特許 7488226 ゲート駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-13

(45)【発行日】2024-05-21

(54)【発明の名称】ゲート駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 1/08 20060101AFI20240514BHJP

【ＦＩ】

H02M1/08 A

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2021117905

(22)【出願日】2021-07-16

(65)【公開番号】P2023013594

(43)【公開日】2023-01-26

【審査請求日】2023-08-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110000567

【氏名又は名称】弁理士法人サトー

(72)【発明者】

【氏名】秋山 博則

【審査官】柳下 勝幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１７７８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２２９１５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１１３８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０６１５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０７８３０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ １／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハーフブリッジ回路（４）の上下アームを構成する２つの半導体スイッチング素子（５Ａ、５Ｂ）のうち一方である駆動対象素子のゲートを駆動するゲート駆動回路（１１、５１、６１、１２１、１３１）と、
前記駆動対象素子に関連する物理量を取得し、その物理量に基づいて前記駆動対象素子の主端子の電圧である素子電圧を検出する検出回路（１２、７２、１１２）と、
前記検出回路による検出値および前記素子電圧が変化する変化期間における前記素子電圧の変化率の目標値である目標変化率に基づいて前記変化期間における前記素子電圧の変化率を前記目標変化率に制御するための前記駆動対象素子のゲート駆動速度である第１駆動速度を演算する変化率制御回路（１３、７３、１０２）と、
前記駆動対象素子のゲートを駆動する際に各回路において生じる遅延時間を予め取得し、前記目標変化率および前記遅延時間に基づいて前記駆動対象素子のターンオフ中に前記素子電圧が所望する切替電圧よりも所定値だけ低い切替閾値電圧に到達する切替タイミングを求め、その切替タイミングを表すタイミング信号を生成するタイミング生成回路（１４、７６、９２）と、
前記駆動対象素子のターンオフ中、前記タイミング信号が表す前記切替タイミングにて前記駆動対象素子のゲート駆動速度を前記第１駆動速度から前記第１駆動速度とは異なる第２駆動速度へと変更する速度変更回路（１５）と、
を備えるゲート駆動装置。

【請求項2】

ハーフブリッジ回路（４）の上下アームを構成する２つの半導体スイッチング素子（５Ａ、５Ｂ）のうち一方である駆動対象素子のゲートを駆動するゲート駆動回路（４２、５１、６１、１２１、１３１）と、
２つの前記半導体スイッチング素子のうち他方である非駆動対象素子に関連する物理量を取得し、その物理量に基づいて前記非駆動対象素子の主端子の電圧である素子電圧を検出する検出回路（４３）と、
前記検出回路による検出値および前記素子電圧が変化する変化期間における前記素子電圧の変化率の目標値である目標変化率に基づいて前記変化期間における前記素子電圧の変化率を前記目標変化率に制御するための前記駆動対象素子のゲート駆動速度である第１駆動速度を演算する変化率制御回路（１３）と、
前記駆動対象素子のゲートを駆動する際に各回路において生じる遅延時間を予め取得し、前記目標変化率および前記遅延時間に基づいて前記駆動対象素子のターンオン中に前記素子電圧が所望する切替電圧よりも所定値だけ低い切替閾値電圧に到達する切替タイミングを求め、その切替タイミングを表すタイミング信号を生成するタイミング生成回路（４４）と、
前記駆動対象素子のターンオン中、前記タイミング信号が表す前記切替タイミングにて前記駆動対象素子のゲート駆動速度を前記第１駆動速度から前記第１駆動速度とは異なる第２駆動速度へと変更する速度変更回路（４５）と、
を備えるゲート駆動装置。

【請求項3】

前記タイミング生成回路は、
前記切替電圧をＶｔ＊とし、前記遅延時間をｔｄとし、前記目標変化率をｄＶ／ｄｔ＊とし、前記切替閾値電圧をＶｔとすると、次式
Ｖｔ＝Ｖｔ＊－ｄＶ／ｄｔ＊×ｔｄ
を満たす前記切替閾値電圧に到達するタイミングを前記切替タイミングとして求めるようになっている請求項１または２に記載のゲート駆動装置。

【請求項4】

さらに、前記ハーフブリッジ回路に供給される電源電圧の値を取得する電圧取得回路（７４）を備え、
前記タイミング生成回路（７６）は、互いに異なる値の前記電源電圧毎の前記遅延時間を予め取得し、前記電圧取得回路により取得された前記電源電圧の値に応じた前記遅延時間に基づいて前記切替タイミングを求めるようになっている請求項１から３のいずれか一項に記載のゲート駆動装置。

【請求項5】

さらに、前記半導体スイッチング素子の温度および前記ゲート駆動装置の温度の一方または双方の値を取得する温度取得回路（７５）を備え、
前記タイミング生成回路（７６）は、互いに異なる値の前記温度毎の前記遅延時間を予め取得し、前記温度取得回路により取得された前記温度の値に応じた前記遅延時間に基づいて前記切替タイミングを求めるようになっている請求項１から４のいずれか一項に記載のゲート駆動装置。

【請求項6】

前記タイミング生成回路（９２）は、前記第１駆動速度、前記第２駆動速度および前記検出回路による検出値に基づいて前記切替タイミングを調整するようになっている請求項１から５のいずれか一項に記載のゲート駆動装置。

【請求項7】

前記検出回路（７２）は、
前記駆動対象素子の主端子の電圧を容量（Ｃ１、Ｃ２）で分圧する分圧回路（８２）を備え、
前記分圧回路の出力電圧に基づいて前記素子電圧を検出する構成となっている請求項１から６のいずれか一項に記載のゲート駆動装置。

【請求項8】

前記ゲート駆動回路（５１）は、複数のトランジスタ（５２、５５）が並列接続された構成の出力段を備え、
前記速度変更回路（１５、４５）は、オンにする前記トランジスタの数を調整することにより前記ゲート駆動速度の変更を行うようになっている請求項１から７のいずれか一項に記載のゲート駆動装置。

【請求項9】

前記ゲート駆動回路（６１）は、
前記駆動対象素子のゲートに流れる電流であるゲート電流を検出する電流検出部（６８、６９）と、
前記電流検出部による検出値が前記ゲート電流の指令値に等しくなるように駆動状態が制御される出力段のトランジスタ（６２、６５）と、
を備え、
前記速度変更回路（１５、４５）は、前記ゲート電流の指令値を調整することにより前記ゲート駆動速度の変更を行うようになっている請求項１から７のいずれか一項に記載のゲート駆動装置。

【請求項10】

前記変化率制御回路（７３）は、前記検出回路（７２）による検出値から得られる前記素子電圧の変化率と前記目標変化率との差分をゼロにするような前記第１駆動速度を演算するようになっている請求項１から９のいずれか一項に記載のゲート駆動装置。

【請求項11】

前記変化率制御回路（１０２、１１３）は、前記目標変化率と、予め取得された前記素子電圧の変化率および前記ゲート駆動速度の関係を表す関係情報と、に基づいて、前記第１駆動速度を演算するようになっている請求項１から９のいずれか一項に記載のゲート駆動装置。

【請求項12】

前記関係情報は、前記駆動対象素子の温度毎、前記ゲート駆動装置の温度毎、前記ハーフブリッジ回路に供給される電源電圧毎および前記駆動対象素子の主端子間に流れる電流である素子電流毎のうち少なくとも１つ毎に設けられており、
前記変化率制御回路（１１３）は、前記温度、前記電源電圧および前記素子電流のうち少なくとも１つの値を取得し、その取得した値に応じて前記第１駆動速度を演算するために用いる前記関係情報を選択するようになっている請求項１１に記載のゲート駆動装置。

【請求項13】

さらに、前記検出回路による検出値および前記変化期間における前記素子電圧のピーク値の目標値である目標ピーク値に基づいて前記変化期間における前記素子電圧のピーク値を前記目標ピーク値に制御するための前記駆動対象素子のゲート駆動速度である前記第２駆動速度を演算するピーク値制御回路（７７）を備える請求項１から１２のいずれか一項に記載のゲート駆動装置。

【請求項14】

前記変化率制御回路は、前記変化率および前記目標変化率の差分が予め定められた誤差許容値未満に安定したことを検知すると変更許可信号を出力するようになっており、
前記速度変更回路は、前記変化率制御回路から前記変更許可信号が出力されている期間にだけ前記ゲート駆動速度の変更を行うようになっている請求項１から１３のいずれか一項に記載のゲート駆動装置。

【請求項15】

前記変化率制御回路（７３）は、
前記ゲート駆動装置の動作開始直後および前記変更許可信号を出力する出力状態から前記変更許可信号の出力を停止する停止状態へと切り替わった直後には、前記目標変化率を本来の値よりも低い値に設定し、
その後は前記変化期間における前記素子電圧のピーク値が予め定められた許容値以下であることを条件として前記目標変化率を本来の値に向けて高めてゆき、
前記目標変化率が本来の値になった状態で前記変化率および前記目標変化率の差分が前記誤差許容値未満に安定したことを検知すると前記変更許可信号を出力するようになっている請求項１４に記載のゲート駆動装置。

【請求項16】

前記速度変更回路は、
前記駆動対象素子のスイッチングが開始されるスイッチング開始時、前記駆動対象素子のゲート駆動速度を前記第１駆動速度および前記第２駆動速度よりも大である第３駆動速度に設定し、その後、予め設定された第１切替時間が経過すると前記駆動対象素子のゲート駆動速度を前記第１駆動速度に切り替えるようになっている請求項１から１５のいずれか一項に記載のゲート駆動装置。

【請求項17】

前記速度変更回路は、
前記駆動対象素子のゲート駆動速度を前記第１駆動速度から前記第２駆動速度へと変更した時点から予め設定された第２切替時間が経過すると前記駆動対象素子のゲート駆動速度を前記第２駆動速度よりも大である第４駆動速度に切り替えるようになっている請求項１から１６のいずれか一項に記載のゲート駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ハーフブリッジ回路の上下アームを構成する２つの半導体スイッチング素子のうち一方である駆動対象素子のゲートを駆動するゲート駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、駆動対象の半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴのターンオフ期間中、ＩＧＢＴのコレクタ電圧をモニタし、コレクタ電圧が予め決定された判定閾値を超えるまでの期間には比較的高い速度でスイッチングを行い、その後の期間には比較的低い速度でスイッチングを行うことにより、半導体スイッチング素子の主端子に印加されるサージ電圧を抑制しつつ半導体スイッチング素子のターンオフ時におけるスイッチング損失の増大を抑制するゲート駆動装置が開示されている。このように、従来、半導体スイッチング素子の保護と半導体スイッチング素子における損失の低減との両立を図るための技術が考えられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－１８４５１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示された従来のゲート駆動装置では、次のような問題が生じるおそれがある。なお、以下では、特許文献１に開示されたゲート駆動装置のことを従来技術と称する。すなわち、従来技術では、コレクタ電圧が判定閾値を超えたことを検出してから実際にスイッチング速度が変更される時点までの遅延時間の影響により、スイッチング速度の切り替えタイミングが所望するタイミングから外れたタイミングとなる可能性がある。スイッチング速度の切り替えタイミングが所望するタイミングから外れると、スイッチング損失が増加したり、サージ電圧が許容値を超えたり、するおそれがある。

【0005】

具体的には、従来技術では、スイッチング速度の切り替えタイミングが所望するタイミングよりも早まるほどスイッチング損失が増加するとともに、スイッチング速度の切り替えタイミングが所望するタイミングより遅れるほどサージ電圧が高くなる。このような切り替えタイミングのずれに起因する問題は、半導体スイッチング素子をより高い速度でスイッチングする場合に一層顕著なものとなる。したがって、従来技術では、特に半導体スイッチング素子のスイッチング速度が速いシステムに適用する場合、半導体スイッチング素子の保護と半導体スイッチング素子における損失の低減との両立を図ることが困難になってしまう。

【0006】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体スイッチング素子の保護と半導体スイッチング素子における損失の低減との両立を図ることができるゲート駆動装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

請求項１に記載のゲート駆動装置は、ゲート駆動回路（１１、５１、６１、１２１、１３１）、検出回路（１２、７２、１１２）、変化率制御回路（１３、７３、１０２）、タイミング生成回路（１４、７６、９２）および速度変更回路（１５）を備えている。ゲート駆動回路は、ハーフブリッジ回路（４）の上下アームを構成する２つの半導体スイッチング素子（５Ａ、５Ｂ）のうち一方である駆動対象素子のゲートを駆動する。検出回路は、駆動対象素子に関連する物理量を取得し、その物理量に基づいて駆動対象素子の主端子の電圧である素子電圧を検出する。変化率制御回路は、検出回路による検出値および素子電圧が変化する変化期間における素子電圧の変化率の目標値である目標変化率に基づいて変化期間における素子電圧の変化率を目標変化率に制御するための駆動対象素子のゲート駆動速度である第１駆動速度を演算する。

