031】

第１及び第２の補助コンデンサ８０２，８０３の各容量は、各スイッチング素子５２ａ～５２ｄのゲート入力容量（ゲートソース間容量とゲートドレイン間容量の和）の１０倍以上に設定することが好ましい。

【0032】

また、第１及び第２の補助コンデンサ８０２，８０３には、電圧の制限のため、図示しないツェナーダイオードをそれぞれ並列に接続してもよい。

【0033】

直流電源８０４は、正極８０４ａ及び負極８０４ｂを有し、第１の二次コイル８０１の最大電圧よりも低い直流電圧を、前記正極８０４ａ及び負極８０４ｂ間に供給する。直流電源８０４の正極８０４ａは、第１の二次コイル８０１の前記一端、及び第１の補助コンデンサ８０２の前記一端に接続されている。直流電源８０４の負極８０４ｂは、第１の二次コイル８０１の前記他端、及び第２の補助コンデンサ８０３の前記他端に接続されている。直流電源８０４は、第１の基準電位点ＧＮＤ１に接続されている。直流電源８０４の正極８０４ａの出力電圧ＶＤＤ１は１５Ｖ、直流電源８０４の負極８０４ｂの出力電圧ＶＳＳ１は－３Ｖに設定されている。

【0034】

正極側ダイオード８０５は、第１の二次コイル８０１及び第１の補助コンデンサ８０２から直流電源８０４の正極８０４ａに電流が流入するのを規制するように、直流電源８０４の正極８０４ａに接続されている。正極側ダイオード８０５は、直流電源８０４の正極８０４ａにそのアノードを向けている。

【0035】

負極側ダイオード８０６は、第１の二次コイル８０１及び第２の補助コンデンサ８０３から直流電源８０４の基準電圧端子（ＧＮＤ１に接続された端子）に電流が流入するのを規制するように、直流電源８０４の負極８０４ｂに接続されている。負極側ダイオード８０６は、直流電源８０４の負極８０４ｂにそのカソードを向けている。

【0036】

第１のバイポーラトランジスタ８０７は、ＮＰＮトランジスタである。第１のバイポーラトランジスタ８０７のベースは、第１の二次コイル８０１の前記一端に接続されている。第１のバイポーラトランジスタ８０７のコレクタは、第１の二次コイル８０１の一端に放電抑制ダイオード８０９及び第１の抵抗８１０を介して接続されるとともに、第１の補助コンデンサ８０２の前記一端に接続されている。第１のバイポーラトランジスタ８０７のエミッタは、第１の上アームスイッチング素子５２ａのゲートに第３の抵抗８１２を介して接続されている。つまり、第１のバイポーラトランジスタ８０７は、そのベースに流入する電流を増幅した増幅電流が、第１の補助コンデンサ８０２及び直流電源８０４の正極８０４ａから第１の上アームスイッチング素子５２ａのゲートに流れるように接続されている。

【0037】

第２のバイポーラトランジスタ８０８は、ＰＮＰトランジスタである。第２のバイポーラトランジスタ８０８のベースは、第１の二次コイル８０１の前記一端に接続されている。第２のバイポーラトランジスタ８０８のコレクタは、第１の二次コイル８０１の前記他端に接続されるとともに、第２の補助コンデンサ８０３の前記他端に接続されている。第２のバイポーラトランジスタ８０８のエミッタは、第１の上アームスイッチング素子５２ａのゲートに第３の抵抗８１２を介して接続されている。つまり、第２のバイポーラトランジスタ８０８は、そのベースから流出する電流を増幅した増幅電流が、第１の上アームスイッチング素子５２ａのゲートから、第２の補助コンデンサ８０３及び直流電源８０４の負極８０４ｂに流れるように接続されている。

【0038】

放電抑制ダイオード８０９は、第１の二次コイル８０１の前記一端と、第１の補助コンデンサ８０２の前記一端及び正極側ダイオード８０５のカソードとの間に、そのアノードを第１の二次コイル８０１側に向けた状態で接続されている。したがって、放電抑制ダイオード８０９は、第１の補助コンデンサ８０２及び直流電源８０４から第１の二次コイル８０１に電流が流れるのを規制する。

【0039】

第２のスイッチング素子駆動回路８０ｂは、第１の下アームスイッチング素子５２ｂを駆動する。第２のスイッチング素子駆動回路８０ｂでは、第２の補助コンデンサ８０３の一端が、第１の基準電位点ＧＮＤ１に代えて、第１の基準電位点ＧＮＤ１とは異なる第２の基準電位点ＧＮＤ２に接続されている。また、直流電源８０４が、第１の基準電位点ＧＮＤ１に代えて、第２の基準電位点ＧＮＤ２に接続されている。直流電源８０４の正極８０４ａの出力電圧ＶＤＤ２は１５Ｖ、直流電源８０４の負極８０４ｂの出力電圧ＶＳＳ２は－３Ｖに設定されている。その他の点において、第２のスイッチング素子駆動回路８０ｂは、第１のスイッチング素子駆動回路８０ａと同じ構成を有している。第１及び第２のスイッチング素子駆動回路８０ａ，８０ｂは、共通のレグ５２１に属する互いに異なるスイッチング素子５２ａ，５２ｂを駆動する。第１及び第２のスイッチング素子駆動回路８０ａ，８０ｂの第１の二次コイル８０１は、共通の第１の一次コイル７２とでパルストランスを構成している。第１及び第２のスイッチング素子駆動回路８０ａ，８０ｂの第１の二次コイル８０１は、第１の上アームスイッチング素子５２ａ及び第１の下アームスイッチング素子５２ｂのオンオフが、互いに逆になるように接続されている。

【0040】

第２のレグ駆動回路７０ｂは、第２のレグ５２２を駆動する。第２のレグ駆動回路７０ｂは、図３に示す第１のレグ駆動回路７０ａと同様の構成を有している。第１及び第２のレグ駆動回路７０ａ，７０ｂは、第１及び第２のレグ５２１，５２２のうち互いに異なるレグを駆動する。

【0041】

ＤＣリンクコンデンサ５３は、第１整流回路５１とインバータ装置５２の第１及び第２のレグ５２１，５２２との間に、これら第１整流回路５１と第１及び第２のレグ５２１，５２２と並列に接続されている。ＤＣリンクコンデンサ５３は、第１整流回路５１の１対の出力ノードＯＮ１，ＯＮ２間に接続されている。

【0042】

絶縁トランス５４は、インバータ装置５２により出力される第１交流電圧を第２交流電圧に変換する。絶縁トランス５４は、第２の一次コイル５４ａと、第２の二次コイル５４ｂとを有している。第２の一次コイル５４ａの電圧が、第１交流電圧となり、第２の二次コイル５４ｂの電圧が、第２交流電圧となる。第２の一次コイル５４ａは、第１の上アームスイッチング素子５２ａ、及び第１の下アームスイッチング素子５２ｂの接続点と、第２の上アームスイッチング素子５２ｃ、及び第２の下アームスイッチング素子５２ｄの接続点との間に接続されている。

【0043】

第２整流回路５５は、第１交流電圧に基づく第２交流電圧に基づいて、直流の供給電流を生成する。具体的には、第２整流回路５５は、第１及び第２のダイオード５５ａ，５５ｂを有している。第１のダイオード５５ａのアノードは、第２の二次コイル５４ｂの一端部に接続され、第２のダイオード５５ｂのアノードは、第２の二次コイル５４ｂの他端部に接続されている。第１及び第２のダイオード５５ａ，５５ｂのカソードは、第１のノードＮ１に接続されている。

【0044】

リアクトル５６は、第２の二次コイル５４ｂの中途部と第２のノードＮ２との間に接続されている。

【0045】

上述のように構成された第１のスイッチング素子駆動回路８０ａでは、第１の二次コイル８０１の電圧Ｖｏがローレベルからハイレベルに立ち上がると、第１の二次コイル８０１から第１の抵抗８１０及び放電抑制ダイオード８０９を介して第１の補助コンデンサ８０２に電流が流れ込み、第１の補助コンデンサ８０２が充電される。また、第１の二次コイル８０１から電流が第２の抵抗８１１を介して第１のバイポーラトランジスタ８０７のベースに流入し、第１のバイポーラトランジスタ８０７のエミッタに流れる。これにより、第１のバイポーラトランジスタ８０７のベースに流入する電流を増幅した増幅電流が、第１の補助コンデンサ８０２及び直流電源８０４の正極８０４ａから第１のバイポーラトランジスタ８０７のエミッタに流れる。そして、第１の二次コイル８０１からの電流と、第１の補助コンデンサ８０２及び直流電源８０４の正極８０４ａからの増幅電流とが、第１のバイポーラトランジスタ８０７のエミッタから第３の抵抗８１２を介して第１の上アームスイッチング素子５２ａのゲートに流れる。これにより、第１の上アームスイッチング素子５２ａの寄生容量が充電される。第１の上アームスイッチング素子５２ａのゲートの電圧が閾値を超えると、第１の上アームスイッチング素子５２ａがオンする。