【0008】

タイミング生成回路は、駆動対象素子のゲートを駆動する際に各回路において生じる遅延時間を予め取得し、目標変化率および遅延時間に基づいて駆動対象素子のターンオフ中に素子電圧が所望する切替電圧よりも所定値だけ低い切替閾値電圧に到達する切替タイミングを求め、その切替タイミングを表すタイミング信号を生成する。速度変更回路は、駆動対象素子のターンオフ中、タイミング信号が表す切替タイミングにて駆動対象素子のゲート駆動速度を第１駆動速度から第１駆動速度とは異なる第２駆動速度へと変更する。

【0009】

このような構成によれば、駆動対象素子のターンオフ中に駆動対象素子のゲート駆動速度が第１駆動速度から第２駆動速度へ変更されることにより、素子電圧の変化率を所望する値に制御しつつサージ電圧を抑制することが可能となる。上記構成では、駆動対象素子のターンオフ中、ゲート駆動速度が第１駆動速度とされているときには素子電圧の変化率が目標変化率に制御される。そのため、タイミング生成回路は、目標変化率および遅延時間に基づいて、素子電圧が切替閾値電圧に到達する切替タイミングを精度良く予測して求めることが可能となる。

【0010】

そのため、上記構成によれば、素子電圧が所望する切替電圧に到達するタイミングまたはそれに近いタイミングで実際のゲート駆動速度が第１駆動速度から第２駆動速度へと変更される。このように、上記構成によれば、所望するタイミングで実際のゲート駆動速度が切り替えられることになるため、素子電圧の変化率を所望する値に制御しつつサージ電圧を抑制すること、つまり半導体スイッチング素子の保護と半導体スイッチング素子における損失の低減との両立を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態に係るゲート駆動装置およびハーフブリッジ回路の概略構成を模式的に示す図

【図2】第１実施形態に係る半導体スイッチング素子のターンオフ時におけるゲート駆動装置の各部の動作波形を模式的に示すタイミングチャート

【図3】第１実施形態に係るゲート駆動装置が有する主な機能を模式的に示す図

【図4】第１実施形態に係るゲート駆動装置の具体的な構成の一例を示す図

【図5】第１実施形態に係るゲート駆動装置の動作の流れを模式的に示す図

【図6】第２実施形態に係るゲート駆動装置が有する主な機能を模式的に示す図

【図7】第２実施形態に係るゲート駆動装置の具体的な構成の一例を示す図

【図8】第２実施形態に係る半導体スイッチング素子のターンオン時の各部の波形を模式的に示すタイミングチャート

【図9】第１実施形態および第２実施形態に係るゲート駆動回路の具体的な第１構成例を示す図

【図10】第１実施形態および第２実施形態に係るゲート駆動回路の具体的な第２構成例を示す図

【図11】第３実施形態に係るゲート駆動装置が有する主な機能を模式的に示す図

【図12】第３実施形態に係るゲート駆動装置の具体的な構成の一例を示す図

【図13】第３実施形態に係るゲート駆動装置の動作の流れを模式的に示す図

【図14】第４実施形態に係るゲート駆動装置の具体的な構成の一例を示す図

【図15】第４実施形態に係るタイミング補正回路による調整動作の具体的な一例を示す図

【図16】第４実施形態に係るドレイン・ソース間電圧の狙いの波形および実際の波形の一例を模式的に示す図

【図17】第５実施形態に係る半導体スイッチング素子のターンオフ時におけるゲート駆動装置の各部の動作波形を模式的に示すタイミングチャート

【図18】第６実施形態に係る半導体スイッチング素子のターンオフ時におけるゲート駆動装置の各部の動作波形を模式的に示すタイミングチャート

【図19】第７実施形態に係るゲート駆動装置の具体的な構成の一例を示す図

【図20】第８実施形態に係るゲート駆動装置の具体的な構成の一例を示す図

【図21】ゲート駆動回路の第１変形例を示す図

【図22】ゲート駆動回路の第２変形例を示す図その１

【図23】ゲート駆動回路の第２変形例を示す図その２

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、複数の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図１～図５を参照して説明する。

【0013】

＜ゲート駆動装置の概略構成＞
図１に示すように、本実施形態のゲート駆動装置１Ａは、一対の直流電源線２、３の間に接続されたハーフブリッジ回路４の上アームを構成する半導体スイッチング素子５Ａを駆動する。また、本実施形態のゲート駆動装置１Ｂは、ハーフブリッジ回路４の下アームを構成する半導体スイッチング素子５Ｂを駆動する。この場合、ゲート駆動装置１Ａ、１Ｂは同様の構成であり、半導体スイッチング素子５Ａ、５Ｂは同様の構成である。そのため、本明細書では、ゲート駆動装置１Ａ、１Ｂおよび半導体スイッチング素子５Ａ、５Ｂのそれぞれについて区別する必要がない場合には、末尾のアルファベットを省略して総称することとする。

【0014】

ハーフブリッジ回路４は、図示しないモータを駆動するインバータに含まれるものである。ハーフブリッジ回路４には、例えば電池などの図示しない直流電源から直流電源線２、３を介して電源電圧Ｖａが供給されている。半導体スイッチング素子５は、パワー素子であり、この場合、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴと、そのＭＯＳＦＥＴのドレイン・ソース間にソース側をアノードとして接続された、つまりＭＯＳＦＥＴに対して逆並列に接続された還流用のダイオードと、を含む構成となっている。なお、この場合、ＭＯＳＦＥＴとは別の素子として還流用のダイオードが設けられているが、ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードを還流用のダイオードとして利用してもよい。

【0015】

半導体スイッチング素子５Ａのドレインは、高電位側の直流電源線２に接続されている。半導体スイッチング素子５Ａのソースは、半導体スイッチング素子５Ｂのドレインに接続されている。半導体スイッチング素子５Ｂのソースは、低電位側の直流電源線３に接続されている。半導体スイッチング素子５Ａおよび半導体スイッチング素子５Ｂの相互接続ノードであるノードＮ１は、上記した図示しないモータに接続されている。これにより、ハーフブリッジ回路４の出力電流である負荷電流ＩＬがモータに供給される。コントローラ６は、例えばマイクロコンピュータなどを含む構成であり、インバータを構成するハーフブリッジ回路４の動作を制御することによりモータの駆動を制御する。

【0016】

コントローラ６には、図示しない電流検出部から出力される負荷電流ＩＬの検出値を表す検出信号Ｓｃが与えられている。コントローラ６は、検出信号Ｓｃに基づいて負荷電流ＩＬが所望の目標電流に一致するように、ゲート駆動装置１Ａの動作を指令する指令信号Ｓａおよびゲート駆動装置１Ｂの動作を指令する指令信号Ｓｂを生成して出力する。ゲート駆動装置１Ａは、コントローラ６から与えられる指令信号Ｓａに基づいて半導体スイッチング素子５Ａの駆動をＰＷＭ制御する。なお、ＰＷＭは、Pulse Width Modulationの略称である。また、ゲート駆動装置１Ｂは、コントローラ６から与えられる指令信号Ｓｂに基づいて半導体スイッチング素子５Ｂの駆動をＰＷＭ制御する。

【0017】

この場合、半導体スイッチング素子５Ａおよび半導体スイッチング素子５Ｂは、相補的にオンオフされる。したがって、半導体スイッチング素子５Ａがオンされる期間には半導体スイッチング素子５Ｂはオフされており、また、半導体スイッチング素子５Ｂがオンされる期間には半導体スイッチング素子５Ａはオフされている。上記構成では、負荷電流ＩＬがノードＮ１からモータへと流れる期間、半導体スイッチング素子５Ａがドレインからソースに向けて順方向に電流を流すように駆動されるとともに、半導体スイッチング素子５Ｂがソースからドレインに向けて逆方向に電流を流すように駆動される。また、上記構成では、負荷電流ＩＬがモータからノードＮ１へと流れる期間、半導体スイッチング素子５Ｂがドレインからソースに向けて順方向に電流を流すように駆動されるとともに、半導体スイッチング素子５Ａがソースからドレインに向けて逆方向に電流を流すように駆動される。

【0018】

上記構成において、半導体スイッチング素子５のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓは、半導体スイッチング素子５の主端子の電圧であり、素子電圧に相当する。また、上記構成において、ドレイン電流Ｉｄは、半導体スイッチング素子５の主端子間に流れる電流であり、素子電流に相当する。なお、本明細書では、ドレイン電流Ｉｄ、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓおよび半導体スイッチング素子５のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓのことを、それぞれ単に電流Ｉｄ、電圧Ｖｄｓおよび電圧Ｖｇｓと称することがある。

【0019】

半導体スイッチング素子５のターンオフ時の各部の波形は、図２に示すような波形となる。なお、図２では、半導体スイッチング素子５Ｂに対応した各部の波形を例示しているが、半導体スイッチング素子５Ａについても同様の波形となる。半導体スイッチング素子５Ｂがオフのときのオフ電圧Ｖｄｓ＿ｏｆｆは、電源電圧Ｖａに概ね等しい電圧となる。この場合、ターンオフ時における電圧Ｖｄｓのピーク値Ｖｄｓ＿ｐであるピーク電圧とオフ電圧Ｖｄｓ＿ｏｆｆとの差電圧が、半導体スイッチング素子５Ｂに重畳するサージ電圧に相当する。この場合、電圧Ｖｄｓの変動の傾きは、素子電圧が変化する変化期間における素子電圧の変化率に相当する。なお、本明細書では、電圧Ｖｄｓの変動の傾きのことを変化率ｄＶ／ｄｔと称することがある。

【0020】

＜ゲート駆動装置が有する主な機能＞
続いて、ゲート駆動装置１が有する主な機能について図３を参照して説明する。図３などでは、ゲート駆動装置１が有する主な機能を機能ブロックの形で表している。各機能の具体的な実現方法については後述する。以下の説明では、２つの半導体スイッチング素子５のうち、自装置の駆動対象となるものを自アームの半導体スイッチング素子５と称するとともに、自装置とは別のゲート駆動装置１の駆動対象となるものを対向アームの半導体スイッチング素子５と称することとする。

【0021】

自アームの半導体スイッチング素子５は、特許請求の範囲における２つの半導体スイッチング素子のうち一方である駆動対象素子に対応し、対向アームの半導体スイッチング素子５は、特許請求の範囲における２つの半導体スイッチング素子のうち他方である非駆動対象素子に対応する。なお、単に、半導体スイッチング素子５と称する場合、自アームの半導体スイッチング素子５のことを表すものとする。

【0022】

ゲート駆動回路１１は、ハーフブリッジ回路４の上下アームを構成する２つの半導体スイッチング素子５Ａ、５Ｂのうち一方である駆動対象素子、つまり自アームの半導体スイッチング素子５のゲートを駆動する。検出回路１２は、自アームの半導体スイッチング素子５、つまり当該ゲート駆動装置１の駆動対象となる半導体スイッチング素子５に関連する物理量を取得し、その物理量に基づいて、自アームの半導体スイッチング素子５の電圧Ｖｄｓを検出する。上記物理量としては、例えば電圧Ｖｄｓ、電圧Ｖｇｓ、電流Ｉｄ、ジャンクション温度Ｔｊなどが挙げられる。なお、検出回路１２は、上記物理量として、電圧Ｖｇｓ、電流Ｉｄおよびジャンクション温度Ｔｊのうち少なくとも１つを取得する場合、その物理量に基づいて電圧Ｖｄｓを推定することになる。

【0023】

変化率制御回路１３は、電圧Ｖｄｓが変化する変化期間における変化率ｄＶ／ｄｔを、その変化率ｄＶ／ｄｔの目標値である目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊に制御する。なお、本明細書では、変化率ｄＶ／ｄｔを傾きｄＶ／ｄｔと称することがあるとともに、目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊のことを目標値ｄＶ／ｄｔ＊と称することがある。具体的には、変化率制御回路１３は、検出回路１２による検出値および目標値ｄＶ／ｄｔ＊に基づいて、変化期間における電圧Ｖｄｓの変化率ｄＶ／ｄｔを目標値ｄＶ／ｄｔ＊に制御するための第１駆動速度を演算する。第１駆動速度は、変化期間における変化率ｄＶ／ｄｔを目標値ｄＶ／ｄｔ＊に制御するための自アームの半導体スイッチング素子５のゲート駆動速度である。

【0024】

タイミング生成回路１４は、自アームの半導体スイッチング素子５のゲートを駆動する際に各回路において生じる遅延時間ｔｄを予め取得する。タイミング生成回路１４は、目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊および遅延時間ｔｄに基づいて切替タイミングを求め、その切替タイミングを表すタイミング信号を生成する。切替タイミングは、自アームの半導体スイッチング素子５のターンオフ中に電圧Ｖｄｓが所望する切替電圧Ｖｔ＊よりも所定値だけ低い切替閾値電圧Ｖｔに到達するタイミングである。

【0025】

切替電圧Ｖｔ＊は、自アームの半導体スイッチング素子５の主端子に印加されるサージ電圧の電圧値が、所定の許容値以下となるような電圧に設定されている。なお、上記許容値は、半導体スイッチング素子５の仕様に応じて定められるものであり、具体的には次のような値となる。すなわち、許容値は、半導体スイッチング素子５の耐圧より所定のマージン分だけ低い値であり、その値の電圧が主端子に印加されても半導体スイッチング素子５が故障する可能性はないものの、その値を上記マージン以上に超える電圧が主端子に印加されると半導体スイッチング素子５が故障する可能性があるような値に設定される。

【0026】

タイミング生成回路１４は、下記（１）式を満たす切替閾値電圧Ｖｔに到達するタイミングを切替タイミングとして求めるようになっている。
Ｖｔ＝Ｖｔ＊－ｄＶ／ｄｔ＊×ｔｄ …（１）

【0027】

速度変更回路１５は、自アームの半導体スイッチング素子５のターンオフ中、タイミング生成回路１４により生成されるタイミング信号が表す切替タイミングにて、半導体スイッチング素子５のゲート駆動速度を第１駆動速度から第１駆動速度とは異なる第２駆動速度へと変更する。第２駆動速度は、自アームの半導体スイッチング素子５の主端子に印加されるサージ電圧の電圧値が上記した許容値以下となるような速度に設定されている。なお、半導体スイッチング素子５のゲート駆動速度と、そのゲートに流れる電流であるゲート電流と、には相関関係がある。そこで、この場合、変化率制御回路１３は、第１駆動速度に対応するゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの電流値である第１電流値Ｉｇ１を演算するようになっている。

【0028】

上記したゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆは、半導体スイッチング素子５のゲートをターンオフさせるゲート電流である。また、この場合、速度変更回路１５は、半導体スイッチング素子５のターンオフ中の切替タイミングにて、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆを第１駆動速度に対応する第１電流値Ｉｇ１から第２駆動速度に対応する第２電流値Ｉｇ２に切り替えることにより、半導体スイッチング素子５のゲート駆動速度を第１駆動速度から第２駆動速度へと変更するようになっている。

【0029】

この場合、変化率制御回路１３は、変化率ｄＶ／ｄｔと目標値ｄＶ／ｄｔ＊との差分が予め定められた誤差許容値未満に安定したことを検知すると変更許可信号を出力するようになっている。そして、速度変更回路１５は、変化率制御回路１３から変更許可信号が出力されている期間にだけゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの切り替え、つまりゲート駆動速度の変更を行うようになっている。

【0030】

＜ゲート駆動装置の具体的構成＞
上記したような各機能を有するゲート駆動装置１の具体的な構成としては、例えば図４に示すような構成例を採用することができる。この場合、ゲート駆動装置１が例えば自動車などの車両に搭載される車載用途を想定しており、半導体スイッチング素子５に印加される電源電圧Ｖａは、例えば数百Ｖといった比較的高い電圧となっている。そのため、この場合、コントローラ６とゲート駆動装置１Ａ、１Ｂとの間は、それぞれ磁気カプラなどからなる絶縁部２１、２２を介して絶縁されている。

【0031】

つまり、この場合、コントローラ６から出力される指令信号Ｓａ、Ｓｂは、絶縁部２１、２２を介してゲート駆動装置１Ａ、１Ｂに与えられている。なお、図４では、ゲート駆動装置１Ｂを例にしてゲート駆動装置１の具体的な構成を示しているが、ゲート駆動装置１Ａについても同様の構成を採用することができる。図６に示すゲート駆動装置１は、ゲート駆動回路１１、検出回路１２、変化率制御回路１３、タイミング生成回路１４、速度変更回路１５、メモリ２３などを備えている。

【0032】

メモリ２３には、目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊、第２電流値Ｉｇ２、切替電圧Ｖｔ＊、遅延時間ｔｄなどが予め記憶されている。これらメモリ２３に記憶されている各値は、例えば各種のシミュレーションを行うことなどにより予め取得することができる。メモリ２３は、目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊を表す信号、第２電流値Ｉｇ２を表す信号、切替電圧Ｖｔ＊を表す信号および遅延時間ｔｄを表す信号を出力する。なお、図４などでは、各信号について、各信号が表す値などと同じ符号を付して示している。

【0033】

検出回路１２には、ノードＮ１の電圧、つまり半導体スイッチング素子５Ｂのドレイン電圧が入力されている。検出回路１２は、半導体スイッチング素子５Ｂのソースの電位を基準とした場合における半導体スイッチング素子５Ｂのドレイン電圧、つまり電圧Ｖｄｓを入力し、その電圧Ｖｄｓの波形をモニタする回路として構成されている。検出回路１２は、電圧Ｖｄｓ波形をモニタすることにより、電圧Ｖｄｓの変化率ｄＶ／ｄｔおよび電圧Ｖｄｓの電圧値を検出する。検出回路１２は、変化率ｄＶ／ｄｔの検出値を表す信号および電圧Ｖｄｓの電圧値に対応した電圧を出力する。なお、図４などでは、このような電圧Ｖｄｓの電圧値に対応した電圧について、電圧Ｖｄｓと称することとする。

【0034】

変化率制御回路１３には、信号ｄＶ／ｄｔおよび信号ｄＶ／ｄｔ＊が入力されている。変化率制御回路１３は、それら入力信号に基づいて、ターンオフ時の電圧Ｖｄｓの変化率ｄＶ／ｄｔが目標値ｄＶ／ｄｔ＊と等しくなるような第１駆動速度に対応する第１電流値Ｉｇ１を演算する。変化率制御回路１３は、第１電流値Ｉｇ１を表す信号を出力する。タイミング生成回路１４は、切替閾値生成回路２４およびコンパレータ２５を備えている。切替閾値生成回路２４には、信号ｄＶ／ｄｔ＊、信号Ｖｔ＊および信号ｔｄが入力されている。

【0035】

切替閾値生成回路２４は、それら入力信号に基づいて、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの切り替え中における電圧Ｖｄｓの変動量ΔＶを推定する。図２に示すように、変動量ΔＶは、具体的には、検出回路１２により電圧Ｖｄｓが切替閾値電圧Ｖｔに到達したことが検知された時点ｔ２から、実際にゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆが切り替えられる時点ｔ４までの遅延時間ｔｄ中に、電圧Ｖｄｓが変化した量に相当するものであり、下記（２）式により表される。
ΔＶ＝ｄＶ／ｄｔ×ｔｄ …（２）

【0036】

切替閾値生成回路２４は、所望する切替電圧Ｖｔ＊よりも推定した変動量ΔＶだけ低い電圧を切替閾値電圧Ｖｔとして生成して出力する。切替閾値電圧Ｖｔは、下記（３）式により表される。
Ｖｔ＝Ｖｔ＊－ΔＶ …（３）

【0037】

コンパレータ２５の非反転入力端子には電圧Ｖｄｓが入力され、その反転入力端子には切替閾値生成回路２４から出力される切替閾値電圧Ｖｔが入力されている。これにより、コンパレータ２５から出力される信号Ｓｄは、電圧Ｖｄｓが切替閾値電圧Ｖｔに到達すると反転する２値の信号となり、前述したタイミング信号として機能する。

【0038】

速度変更回路１５は、２つの入力端子に入力される信号のうちいずれか一方を選択して出力する切替スイッチにより構成されている。速度変更回路１５の一方の入力端子には、変化率制御回路１３から出力される信号Ｉｇ１が入力され、その他方の入力端子には、メモリ２３から出力される信号Ｉｇ２が入力されている。速度変更回路１５は、コンパレータ２５から出力されるタイミング信号Ｓｄのレベルに基づいて、信号Ｉｇ１および信号Ｉｇ２のうちいずれか一方を、その出力端子から出力する。

【0039】

具体的には、速度変更回路１５は、タイミング信号Ｓｄがロウレベルであるときには信号Ｉｇ１を出力するとともに、タイミング信号Ｓｄがハイレベルであるときには信号Ｉｇ２を出力する。速度変更回路１５から出力される信号は、半導体スイッチング素子５のゲートをターンオフさせるゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの電流値を指令する電流指令値Ｉｇ＿ｏｆｆ＊を表す信号として機能する。

【0040】

ゲート駆動回路１１は、半導体スイッチング素子５のゲートを定電流駆動する構成となっている。すなわち、ゲート駆動回路１１は、電流源２６、２７、スイッチ２８、２９およびゲート駆動ロジック３０を備えている。電流源２６の上流側端子は、電源電圧Ｖｂが供給される電源線３１に接続され、その下流側端子は、スイッチ２８を介して半導体スイッチング素子５のゲートに接続されている。電源電圧Ｖｂは、半導体スイッチング素子５のソースに接続される電源線３２の電位を基準とした電圧であり、半導体スイッチング素子５のゲート閾値電圧よりも十分に高い電圧となっている。

【0041】

電流源２６は、ターンオン時に半導体スイッチング素子５のゲートに供給するための一定の電流、つまり半導体スイッチング素子５のゲートをターンオンさせるゲート電流Ｉｇ＿ｏｎを生成する定電流回路である。なお、ゲート駆動回路１１におけるターンオン側の構成として、電流源２６に代えて一定の抵抗値を有する抵抗を設けてもよい。つまり、ゲート駆動回路１１は、ターンオン側については、定電流駆動する構成でなくともよい。スイッチ２８は、例えばＰチャネル型ＭＯＳトランジスタなどの半導体スイッチング素子を含む構成であり、電流源２６と半導体スイッチング素子５のゲートとの間を開閉する。

【0042】

電流源２７の下流側端子は、電源線３２に接続され、その上流側端子は、スイッチ２９を介して半導体スイッチング素子５のゲートに接続されている。電流源２７は、ターンオフ時に半導体スイッチング素子５のゲートから引き抜くための一定の電流、つまり半導体スイッチング素子５のゲートをターンオフさせるためのゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆを生成する定電流回路である。この場合、電流源２７は、速度変更回路１５から出力される信号Ｉｇ＿ｏｆｆ＊に基づいて、その電流値を変更することができる構成となっている。スイッチ２９は、例えばＮチャネル型ＭＯＳトランジスタなどの半導体スイッチング素子を含む構成であり、半導体スイッチング素子５のゲートと電流源２７との間を開閉する。

【0043】

ゲート駆動ロジック３０は、指令信号Ｓｂに基づいてスイッチ２８、２９を相補的にオンオフする。ただし、この場合、スイッチ２８、２９の双方がオフする期間、いわゆるデッドタイムが設けられる。上記構成によれば、スイッチ２８がオンされることにより半導体スイッチング素子５がターンオンされるとともに、スイッチ２９がオンされることにより半導体スイッチング素子５がターンオフされる。また、上記構成では、信号Ｉｇ＿ｏｆｆ＊に応じて電流源２７の電流値、つまり半導体スイッチング素子５のターンオフ時におけるゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆが第１電流値Ｉｇ１から第２電流値Ｉｇ２に変更されることにより、ターンオフの途中において電圧Ｖｄｓが所望の値に到達したタイミングでゲート駆動速度が変更される。

【0044】

＜各機能による処理の概要＞
続いて、上記構成のゲート駆動装置１による動作の流れについて図５を参照して説明する。ゲート駆動装置１では、図５のフローチャートに示すような内容の処理が、自アームの半導体スイッチング素子５のスイッチング毎に繰り返し実行される。本処理において、ゲート駆動装置１は、後述する第１状態および第２状態のうちいずれかに移行する。なお、ゲート駆動装置１は、本処理の開始時点では、初回のスイッチング時には第１状態に移行しており、２回目以降のスイッチング時には前回の処理において移行した状態が引き継がれるようになっている。

【0045】

図５に示すように、処理開始後、最初に実行されるステップＳ１０１では、ゲート駆動装置１の状態が判断される。ゲート駆動装置１の状態が第１状態である場合にはステップＳ１０２に進み、ゲート駆動装置１の状態が第２状態である場合にはステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０２では、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆを第１電流値Ｉｇ１に固定してスイッチングが行われる。一方、ステップＳ１０３では、スイッチング中にゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆを第１電流値Ｉｇ１から第２電流値Ｉｇ２へと切り替えてスイッチングが行われる。ステップＳ１０２またはＳ１０３の実行後、ステップＳ１０４に進む。

【0046】

ステップＳ１０４では、変化率ｄＶ／ｄｔと目標値ｄＶ／ｄｔ＊との差分が誤差許容値ｅ＊未満に安定したか否かが判断される。具体的には、上記差分が下記（４）式を満たすか否かが判断される。
－ｅ＊＜ｄＶ／ｄｔ＊－ｄＶ／ｄｔ＜ｅ＊ …（４）