【0046】

その後、第１の二次コイル８０１の電圧Ｖｏがハイレベルからローレベルに立ち下がると、第１の上アームスイッチング素子５２ａのゲートから第３の抵抗８１２、第２のバイポーラトランジスタ８０８のエミッタ及びベース、及び第２の抵抗８１１を介して第１の二次コイル８０１に電流が流れる。これにより、第２のバイポーラトランジスタ８０８のベースから流出する電流を増幅した増幅電流が、第１の上アームスイッチング素子５２ａのゲートから第２のバイポーラトランジスタ８０８のエミッタ及びコレクタを介して第２の補助コンデンサ８０３及び直流電源８０４の負極８０４ｂに流れる。これにより、第１の上アームスイッチング素子５２ａの寄生容量に蓄えられた電荷が放電される。第１の上アームスイッチング素子５２ａのゲートの電圧が閾値以下になると、第１の上アームスイッチング素子５２ａがオフする。一方、第１の補助コンデンサ８０２から第１の二次コイル８０１への放電は、放電抑制ダイオード８０９により抑制される。

【0047】

第１の下アームスイッチング素子５２ｂの駆動電圧の立ち上がり時、及び立ち下がり時には、第２のスイッチング素子駆動回路８０ｂが同様に動作する。

【0048】

このように、第１の上アームスイッチング素子５２ａの駆動電圧（ゲート電圧）の立ち上がり時には、第１の二次コイル８０１を流れる電流を増幅した増幅電流を、第１の上アームスイッチング素子５２ａのゲートに流入させることができる。また、第１の上アームスイッチング素子５２ａの駆動電圧の立ち下がり時には、第１の二次コイル８０１を流れる電流を増幅した増幅電流を、第１の上アームスイッチング素子５２ａのゲートから流出させることができる。したがって、引用文献１のように、二次コイルからスイッチング素子のゲートに直接電流を流すようにした場合に比べ、第１の二次コイル８０１に流すピーク電流を小さくし、パルストランスの漏れインダクタンスに起因する第１の上アームスイッチング素子５２ａの駆動電圧の歪みを抑制できる。

【0049】

さらに、第１の上アームスイッチング素子５２ａの駆動電圧の立ち上がり時に、第１の上アームスイッチング素子５２ａのゲートに流入する増幅電流を、直流電源８０４及び第１の補助コンデンサ８０２の両方から供給できるので、直流電源８０４だけから供給する場合に比べ、直流電源８０４の出力容量を小さくできる。また、第１の上アームスイッチング素子５２ａの駆動電圧の立ち下がり時に、第１の上アームスイッチング素子５２ａのゲートから流出する増幅電流を、直流電源８０４及び第２の補助コンデンサ８０３の両方に流せるので、直流電源８０４だけに流す場合に比べ、直流電源８０４の出力容量を小さくできる。したがって、コストを削減できる。

【0050】

なお、上記実施形態では、本発明をレーザ加工装置１００に適用したが、アーク溶接機等、レーザ加工装置１００以外の熱加工装置に適用してもよい。また、太陽電池パネルにより得られた電力を変換するパワーコンディショナ等、熱加工装置以外で用いられる電力変換装置にも適用できる。

【産業上の利用可能性】

【0051】

本開示のスイッチング素子駆動回路、レグ駆動回路、電力変換装置及び熱加工装置は、コストを抑えつつ、スイッチング素子の駆動電圧の歪みを抑制でき、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを駆動するスイッチング素子駆動回路、レグ駆動回路、電力変換装置及び熱加工装置として有用である。

【符号の説明】

【0052】

１００ レーザ加工装置（熱加工装置）
５２ インバータ装置（電力変換装置）
５２１ 第１のレグ
５２２ 第２のレグ
５２ａ 第１の上アームスイッチング素子
５２ｂ 第１の下アームスイッチング素子
５２ｃ 第２の上アームスイッチング素子
５２ｄ 第２の下アームスイッチング素子
７０ａ 第１のレグ駆動回路
７０ｂ 第２のレグ駆動回路
７２ 第１の一次コイル
８０ａ 第１のスイッチング素子駆動回路
８０ｂ 第２のスイッチング素子駆動回路
８０１ 第１の二次コイル
８０２ 第１の補助コンデンサ
８０３ 第２の補助コンデンサ
８０４ 直流電源
８０４ａ 正極
８０４ｂ 負極
８０７ 第１のバイポーラトランジスタ
８０８ 第２のバイポーラトランジスタ
８０９ 放電抑制ダイオード（規制部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】