【0047】

上記差分が（４）式を満たす場合、つまり上記差分が誤差許容値ｅ＊未満に安定した場合、ステップＳ１０４で「ＹＥＳ」となり、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、ゲート駆動装置１の状態が第２状態に移行する。一方、上記差分が（４）式を満たさない場合、つまり上記差分が誤差許容値ｅ＊以上である場合、ステップＳ１０４で「ＮＯ」となり、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、ゲート駆動装置１の状態が第１状態に移行する。ステップＳ１０５またはＳ１０６の実行後、本処理が終了となる。

【0048】

このように、ゲート駆動装置１は、装置の起動時にはゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの切り替えを停止し、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆを変化率制御回路１３により演算される第１電流値Ｉｇ１に固定した状態で半導体スイッチング素子５のゲートを駆動する。その後、ゲート駆動装置１は、変化率ｄＶ／ｄｔと目標値ｄＶ／ｄｔ＊との差分が誤差許容値ｅ＊未満に安定するとゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの切り替えを行うようにする。このようにゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの切り替えを行うようにした後、ゲート駆動装置１は、上記差分が誤差許容値ｅ＊以上になるとゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの切り替えを停止してゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆを第１電流値Ｉｇ１に固定した状態で半導体スイッチング素子５のゲートを駆動する。その後、ゲート駆動装置１は、上記差分が誤差許容値ｅ＊未満に安定するとゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの切り替えを再開する。

【0049】

＜ターンオフ時における各部の動作タイミング＞
次に、半導体スイッチング素子５のターンオフ時におけるゲート駆動装置１の各部の動作タイミングについて図２を参照して説明する。なお、図２の電圧Ｖｄｓ、電流指令値Ｉｇ＿ｏｆｆ＊、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆおよび電圧Ｖｇｓは、いずれも自アームの半導体スイッチング素子５のものである。自アームの半導体スイッチング素子５のスイッチングが開始されるスイッチング開始時である時点ｔ０以前、電流指令値Ｉｇ＿ｏｆｆ＊は０Ａを表す値となっており、これによりゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆは０Ａとなっている。

【0050】

時点ｔ０において、電流指令値Ｉｇ＿ｏｆｆ＊が第１電流値Ｉｇ１となる。これにより、時点ｔ０から所定の遅延時間が経過した後、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆが０Ａから第１電流値Ｉｇ１に向けて上昇するとともに、電圧Ｖｇｓがターンオン時の電圧値からターンオフ時の電圧値に向けて低下する。その後、時点ｔ１において、自アームの半導体スイッチング素子５の電圧Ｖｄｓが上昇を開始する。このときの電圧Ｖｄｓの上昇の傾きｄＶ／ｄｔは、変化率制御回路１３によって目標値ｄＶ／ｄｔ＊に制御されている。

【0051】

そして、時点ｔ２において、電圧Ｖｄｓが切替閾値電圧Ｖｔに達すると、検出回路１２により電圧Ｖｄｓが切替閾値電圧Ｖｔに到達したことが検知され、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの切り替えが開始される。具体的には、時点ｔ２から、検出回路１２、変化率制御回路１３、タイミング生成回路１４および速度変更回路１５の動作に伴い生じる所定の遅延時間が経過した後の時点ｔ３において、電流指令値Ｉｇ＿ｏｆｆ＊が第１電流値Ｉｇ１から第２電流値Ｉｇ２に切り替えられる。

【0052】

その後、時点ｔ３から、ゲート駆動回路１１の動作に伴い生じる所定の遅延時間が経過した後の時点ｔ４において、実際のゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆが第２電流値Ｉｇ２となり、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの切り替えが完了する。時点ｔ４は、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの切り替えが行われる実際の切替タイミングに相当する。このような時点ｔ４における電圧Ｖｄｓの電圧値は、所望する切替電圧Ｖｔ＊に概ね等しい電圧値となっている。時点ｔ４以降、電圧Ｖｄｓの傾きｄＶ／ｄｔは、時点ｔ４以前に比べ、緩やかなものとなり、これにより、サージ電圧の電圧値が許容値以下に抑制される。

【0053】

以上説明した本実施形態のゲート駆動装置１によれば、自アームの半導体スイッチング素子５のターンオフ中に半導体スイッチング素子５のゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆが第１電流値Ｉｇ１から第２電流値Ｉｇ２に切り替えられることにより、つまりゲート駆動速度が第１駆動速度から第２駆動速度へ変更されることにより、電圧Ｖｄｓの変化率ｄＶ／ｄｔを所望する目標値ｄＶ／ｄｔ＊に制御しつつサージ電圧を抑制することが可能となる。上記構成では、自アームの半導体スイッチング素子５のターンオフ中、ゲート駆動速度が第１駆動速度とされているときには電圧Ｖｄｓの変化率ｄＶ／ｄｔが目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊に制御されている。そのため、タイミング生成回路１４は、目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊および遅延時間ｔｄを用いた上記（１）式に基づいて、電圧Ｖｄｓが切替閾値電圧Ｖｔに到達する切替タイミングを精度良く予測して求めることが可能となる。

【0054】

そのため、上記構成によれば、電圧Ｖｄｓが所望する切替電圧Ｖｔ＊に到達するタイミングまたはそれに近いタイミングで実際のゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆが切り替えられることにより実際のゲート駆動速度が第１駆動速度から第２駆動速度へと変更される。このように、本実施形態によれば、所望するタイミングで実際のゲート駆動速度が切り替えられることになるため、電圧Ｖｄｓの変化率ｄＶ／ｄｔを所望する目標値ｄＶ／ｄｔ＊に制御しつつサージ電圧を抑制すること、つまり半導体スイッチング素子５の保護と半導体スイッチング素子５における損失の低減との両立を図ることができる。

【0055】

タイミング生成回路１４は、電圧Ｖｄｓの変化率ｄＶ／ｄｔが目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊と概ね一致していると仮定したうえで切替タイミングを求めるようになっている。そのため、電圧Ｖｄｓの変化率ｄＶ／ｄｔが目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊から大きく離れた値になっていると、タイミング生成回路１４による変動量ΔＶの推定精度が低下し、タイミング生成回路１４により求められる切替タイミングが所望するタイミングから大きく離れたものとなるおそれがあり、その結果、所望する切替タイミングでゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの切り替えが行われなくなる可能性がある。

【0056】

また、切替タイミングが本来のタイミングから外れると、その後の変化率制御回路１３の制御にも影響が及び、変化率ｄＶ／ｄｔが目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊からさらに離れた値になるおそれがある。そこで、本実施形態では、変化率制御回路１３は、電圧Ｖｄｓの変化率ｄＶ／ｄｔおよび目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊の差分が予め定められた誤差許容値ｅ＊未満に安定したことを検知すると変更許可信号を出力するようになっており、速度変更回路１５は、変化率制御回路１３から変更許可信号が出力されている期間にだけゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの切り替え、ひいてはゲート駆動速度の変更を行うようになっている。

【0057】

このようにすれば、変化率ｄＶ／ｄｔおよび目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊の差分が誤差許容値ｅ＊以上である場合、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの切り替えが行われることなく、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆが第１電流値Ｉｇ１に固定される。従って、上記構成によれば、何らかの異常により変化率ｄＶ／ｄｔと目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊との差分が一時的に大きくなった場合であっても、その影響により切替タイミングのずれと変化率ｄＶ／ｄｔのずれとが互いに影響し合うことで回路動作が破綻するといった事態の発生を避けることができる。

【0058】

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について図６～図８を参照して説明する。
＜ゲート駆動装置が有する主な機能＞
本実施形態のゲート駆動装置４１が有する主な機能について図６を参照して説明する。ゲート駆動回路４２は、第１実施形態のゲート駆動回路１１と概ね同様の機能を有する。ただし、ゲート駆動回路４２は、ハーフブリッジ回路４の上下アームを構成する２つの半導体スイッチング素子５Ａ、５Ｂのうち一方である駆動対象素子、つまり自アームの半導体スイッチング素子５のゲートを駆動する。

【0059】

検出回路４３は、第１実施形態の検出回路１２と概ね同様の機能を有する。ただし、検出回路４３は、対向アームの半導体スイッチング素子５に関連する物理量を取得し、その物理量に基づいて、対向アームの半導体スイッチング素子５の電圧Ｖｄｓを検出する。この場合、変化率制御回路１３は、検出回路４３による検出値および目標値ｄＶ／ｄｔ＊に基づいて、変化期間における電圧Ｖｄｓの変化率ｄＶ／ｄｔを目標値ｄＶ／ｄｔ＊に制御するための第１駆動速度を演算する。

【0060】

タイミング生成回路４４は、第１実施形態のタイミング生成回路１４と概ね同様の機能を有する。ただし、タイミング生成回路４４が求める切替タイミングは、自アームの半導体スイッチング素子５のターンオン中に電圧Ｖｄｓが所望する切替電圧Ｖｔ＊よりも所定値だけ低い切替閾値電圧Ｖｔに到達するタイミングである。速度変更回路４５は、第１実施形態の速度変更回路１５と概ね同様の機能を有する。ただし、速度変更回路４５は、自アームの半導体スイッチング素子５のターンオン中、タイミング生成回路４４により生成されるタイミング信号が表す切替タイミングにて、半導体スイッチング素子５のゲート駆動速度を第１駆動速度から第１駆動速度とは異なる第２駆動速度へと変更する。

【0061】

この場合、変化率制御回路１３は、第１駆動速度に対応するゲート電流Ｉｇ＿ｏｎの電流値である第１電流値Ｉｇ１を演算するようになっている。また、この場合、速度変更回路４５は、半導体スイッチング素子５のターンオン中の切替タイミングにて、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｎを第１駆動速度に対応する第１電流値Ｉｇ１から第２駆動速度に対応する第２電流値Ｉｇ２に切り替えることにより、半導体スイッチング素子５のゲート駆動速度を第１駆動速度から第２駆動速度へと変更するようになっている。また、この場合、速度変更回路４５は、変化率制御回路１３から変更許可信号が出力されている期間にだけゲート電流Ｉｇ＿ｏｎの切り替え、つまりゲート駆動速度の変更を行うようになっている。

【0062】

＜ゲート駆動装置の具体的構成＞
上記したような各機能を有するゲート駆動装置４１の具体的な構成としては、例えば図７に示すような構成例を採用することができる。コントローラ６とゲート駆動装置４１Ａ、４１Ｂとの間は、第１実施形態と同様、それぞれ磁気カプラなどからなる絶縁部２１、２２を介して絶縁されている。なお、図７では、ゲート駆動装置４１Ｂを例にしてゲート駆動装置４１の具体的な構成を示しているが、ゲート駆動装置１Ａについても同様の構成を採用することができる。

【0063】

図７に示すゲート駆動装置４１は、ゲート駆動回路４２、検出回路４３、変化率制御回路１３、タイミング生成回路４４、速度変更回路４５、メモリ２３などを備えている。検出回路４３は、第１実施形態の検出回路１２と同様、半導体スイッチング素子５の電圧Ｖｄｓの波形をモニタする回路として構成されている。この場合、対向アーム側のゲート駆動装置４１に設けられた検出回路４３から出力される信号が、例えば磁気カプラなどからなる絶縁部４６を介して自アーム側のゲート駆動装置４１に与えられている。

【0064】

なお、半導体スイッチング素子５に印加される電源電圧Ｖａが例えば１２Ｖといった比較的低い電圧である低電圧システムへの適用が想定される場合、ゲート駆動装置４１が高耐圧プロセスを用いた回路として構成される場合などには、絶縁部４６を省くことができる。また、ゲート駆動装置４１Ａ、４１Ｂ間で、それぞれの検出回路４３から出力される信号を直接通信する構成に限らずともよく、コントローラ６を介して伝達する構成とすることも可能である。

【0065】

この場合、変化率制御回路１３には、対向アーム側の検出回路４３から出力される信号ｄＶ／ｄｔおよび自アーム側のメモリ２３から出力される信号ｄＶ／ｄｔ＊が入力されている。変化率制御回路１３は、それら入力信号に基づいて、ターンオン時の電圧Ｖｄｓの変化率ｄＶ／ｄｔが目標値ｄＶ／ｄｔ＊と等しくなるような第１駆動速度に対応する第１電流値Ｉｇ１を演算する。

【0066】

タイミング生成回路４４は、第１実施形態のタイミング生成回路１４と同様、切替閾値生成回路２４およびコンパレータ２５を備えている。この場合、切替閾値生成回路２４は、各入力信号に基づいて、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｎの切り替え中における電圧Ｖｄｓの変動量ΔＶを推定する。図８に示すように、変動量ΔＶは、具体的には、検出回路４３により電圧Ｖｄｓが切替閾値電圧Ｖｔに到達したことが検知された時点ｔ２から、実際にゲート電流Ｉｇ＿ｏｎが切り替えられる時点ｔ４までの遅延時間ｔｄ中に、電圧Ｖｄｓが変化した量に相当するものであり、前述した（２）式により表される。

【0067】

コンパレータ２５の非反転入力端子には対向アーム側の検出回路４３から出力される電圧Ｖｄｓが入力され、その反転入力端子には自アーム側の切替閾値生成回路２４から出力される切替閾値電圧Ｖｔが入力されている。速度変更回路４５は、第１実施形態の速度変更回路１５と同様の切替スイッチにより構成されている。この場合、速度変更回路４５から出力される信号は、半導体スイッチング素子５のゲートをターンオンさせるゲート電流Ｉｇ＿ｏｎの電流値を指令する電流指令値Ｉｇ＿ｏｎ＊を表す信号として機能する。

【0068】

ゲート駆動回路４２は、第１実施形態のゲート駆動回路１１と同様、半導体スイッチング素子５のゲートを定電流駆動する構成であり、電流源２６、２７、スイッチ２８、２９およびゲート駆動ロジック３０を備えている。ただし、この場合、電流源２６は、速度変更回路４５から出力される信号Ｉｇ＿ｏｎ＊に基づいて、その電流値を変更することができる構成となっている。なお、ゲート駆動回路４２におけるターンオフ側の構成として、電流源２７に代えて一定の抵抗値を有する抵抗を設けてもよい。つまり、ゲート駆動回路４２は、ターンオフ側については、定電流駆動する構成でなくともよい。

【0069】

上記構成では、信号Ｉｇ＿ｏｎ＊に応じて電流源２６の電流値、つまり半導体スイッチング素子５のターンオン時におけるゲート電流Ｉｇ＿ｏｎが第１電流値Ｉｇ１から第２電流値Ｉｇ２に変更されることにより、ターンオンの途中において電圧Ｖｄｓが所望の値に到達したタイミングでゲート駆動速度が変更される。

【0070】

＜ターンオン時における各部の動作タイミング＞
次に、半導体スイッチング素子５のターンオン時におけるゲート駆動装置４１の各部の動作タイミングについて図８を参照して説明する。なお、図８の電圧Ｖｄｓは、対向アームの半導体スイッチング素子５のものであり、電流指令値Ｉｇ＿ｏｎ＊、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｎおよび電圧Ｖｇｓは、いずれも自アームの半導体スイッチング素子５のものである。自アームの半導体スイッチング素子５のスイッチングが開始されるスイッチング開始時である時点ｔ０以前、電流指令値Ｉｇ＿ｏｎ＊は０Ａを表す値となっており、これによりゲート電流Ｉｇ＿ｏｎは０Ａとなっている。

【0071】

時点ｔ０において、電流指令値Ｉｇ＿ｏｎ＊が第１電流値Ｉｇ１となる。これにより、時点ｔ０から所定の遅延時間が経過した後、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｎが０Ａから第１電流値Ｉｇ１に向けて上昇するとともに、電圧Ｖｇｓがターンオフ時の電圧値からターンオン時の電圧値に向けて上昇する。その後、時点ｔ１において、対向アームの半導体スイッチング素子５の電圧Ｖｄｓが上昇を開始する。このときの電圧Ｖｄｓの上昇の傾きｄＶ／ｄｔは、変化率制御回路１３によって目標値ｄＶ／ｄｔ＊に制御されている。

【0072】

そして、時点ｔ２において、電圧Ｖｄｓが切替閾値電圧Ｖｔに達すると、対向アーム側の検出回路４３により電圧Ｖｄｓが切替閾値電圧Ｖｔに到達したことが検知され、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｎの切り替えが開始される。具体的には、時点ｔ２から、検出回路４３、変化率制御回路１３、タイミング生成回路４４および速度変更回路４５の動作に伴い生じる所定の遅延時間が経過した後の時点ｔ３において、電流指令値Ｉｇ＿ｏｎ＊が第１電流値Ｉｇ１から第２電流値Ｉｇ２に切り替えられる。

【0073】

その後、時点ｔ３から、ゲート駆動回路４２の動作に伴い生じる所定の遅延時間が経過した後の時点ｔ４において、実際のゲート電流Ｉｇ＿ｏｎが第２電流値Ｉｇ２となり、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｎの切り替えが完了する。時点ｔ４は、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｎの切り替えが行われる実際の切替タイミングに相当する。このような時点ｔ４における電圧Ｖｄｓの電圧値は、所望する切替電圧Ｖｔ＊に概ね等しい電圧値となっている。時点ｔ４以降、電圧Ｖｄｓの傾きｄＶ／ｄｔは、時点ｔ４以前に比べ、緩やかなものとなり、これにより、サージ電圧の電圧値が許容値以下に抑制される。

【0074】

以上説明した本実施形態のゲート駆動装置４１によれば、自アームの半導体スイッチング素子５のターンオン中に半導体スイッチング素子５のゲート電流Ｉｇ＿ｏｎが第１電流値Ｉｇ１から第２電流値Ｉｇ２に切り替えられることにより、つまりゲート駆動速度が第１駆動速度から第２駆動速度へ変更されることにより、対向アームの半導体スイッチング素子５の電圧Ｖｄｓの変化率ｄＶ／ｄｔを所望する目標値ｄＶ／ｄｔ＊に制御しつつ対向アームの半導体スイッチング素子５の主端子に印加されるサージ電圧を抑制することが可能となる。

【0075】

上記構成では、自アームの半導体スイッチング素子５のターンオン中、ゲート駆動速度が第１駆動速度とされているときには対向アームの半導体スイッチング素子５の電圧Ｖｄｓの変化率ｄＶ／ｄｔが目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊に制御されている。そのため、タイミング生成回路４４は、目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊および遅延時間ｔｄを用いた上記（１）式に基づいて、対向アームの半導体スイッチング素子５の電圧Ｖｄｓが切替閾値電圧Ｖｔに到達する切替タイミングを精度良く予測して求めることが可能となる。

【0076】

そのため、上記構成によれば、対向アームの半導体スイッチング素子５の電圧Ｖｄｓが所望する切替電圧Ｖｔ＊に到達するタイミングまたはそれに近いタイミングで実際のゲート電流Ｉｇ＿ｏｎが切り替えられることにより実際のゲート駆動速度が第１駆動速度から第２駆動速度へと変更される。このように、本実施形態によれば、所望するタイミングで実際のゲート駆動速度が切り替えられることになるため、対向アームの半導体スイッチング素子５の電圧Ｖｄｓの変化率ｄＶ／ｄｔを所望する目標値ｄＶ／ｄｔ＊に制御しつつサージ電圧を抑制すること、つまり半導体スイッチング素子５の保護と半導体スイッチング素子５における損失の低減との両立を図ることができる。

【0077】

＜ゲート駆動回路の具体的構成＞
次に、第１実施形態のゲート駆動回路１１および第２実施形態のゲート駆動回路４２の具体的な構成例について、図９および図１０を参照して説明する。なお、各構成例では、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｎおよびゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの両方を変更可能な構成となっているが、第１実施形態のゲート駆動回路１１として用いる場合にはゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆだけを変更可能な構成とすればよいし、第２実施形態のゲート駆動回路４２として用いる場合にはゲート電流Ｉｇ＿ｏｎだけを変更可能な構成とすればよい。

【0078】

［１］第１構成例
図９に示すように、第１構成例のゲート駆動回路５１は、複数のトランジスタが並列接続された構成の出力段を備えている。なお、ここでは、３つのトランジスタが並列接続された構成を例示しているが、並列接続するトランジスタの数は、３つに限らずともよく、２つでもよいし、４つ以上でもよい。具体的には、ゲート駆動回路５１は、ターンオン側の出力段を構成する３つのトランジスタ５２、３つのＮＡＮＤ回路５３、選択部５４、ターンオフ側の出力段を構成する３つのトランジスタ５５、３つのＡＮＤ回路５６および選択部５７を備えている。

【0079】

３つのトランジスタ５２は、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタであり、それらの各ソースは、共通接続されるとともに、電源線３１に接続されている。３つのトランジスタ５２の各ドレインは、共通接続されるとともに、半導体スイッチング素子５のゲートに接続されている。３つのトランジスタ５２の各ゲートには、３つのＮＡＮＤ回路５３の出力信号がそれぞれ入力されている。３つのＮＡＮＤ回路５３の一方の入力端子には、選択部５４の出力信号が入力されており、それらの他方の入力端子には、ＯＮ指令信号Ｓｅが入力されている。

【0080】

ＯＮ指令信号Ｓｅは、コントローラ６から与えられる指令信号Ｓａ、Ｓｂに基づいて生成される２値の信号であり、半導体スイッチング素子５のターンオンを指令する際、つまりゲートＯＮを指令する際にハイレベルになる。選択部５４は、信号Ｉｇ＿ｏｎ＊に基づいて、３つのトランジスタ５２のうちのいずれをオンさせるのかを選択し、選択したトランジスタ５２をオンさせるための信号を出力する。このような構成によれば、ＯＮ指令信号Ｓｅがハイレベルである期間には信号Ｉｇ＿ｏｎ＊に基づいて選択されるトランジスタ５２をオンさせることができる。

【0081】

上記構成では、トランジスタ５２がオンされたとき、そのオンされたトランジスタ５２の飽和電流分のゲート電流Ｉｇ＿ｏｎを流すことが可能となる。そのため、上記構成によれば、オンさせるトランジスタ５２を調整することにより、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｎの電流値を自由に設定することができる。また、上記構成によれば、オンさせるトランジスタ５２の数を調整することも可能であり、そのようにすることで、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｎの電流値をより細かく設定することができる。

【0082】

３つのトランジスタ５５は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタであり、それらの各ソースは、共通接続されるとともに、電源線３２に接続されている。３つのトランジスタ５５の各ドレインは、共通接続されるとともに、半導体スイッチング素子５のゲートに接続されている。３つのトランジスタ５５の各ゲートには、３つのＡＮＤ回路５６の出力信号がそれぞれ入力されている。３つのＡＮＤ回路５６の一方の入力端子には、選択部５７の出力信号が入力されており、それらの他方の入力端子には、ＯＦＦ指令信号Ｓｆが入力されている。

【0083】

ＯＦＦ指令信号Ｓｆは、コントローラ６から与えられる指令信号Ｓａ、Ｓｂに基づいて生成される２値の信号であり、半導体スイッチング素子５のターンオフを指令する際、つまりゲートＯＦＦを指令する際にハイレベルになる。選択部５７は、信号Ｉｇ＿ｏｆｆ＊に基づいて、３つのトランジスタ５５のうちのいずれをオンさせるのかを選択し、選択したトランジスタ５５をオンさせるための信号を出力する。このような構成によれば、ＯＦＦ指令信号Ｓｆがハイレベルである期間には信号Ｉｇ＿ｏｆｆ＊に基づいて選択されるトランジスタ５５をオンさせることができる。

【0084】

上記構成では、トランジスタ５５がオンされたとき、そのオンされたトランジスタ５５の飽和電流分のゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆを流すことが可能となる。そのため、上記構成によれば、オンさせるトランジスタ５５を調整することにより、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの電流値を自由に設定することができる。また、上記構成によれば、オンさせるトランジスタ５５の数を調整することも可能であり、そのようにすることで、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの電流値をより細かく設定することができる。

【0085】

上記構成のゲート駆動回路５１を第１実施形態のゲート駆動回路１１として用いる場合速度変更回路１５は、オンにするトランジスタ５２の数を調整することによりゲート駆動速度の変更を行うことになる。また、上記構成のゲート駆動回路５１を第２実施形態のゲート駆動回路４２として用いる場合、速度変更回路４５は、オンにするトランジスタ５５の数を調整することによりゲート駆動速度の変更を行うことになる。上記構成において、トランジスタ５２、５５は、電流源２６およびスイッチ２８として機能する。また、上記構成において、ＮＡＮＤ回路５３、選択部５４、ＡＮＤ回路５６および選択部５７は、ゲート駆動ロジック３０として機能する。

【0086】

［２］第２構成例
図１０に示すように、第２構成例のゲート駆動回路６１は、ターンオン側の出力段を構成するトランジスタ６２、シャント抵抗Ｒｓ１、検出部６３、ＯＰアンプＯＰ１、スイッチ６４、ターンオフ側の出力段を構成するトランジスタ６５、シャント抵抗Ｒｓ２、検出部６６、ＯＰアンプＯＰ２およびスイッチ６７を備えている。

【0087】

トランジスタ６２は、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタであり、そのソースは、シャント抵抗Ｒｓ１を介して電源線３１に接続されている。トランジスタ６２のドレインは、半導体スイッチング素子５のゲートに接続されている。検出部６３は、シャント抵抗Ｒｓ１の上流側端子の電圧から下流側端子の電圧を減算して得られる電圧、つまりシャント抵抗Ｒｓ１の端子間電圧に対応した信号を出力する。検出部６３から出力される信号は、トランジスタ６２の主端子間に流れる電流、つまり半導体スイッチング素子５のゲート電流Ｉｇ＿ｏｎに応じた信号となる。

【0088】

上記構成において、シャント抵抗Ｒｓ１および検出部６３は、半導体スイッチング素子５のゲートに流れる電流であるゲート電流Ｉｇ＿ｏｎを検出する電流検出部６８として機能する。ＯＰアンプＯＰ１の非反転入力端子には、検出部６３から出力される信号が入力され、その反転入力端子には、スイッチ６４から出力される信号が入力されている。ＯＰアンプＯＰ１の出力信号は、トランジスタ６２のゲートに入力されている。

【0089】

スイッチ６４は、２つの入力端子に入力される信号のうちいずれか一方を選択して出力する。スイッチ６４の一方の入力端子には、信号Ｉｇ＿ｏｎ＊が入力され、その他方の入力端子には、グランド電位、つまり０Ｖの信号が入力されている。スイッチ６４は、ＯＮ指令信号Ｓｅに基づいて、信号Ｉｇ＿ｏｎ＊および０Ｖの信号のうちいずれか一方を、その出力端子から出力する。具体的には、スイッチ６４は、ＯＮ指令信号Ｓｅがロウレベルであるときには０Ｖの信号を出力するとともに、ＯＮ指令信号Ｓｅがハイレベルであるときには信号Ｉｇ＿ｏｎ＊を出力する。

【0090】

このような構成によれば、ＯＮ指令信号Ｓｅがハイレベルである期間、検出部６３から出力される信号のレベルが信号Ｉｇ＿ｏｎ＊のレベルと等しくなるようにトランジスタ６２の駆動状態が制御される。つまり、上記構成によれば、ＯＮ指令信号Ｓｅがハイレベルである期間、電流検出部６８による検出値がゲート電流Ｉｇ＿ｏｎの指令値である電流指令値Ｉｇ＿ｏｎ＊に等しくなるように出力段のトランジスタ６２の駆動状態が制御される。このように、上記構成によれば、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｎの電流値を精度良く調整することができる。

【0091】

トランジスタ６５は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタであり、そのソースは、シャント抵抗Ｒｓ２を介して電源線３２に接続されている。トランジスタ６５のドレインは、半導体スイッチング素子５のゲートに接続されている。検出部６６は、シャント抵抗Ｒｓ２の上流側端子の電圧から下流側端子の電圧を減算して得られる電圧、つまりシャント抵抗Ｒｓ２の端子間電圧に対応した信号を出力する。検出部６６から出力される信号は、トランジスタ６５の主端子間に流れる電流、つまり半導体スイッチング素子５のゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆに応じた信号となる。

【0092】

上記構成において、シャント抵抗Ｒｓ２および検出部６６は、半導体スイッチング素子５のゲートに流れる電流であるゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆを検出する電流検出部６９として機能する。ＯＰアンプＯＰ２の反転入力端子には、検出部６６から出力される信号が入力され、その非反転入力端子には、スイッチ６７から出力される信号が入力されている。ＯＰアンプＯＰ２の出力信号は、トランジスタ６５のゲートに入力されている。

【0093】

スイッチ６７は、２つの入力端子に入力される信号のうちいずれか一方を選択して出力する。スイッチ６７の一方の入力端子には、信号Ｉｇ＿ｏｆｆ＊が入力され、その他方の入力端子には、グランド電位、つまり０Ｖの信号が入力されている。スイッチ６７は、ＯＦＦ指令信号Ｓｆに基づいて、信号Ｉｇ＿ｏｆｆ＊および０Ｖの信号のうちいずれか一方を、その出力端子から出力する。具体的には、スイッチ６７は、ＯＦＦ指令信号Ｓｆがロウレベルであるときには０Ｖの信号を出力するとともに、ＯＦＦ指令信号Ｓｆがハイレベルであるときには信号Ｉｇ＿ｏｆｆ＊を出力する。

【0094】

このような構成によれば、ＯＦＦ指令信号Ｓｆがハイレベルである期間、検出部６６から出力される信号のレベルが信号Ｉｇ＿ｏｆｆ＊のレベルと等しくなるようにトランジスタ６５の駆動状態が制御される。つまり、上記構成によれば、ＯＦＦ指令信号Ｓｆがハイレベルである期間、電流検出部６９による検出値がゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの指令値である電流指令値Ｉｇ＿ｏｆｆ＊に等しくなるように出力段のトランジスタ６５の駆動状態が制御される。このように、上記構成によれば、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの電流値を精度良く調整することができる。

【0095】

上記構成のゲート駆動回路６１を第１実施形態のゲート駆動回路１１として用いる場合速度変更回路１５は、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの指令値である電流指令値Ｉｇ＿ｏｆｆ＊を調整することによりゲート駆動速度の変更を行うことになる。また、上記構成のゲート駆動回路６１を第２実施形態のゲート駆動回路４２として用いる場合、速度変更回路４５は、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｎの指令値である電流指令値Ｉｇ＿ｏｎ＊を調整することによりゲート駆動速度の変更を行うことになる。上記構成において、トランジスタ６２、６５は、電流源２６およびスイッチ２８として機能する。また、上記構成において、検出部６３、ＯＰアンプＯＰ１、スイッチ６４、検出部６６、ＯＰアンプＯＰ２およびスイッチ６７は、ゲート駆動ロジック３０として機能する。

【0096】

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について図１１～図１３を参照して説明する。
＜ゲート駆動装置が有する主な機能＞
本実施形態のゲート駆動装置７１が有する主な機能について図１１を参照して説明する。検出回路７２は、第１実施形態の検出回路１２と同様の機能に加え、前述した物理量に基づいて変化期間における半導体スイッチング素子５の電圧Ｖｄｓのピーク値Ｖｄｓ＿ｐを検出する機能を備えている。

【0097】

変化率制御回路７３は、第１実施形態の変化率制御回路１３と概ね同様の機能を有する。ただし、変化率制御回路７３は、検出回路７２による検出値から得られる電圧Ｖｄｓの変化率ｄＶ／ｄｔと目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊との差分をゼロにするような第１駆動速度を演算するようになっている。電圧取得回路７４は、ハーフブリッジ回路４に供給される電源電圧Ｖａの値を取得する。温度取得回路７５は、半導体スイッチング素子５の温度およびゲート駆動装置７１の温度の一方または双方の値を取得する。

【0098】

タイミング生成回路７６は、第１実施形態のタイミング生成回路１４と概ね同様の機能を有する。ただし、この場合、タイミング生成回路７６は、互いに異なる値の電源電圧Ｖａ毎の遅延時間ｔｄを予め取得し、電圧取得回路７４により取得された電源電圧Ｖａの値に応じた遅延時間ｔｄに基づいて切替タイミングを求めるようになっている。また、この場合、タイミング生成回路７６は、互いに異なる値の温度毎の遅延時間ｔｄを予め取得し、温度取得回路７５により取得された温度の値に応じた遅延時間ｔｄに基づいて切替タイミングを求めるようになっている。

【0099】

ピーク値制御回路７７は、検出回路７２による検出値および変化期間における電圧Ｖｄｓのピーク値Ｖｄｓ＿ｐの目標値である目標ピーク値Ｖｄｓ＿ｐ＊に基づいて、変化期間における電圧Ｖｄｓのピーク値Ｖｄｓ＿ｐを目標ピーク値Ｖｄｓ＿ｐ＊に制御するための半導体スイッチング素子５のゲート駆動速度である第２駆動速度を演算する。この場合、ピーク値制御回路７７は、第２駆動速度に対応するゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの電流値である第２電流値Ｉｇ２を演算するようになっている。

【0100】

この場合、変化率制御回路７３は、ゲート駆動装置７１の動作開始直後および変更許可信号を出力する出力状態から変更許可信号の出力を停止する停止状態へと切り替わった直後には、目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊を本来の値よりも低い値に設定する。その後、変化率制御回路７３は、変化期間における電圧Ｖｄｓのピーク値Ｖｄｓ＿ｐが予め定められた許容値以下であることを条件として目標変化率ｄＶ／ｄｔを本来の値に向けて高めてゆき、目標変化率ｄＶ／ｄｔが本来の値になった状態で変化率ｄＶ／ｄｔおよび目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊の差分が誤差許容値ｅ未満に安定したことを検知すると変更許可信号を出力するようになっている。

【0101】

＜ゲート駆動装置の具体的構成＞
上記したような各機能を有するゲート駆動装置７１の具体的な構成としては、例えば図１２に示すような構成例を採用することができる。図１２に示すゲート駆動装置７１は、図４に示した第１実施形態のゲート駆動装置１に対し、検出回路１２、変化率制御回路１３、タイミング生成回路１４およびメモリ２３に代えて検出回路７２、変化率制御回路７３、タイミング生成回路７６およびメモリ８１を備えている点、温度取得回路７５およびピーク値制御回路７７が追加されている点などが異なっている。なお、図１２では、ゲート駆動ロジック３０の図示を省略している。

【0102】

メモリ８１には、目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊、切替電圧Ｖｔ＊、目標ピーク値Ｖｄｓ＿ｐ＊などが予め記憶されている。遅延時間ｔｄは、ゲート駆動装置７１の温度、半導体スイッチング素子５の温度、電源電圧Ｖａなどに依存して変化する。そこで、メモリ８１には、遅延時間ｔｄとゲート駆動装置７１の温度との関係、遅延時間ｔｄと半導体スイッチング素子５の温度との関係、遅延時間ｔｄと電源電圧Ｖａとの関係などを表すマップデータＤａが記憶されている。これらメモリ８１に記憶されている各値およびマップデータＤａは、例えば各種のシミュレーションを行うことなどにより予め取得することができる。

【0103】

検出回路７２は、自アームの半導体スイッチング素子５のドレインの電圧を２つの容量Ｃ１、Ｃ２で分圧する分圧回路８２を備え、分圧回路８２の出力電圧に基づいて電圧Ｖｄｓを検出する構成となっている。この場合、検出回路１２は、ｄＶ／ｄｔモニタ回路８３、サージ電圧モニタ回路８４および電源電圧モニタ回路８５を備えている。ｄＶ／ｄｔモニタ回路８３は、分圧回路８２の出力電圧に基づいて、電圧Ｖｄｓの変化率ｄＶ／ｄｔを検出し、その検出値を表す信号を出力する。

【0104】

サージ電圧モニタ回路８４は、分圧回路８２の出力電圧に基づいて、電圧Ｖｄｓのピーク値Ｖｄｓ＿ｐを検出し、その検出値を表す信号を出力する。電源電圧モニタ回路８５は、分圧回路８２の出力電圧に基づいて、半導体スイッチング素子５がオフのときのオフ電圧Ｖｄｓ＿ｏｆｆを検出し、その検出値に基づいて電源電圧Ｖａの値を推定して取得する。電源電圧モニタ回路８５は、電源電圧Ｖａの値に対応した信号を出力する。上記構成において、電源電圧モニタ回路８５は、電圧取得回路７４として機能する。

【0105】

変化率制御回路７３は、減算器８６および制御器８７を備えている。減算器８６には、信号ｄＶ／ｄｔおよび信号ｄＶ／ｄｔ＊が入力されている。減算器８６は、目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊から変化率ｄＶ／ｄｔを減算することにより、変化率の偏差を求め、その変化率の偏差を制御器８７へと出力する。制御器８７は、ＰＩＤ制御器であり、減算器８６から出力される変化率の偏差に対するＰＩＤ演算を実行して第１駆動速度に対応する第１電流値Ｉｇ１を求め、その第１電流値Ｉｇ１を表す信号を出力する。

【0106】

ピーク値制御回路７７は、減算器８８および制御器８９を備えている。減算器８８には、信号Ｖｄｓ＿ｐおよび信号Ｖｄｓ＿ｐ＊が入力されている。減算器８８は、目標ピーク値Ｖｄｓ＿ｐ＊からピーク値Ｖｄｓ＿ｐを減算することにより、ピーク値の偏差を求め、そのピーク値の偏差を制御器８９へと出力する。制御器８９は、ＰＩＤ制御器であり、減算器８８から出力されるピーク値の偏差に対するＰＩＤ演算を実行して第２駆動速度に対応する第２電流値Ｉｇ２を求め、その第２電流値Ｉｇ２を表す信号を出力する。なお、制御器８７、８９としては、ＰＩ演算を行うもの、Ｐ演算を行うもの、他のフィードバック制御器など、さまざま形式の制御器を採用することができる。

【0107】

温度取得回路７５は、温度センサなどにより検出される半導体スイッチング素子５の温度Ｔａを取得し、その温度Ｔａの値を表す信号を出力する。また、温度取得回路７５は、温度センサなどにより検出されるゲート駆動装置７１の温度Ｔｂを取得し、その温度Ｔｂの値を表す信号を出力する。タイミング生成回路７６は、第１実施形態のタイミング生成回路１４が備える構成に加え、セレクタ９０を備えている。

【0108】

セレクタ９０には、マップデータＤａ、信号Ｖａ、信号Ｔａおよび信号Ｔｂが入力されている。セレクタ９０は、マップデータＤａと信号Ｖａ、Ｔａ、Ｔｂとに基づいて、電源電圧Ｖａの値、温度Ｔａの値、温度Ｔｂの値に応じた最適な遅延時間Ｔｄを決定し、その決定した遅延時間ｔｄを表す信号を切替閾値生成回路２４へと出力する。このような構成によれば、ゲート駆動装置７１の各種の状態に合わせて最適な遅延時間ｔｄを用いて切替閾値電圧Ｖｔが生成される。

【0109】

＜各機能による処理の概要＞
続いて、上記構成のゲート駆動装置７１による動作の流れについて図１３を参照して説明する。ゲート駆動装置７１では、図１３のフローチャートに示すような内容の処理が、自アームの半導体スイッチング素子５のスイッチング毎に繰り返し実行される。本処理において、ゲート駆動装置７１は、後述する第１状態、第２状態、第３状態および第４状態のうちいずれかに移行する。なお、ゲート駆動装置７１は、本処理の開始時点では、初回のスイッチング時には第１状態に移行しており、２回目以降のスイッチング時には前回の処理において移行した状態が引き継がれるようになっている。

【0110】

図１３に示すように、処理開始後、最初に実行されるステップＳ２０１では、ゲート駆動装置７１の状態が判断される。ゲート駆動装置７１の状態が第１状態である場合にはステップＳ２０２に進み、ゲート駆動装置７１の状態が第２状態である場合にはステップＳ２０３に進み、ゲート駆動装置７１の状態が第３状態である場合にはステップＳ２０４に進み、ゲート駆動装置７１の状態が第４状態である場合にはステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０２では、目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊を本来の値よりも低い値に設定する。ステップＳ２０２の実行後はステップＳ２０６に進む。

【0111】

ステップＳ２０６では、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆを第１電流値Ｉｇ１に固定してスイッチングが行われる。ステップＳ２０６の実行後はステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０７では、ピーク値Ｖｄｓ＿ｐが目標ピーク値Ｖｄｓ＿ｐ＊未満であるか否か、つまりサージ電圧が許容値未満であるか否かが判断される。ピーク値Ｖｄｓ＿ｐが目標ピーク値Ｖｄｓ＿ｐ＊未満である場合、ステップＳ２０７で「ＹＥＳ」となり、ステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０８では、ゲート駆動装置７１の状態が第２状態に移行する。一方、ピーク値Ｖｄｓ＿ｐが目標ピーク値Ｖｄｓ＿ｐ＊以上である場合、ステップＳ２０７で「ＮＯ」となり、ステップＳ２０９に進む。ステップＳ２０９では、ゲート駆動装置７１の状態が第１状態に移行する。ステップＳ２０８またはＳ２０９の実行後、本処理が終了となる。

【0112】

ステップＳ２０３では、目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊を前回よりも高い値に設定する。なお、ここでの設定における目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊の上限値は、本来の値となる。ステップＳ２０３の実行後はステップＳ２１０に進む。ステップＳ２１０では、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆを第１電流値Ｉｇ１に固定してスイッチングが行われる。ステップＳ２０４では、目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊を本来の値に設定する。ステップＳ２０４の実行後はステップＳ２１１に進む。ステップＳ２１１では、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆを第１電流値Ｉｇ１に固定してスイッチングが行われる。

【0113】

ステップＳ２０５では、目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊を本来の値に設定する。ステップＳ２０５の実行後はステップＳ２１２に進む。ステップＳ２１２では、スイッチング中にゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆを第１電流値Ｉｇ１から第２電流値Ｉｇ２へと切り替えてスイッチングが行われる。ステップＳ２１０、Ｓ２１１またはＳ２１２の実行後、ステップＳ２１３に進む。ステップＳ２１３では、ピーク値Ｖｄｓ＿ｐが目標ピーク値Ｖｄｓ＿ｐ＊未満であるか否かが判断される。

【0114】

ピーク値Ｖｄｓ＿ｐが目標ピーク値Ｖｄｓ＿ｐ＊以上である場合、ステップＳ２１３で「ＮＯ」となり、ステップＳ２１４に進む。ステップＳ２１４では、ゲート駆動装置７１の状態が第１状態に移行する。一方、ピーク値Ｖｄｓ＿ｐが目標ピーク値Ｖｄｓ＿ｐ＊未満である場合、ステップＳ２１３で「ＹＥＳ」となり、ステップＳ２１５に進む。ステップＳ２１５では、目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊が本来の値であるか否かが判断される。目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊が本来の値ではない場合、ステップＳ２１５で「ＮＯ」となり、ステップＳ２１６に進む。ステップＳ２１６では、ゲート駆動装置７１の状態が第２状態に移行する。

【0115】

一方、目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊が本来の値である場合、ステップＳ２１５で「ＹＥＳ」となり、ステップＳ２１７に進む。ステップＳ２１７では、変化率ｄＶ／ｄｔと目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊との差分が誤差許容値ｅ＊未満に安定したか否かが判断される。具体的には、上記差分が前述した（４）式を満たすか否かが判断される。上記差分が（４）式を満たさない場合、つまり上記差分が誤差許容値ｅ＊以上である場合、ステップＳ２１７で「ＮＯ」となり、ステップＳ２１８に進む。

【0116】

ステップＳ２１８では、ゲート駆動装置７１の状態が第３状態に移行する。一方、上記差分が（４）式を満たす場合、つまり上記差分が誤差許容値ｅ＊未満に安定した場合、ステップＳ２１７で「ＹＥＳ」となり、ステップＳ２１９に進む。ステップＳ２１９では、ゲート駆動装置７１の状態が第４状態に移行する。ステップＳ２１４、Ｓ２１６、Ｓ２１８またはＳ２１９の実行後、本処理が終了となる。

【0117】

以上説明した本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
実際の遅延時間ｔｄは、半導体スイッチング素子５の温度Ｔａ、ゲート駆動装置７１の温度Ｔｂ、電源電圧Ｖａの温度などに依存して変化する可能性がある。実際の遅延時間ｔｄが、切替閾値電圧Ｖｔを演算する際に用いられる遅延時間ｔｄと大きく離れた値になると、切替閾値電圧Ｖｔの演算の精度が低下し、その結果、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの切り替えが所望する切替タイミングで行われなくなるおそれがある。

【0118】

そこで、本実施形態では、タイミング生成回路７６は、互いに異なる値の電源電圧Ｖａ毎の遅延時間ｔｄを予め取得し、電圧取得回路７４により取得された電源電圧Ｖａの値に応じた遅延時間ｔｄに基づいて切替タイミングを求めるようになっている。このようにすれば、遅延時間ｔｄの電源電圧Ｖａ依存性によって切替タイミングが所望するタイミングから外れることが抑制され、その分だけ切替タイミングの高精度化が実現される。

【0119】

また、本実施形態では、タイミング生成回路７６は、互いに異なる値のゲート駆動装置７１の温度Ｔａ毎の遅延時間ｔｄを予め取得し、温度取得回路７５により取得された温度Ｔａの値に応じた遅延時間ｔｄに基づいて切替タイミングを求めるようになっている。このようにすれば、遅延時間ｔｄの温度Ｔａ依存性によって切替タイミングが所望するタイミングから外れることが抑制され、その分だけ切替タイミングの高精度化が実現される。

【0120】

さらに、本実施形態では、タイミング生成回路７６は、互いに異なる値の半導体スイッチング素子５の温度Ｔｂ毎の遅延時間ｔｄを予め取得し、温度取得回路７５により取得された温度Ｔｂの値に応じた遅延時間ｔｄに基づいて切替タイミングを求めるようになっている。このようにすれば、遅延時間ｔｄの温度Ｔｂ依存性によって切替タイミングが所望するタイミングから外れることが抑制され、その分だけ切替タイミングの高精度化が実現される。

【0121】

上記構成において、検出回路７２は、半導体スイッチング素子５の主端子の電圧を容量Ｃ１、Ｃ２で分圧する分圧回路８２を備え、その分圧回路８２の出力電圧に基づいて電圧Ｖｄｓを検出する構成となっている。このような構成によれば、電源電圧Ｖａが比較的高いシステムであっても適用することができる。

【0122】

本実施形態のゲート駆動装置７１は、検出回路７２による検出値および変化期間における電圧Ｖｄｓのピーク値Ｖｄｓ＿ｐの目標値である目標ピーク値Ｖｄｓ＿ｐ＊に基づいて変化期間におけるピーク値Ｖｄｓ＿ｐを目標ピーク値Ｖｄｓ＿ｐ＊に制御するための半導体スイッチング素子５のゲート駆動速度である第２駆動速度、ひいては第２駆動速度に対応する第２電流値Ｉｇ２を演算するピーク値制御回路７７を備えている。このような構成によれば、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆが第２電流値Ｉｇ２に切り替えられてゲート駆動速度が第２駆動速度とされているときにサージ電圧が許容値未満となるように制御されるため、サージ電圧の抑制効果を一層高めることができる。

【0123】

上記構成において、変化率制御回路７３は、ゲート駆動装置７１の動作開始直後および変更許可信号を出力する出力状態から変更許可信号の出力を停止する停止状態へと切り替わった直後には、目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊を本来の値よりも低い値に設定し、その後は変化期間におけるピーク値Ｖｄｓ＿ｐが予め定められた許容値以下であることを条件として目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊を本来の値に向けて高めてゆき、目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊が本来の値になった状態で変化率ｄＶ／ｄｔおよび目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊の差分が誤差許容値ｅ未満に安定したことを検知すると変更許可信号を出力するようになっている。このような構成によれば、例えば始動時など、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの切り替えが停止されて第１電流値Ｉｇ１固定となったときにサージ電圧が許容値を超えて上昇することが防止されるため、安全性を高めることができる。

【0124】

（第４実施形態）
以下、第４実施形態について図１４～図１６を参照して説明する。
図１４に示すように、本実施形態のゲート駆動装置９１は、図４に示した第１実施形態のゲート駆動装置１に対し、タイミング生成回路１４に代えてタイミング生成回路９２を備えている点などが異なっている。タイミング生成回路９２は、第１駆動速度、第２駆動速度および検出回路１２による検出値に基づいて切替タイミングを調整するようになっている。

【0125】

このような機能を実現するため、タイミング生成回路９２は、タイミング生成回路１４が備える構成に加え、タイミング補正回路９３および加算器９４を備えている。タイミング補正回路９３には、第１駆動速度に対応した第１電流値Ｉｇ１を表す信号、第２駆動速度に対応した第２電流値Ｉｇ２を表す信号、検出回路１２による検出値を表す信号ｄＶ／ｄｔおよび電圧Ｖｄｓが入力されている。タイミング補正回路９３は、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの変更前後の電流値、つまり第１電流値Ｉｇ１および電流値Ｉｇ２と、電圧Ｖｄｓに基づいて推定することができる実際に発生したサージ電圧の値と、変化率ｄＶ／ｄｔの値と、に基づいて、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの切替タイミングが所望するタイミング、つまり狙いのタイミングになっているかどうか、具体的には、切替タイミングが狙い通りであるか、狙いより早いか、狙いより遅いか、を判断する。

【0126】

この場合、変化率ｄＶ／ｄｔの値としては、電圧Ｖｄｓが変動する変化期間における変化率ｄＶ／ｄｔの平均値とすることができる。タイミング補正回路９３は、このような判断の結果に基づいて、切替タイミングが狙いのタイミングになるように、切替閾値電圧Ｖｔを調整するための調整電圧Ｖｃを生成して出力する。加算器９４は、切替閾値電圧Ｖｔに対して調整電圧Ｖｃを加算して得られる調整後の切替閾値電圧Ｖｔａをコンパレータ２５へと出力する。

【0127】

タイミング補正回路９３は、例えば図１５に示すような表に基づいて、上述した動作を行うことができる。すなわち、タイミング補正回路９３は、第１電流値Ｉｇ１が第２電流値Ｉｇ２より大きく、サージ電圧が狙い通りであり、変化率ｄＶ／ｄｔが狙いより小さい場合、切替タイミングが狙いより早いと判断し、切替閾値電圧Ｖｔを上げる調整を行う。この場合、電圧Ｖｄｓの波形は、図１６に示すような波形となる。なお、図１６では、狙いの電圧Ｖｄｓ波形を太い実線で表し、実際の電圧Ｖｄｓ波形を点線で表している。図１６に示すように、第１電流値Ｉｇ１が第２電流値Ｉｇ２より大きく、サージ電圧が狙い通りであり、変化率ｄＶ／ｄｔが狙いより小さい場合、実際の切替タイミングである時刻ｔａが、狙いの切替タイミングである時刻ｔｂよりも早いタイミングとなっている。

【0128】

タイミング補正回路９３は、第１電流値Ｉｇ１が第２電流値Ｉｇ２より大きく、サージ電圧が狙いより大きく、変化率ｄＶ／ｄｔが狙い通りである場合、切替タイミングが狙いより遅いと判断し、切替閾値電圧Ｖｔを下げる調整を行う。タイミング補正回路９３は、第１電流値Ｉｇ１が第２電流値Ｉｇ２より大きく、サージ電圧が狙い通りであり、変化率ｄＶ／ｄｔが狙い通りである場合、切替タイミングが狙い通りであると判断し、切替閾値電圧Ｖｔの調整を行わない。

【0129】

タイミング補正回路９３は、第１電流値Ｉｇ１が第２電流値Ｉｇ２より小さく、サージ電圧が狙い通りであり、変化率ｄＶ／ｄｔが狙いより大きい場合、切替タイミングが狙いより早いと判断し、切替閾値電圧Ｖｔを上げる調整を行う。タイミング補正回路９３は、第１電流値Ｉｇ１が第２電流値Ｉｇ２より小さく、サージ電圧が狙いより小さく、変化率ｄＶ／ｄｔが狙い通りである場合、切替タイミングが狙いより遅いと判断し、切替閾値電圧Ｖｔを下げる調整を行う。タイミング補正回路９３は、第１電流値Ｉｇ１が第２電流値Ｉｇ２より小さく、サージ電圧が狙い通りであり、変化率ｄＶ／ｄｔが狙い通りである場合、切替タイミングが狙い通りであると判断し、切替閾値電圧Ｖｔの調整を行わない。

【0130】

なお、第１電流値Ｉｇ１が第２電流値Ｉｇ２より小さくなることは、次のようなケースにおいてあり得る。すなわち、サージ電圧の許容値は、半導体スイッチング素子５の素子耐圧に応じたものとなる。一方、変化率ｄＶ／ｄｔは、大きいほどスイッチングに伴うノイズが大きくなることから、システムのノイズに関する仕様に応じた値に制御されることになる。

【0131】

したがって、システムの仕様がノイズに厳しいものである場合、変化率ｄＶ／ｄｔを小さく抑える必要があることから、第１電流値Ｉｇ１を小さく抑えざるを得なくなる。一方、半導体スイッチング素子５として素子耐圧が高い素子が用いられる場合、サージ電圧の許容値が比較的高くなることから、第２電流値Ｉｇ２を大きくすることが可能となる。このように、システムの仕様がノイズに厳しいものであり且つ半導体スイッチング素子５として素子耐圧が高い素子が用いられる場合、第１電流値Ｉｇ１が第２電流値Ｉｇ２より小さくなる可能性がある。

【0132】

以上説明した本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
本実施形態では、タイミング生成回路９２は、第１駆動速度に対応する第１電流値Ｉｇ１と、第２駆動速度に対応する第２電流値Ｉｇ２と、検出回路１２による検出値から得られるサージ電圧の値および変化率ｄＶ／ｄｔの値と、に基づいて、切替タイミングを調整するようになっている。このような構成によれば、実際の切替タイミングが狙いの切替タイミングとなるように調整が行われるため、所望するタイミングにおけるゲート駆動速度の切り替えを一層高精度に実現することができる。

【0133】

（第５実施形態）
以下、第５実施形態について図１７を参照して説明する。
上記各実施形態では、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの切り替え、つまりゲート駆動速度の変更を１度だけ実施するようにしていたが、ゲート駆動速度の変更を２度以上の変更を実施することも可能である。本実施形態では、上記各実施形態における切替タイミングの前にも、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆを切り替えてゲート駆動速度を変更するようになっている。

【0134】

すなわち、本実施形態では、速度変更回路１５は、自アームの半導体スイッチング素子５のスイッチングが開始されるスイッチング開始時、半導体スイッチング素子５のゲート駆動速度を第１駆動速度および第２駆動速度よりも大である第３駆動速度に設定し、その後、予め設定された第１切替時間が経過すると半導体スイッチング素子５のゲート駆動速度を第１駆動速度に切り替えるようになっている。この場合、速度変更回路１５は、スイッチング開始時、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆを第３駆動速度に対応する第３電流値Ｉｇ３に設定する。第３電流値Ｉｇ３は、第１電流値Ｉｇ１および第２電流値Ｉｇ２のいずれよりも大きい値に設定されている。

【0135】

次に、半導体スイッチング素子５のターンオフ時におけるゲート駆動装置１の各部の動作タイミングについて図１７を参照して説明する。なお、図１７の電圧Ｖｄｓ、電流指令値Ｉｇ＿ｏｆｆ＊、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆ、電圧Ｖｇｓおよび電流Ｉｄは、いずれも自アームの半導体スイッチング素子５のものである。この場合、自アームの半導体スイッチング素子５のスイッチングが開始されるスイッチング開始時は、時点ｔｃとなっている。時点ｔｃ以前、電流指令値Ｉｇ＿ｏｆｆ＊は０Ａを表す値となっており、これによりゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆは０Ａとなっている。

【0136】

時点ｔｃにおいて、電流指令値Ｉｇ＿ｏｆｆ＊が第３電流値Ｉｇ３となる。これにより、時点ｔｃから所定の遅延時間が経過した後、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆが０Ａから第３電流値Ｉｇ３に向けて上昇するとともに、電圧Ｖｇｓがターンオン時の電圧値からターンオフ時の電圧値に向けて低下する。その後、時点ｔｃから第１切替時間Ｔｃ１が経過した時点ｔ０において、電流指令値Ｉｇ＿ｏｆｆ＊が第１電流値Ｉｇ１となる。時点ｔ０以降の動作は、図２に示した第１実施形態の動作と同様のものとなる。なお、第１切替時間Ｔｃ１は、時点ｔｃから時点ｔ０の期間において自アームの半導体スイッチング素子５の電圧Ｖｄｓが確実に変動しないような時間に設定されている。

【0137】

以上説明した本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
本実施形態では、速度変更回路１５は、スイッチング開始時、半導体スイッチング素子５のゲート駆動速度を第１駆動速度および第２駆動速度よりも大である第３駆動速度に設定し、その後、予め設定された第１切替時間Ｔｃ１が経過するとゲート駆動速度を第１駆動速度に切り替えるようになっている。

【0138】

半導体スイッチング素子５では、そのゲート電流が流れ始めてから電圧Ｖｄｓが実際に変動を開始するまでに所定時間の時間を要する。この所定時間は、ゲート駆動速度、つまりゲート電流を大きくするほど短縮することが可能である。本実施形態によれば、スイッチング開始時点ｔｃから時点ｔ０の期間に、つまりスイッチング開始直後に、最も大きな第３電流値Ｉｇ３のゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆが流れることになるため、上記した所定時間を短縮することができる。したがって、本実施形態によれば、スイッチング開始時点から実際に電圧Ｖｄｓが変動を開始するまでの時間が短縮される分だけ、デッドタイムを短縮することができるという効果が得られる。

【0139】

（第６実施形態）
以下、第６実施形態について図１８を参照して説明する。
本実施形態では、上記各実施形態における切替タイミングの後にも、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆを切り替えてゲート駆動速度を変更するようになっている。すなわち、本実施形態では、速度変更回路１５は、半導体スイッチング素子５のゲート駆動速度を第１駆動速度から第２駆動速度へと変更した時点から予め設定された第２切替時間が経過すると半導体スイッチング素子５のゲート駆動速度を第２駆動速度よりも大である第４駆動速度に切り替えるようになっている。

【0140】

この場合、速度変更回路１５は、ゲート駆動速度を第１駆動速度から第２駆動速度へと変更した時点から第２切替時間が経過すると、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆを第４駆動速度に対応する第４電流値Ｉｇ４に設定する。第４電流値Ｉｇ４は、第２電流値Ｉｇ２よりも大きい値に設定されている。

【0141】

次に、半導体スイッチング素子５のターンオフ時におけるゲート駆動装置１の各部の動作タイミングについて図１８を参照して説明する。なお、図１８の電圧Ｖｄｓ、電流指令値Ｉｇ＿ｏｆｆ＊、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆ、電圧Ｖｇｓおよび電流Ｉｄは、いずれも自アームの半導体スイッチング素子５のものである。時点ｔ４以前の動作は、図２に示した第１実施形態の動作と同様ものとなる。時点ｔ４の後、時点ｔ３から第２切替時間Ｔｃ２が経過した時点ｔ５において、電流指令値Ｉｇ＿ｏｆｆ＊が第４電流値Ｉｇ４となる。これにより、時点ｔ５から所定の遅延時間が経過した後、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆが第２電流値Ｉｇ２から第４電流値Ｉｇ４に向けて上昇する。

【0142】

その後、時点ｔ５からゲート駆動回路１１の動作に伴い生じる所定の遅延時間が経過した後の時点ｔ６において、実際のゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆが第４電流値Ｉｇ４となり、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの２回目の切り替えが完了する。この場合、サージ電圧は、時点ｔ６よりも前の時点でピークになっている、言い換えると、この場合、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの２回目の切り替えは、サージ電圧がピークに達した後に行われる。なお、第２切替時間Ｔｃ２は、サージ電圧が許容値未満となるような時間に設定されている。時点ｔ６以降の期間には、時点ｔ４から時点ｔ６の期間よりも急峻な傾き、つまり大きな変化率ｄＩ／ｄｔで電流Ｉｄが０Ａに向けて低下する。

【0143】

以上説明した本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
本実施形態では、速度変更回路１５は、半導体スイッチング素子５のゲート駆動速度を第１駆動速度から第２駆動速度へと変更した時点から予め設定された第２切替時間が経過するとゲート駆動速度を第２駆動速度よりも大である第４駆動速度に切り替えるようになっている。サージ電圧がピークに達した後は、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆを大きくしてもサージ電圧がさらに大きくなることはない。

【0144】

本実施形態によれば、サージ電圧がピークに達した後、ゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆが第２電流値Ｉｇ２から第２電流値Ｉｇ２よりも大きい第４電流値Ｉｇ４に切り替えられ、第１実施形態と比べて高速なスイッチングが行われる。従って、本実施形態によれば、ターンオフ時におけるスイッチング損失がさらに低減されるという効果が得られる。また、本実施形態によれば、電流Ｉｄをより素早く０Ａにすることが可能となるため、スイッチングに要する時間を短縮することができるという効果が得られる。

【0145】

（第７実施形態）
以下、第７実施形態について図１９を参照して説明する。
図１９に示すように、本実施形態のゲート駆動装置１０１は、図４に示した第１実施形態のゲート駆動装置１に対し、変化率制御回路１３およびメモリ２３に代えて変化率制御回路１０２およびメモリ１０３を備えている点などが異なっている。半導体スイッチング素子５のゲート電流は、電圧Ｖｄｓの変化率と相関関係がある。変化率制御回路１０２は、このような点に着目し、次のようにして第１駆動速度に対応する第１電流値Ｉｇ１を演算するようになっている。

【0146】

すなわち、変化率制御回路１０２は、目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊と、予め取得された電圧Ｖｄｓの変化率ｄＶ／ｄｔおよびゲート駆動速度に対応するゲート電流Ｉｇ＿ｏｆｆの関係を表す関係情報と、に基づいて、第１駆動速度に対応する第１電流値Ｉｇ１を演算するようになっている。上記した関係情報は、入力となる目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊に対して出力となる第１電流値Ｉｇ１が定義されたマップデータ、目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊と第１電流値Ｉｇ１との関係を示す数式データなどである。メモリ１０３には、メモリ２３に記憶されている各値に加え、上記した関係情報を表すデータＤｂが記憶されている。データＤｂは、例えば各種のシミュレーションを行うことなどにより予め取得することができる。

【0147】

この場合、検出回路１２は、信号ｄＶ／ｄｔを出力しないようになっており、それに代えて、メモリ１０３から出力されるデータＤｂが変化率制御回路１０２に入力されるようになっている。変化率制御回路１０２は、信号ｄＶ／ｄｔ＊およびデータＤｂに基づいて、第１駆動速度に対応する第１電流値Ｉｇ１を演算して出力する。具体的には、変化率制御回路１０２は、データＤｂが表す関係情報を参照して信号ｄＶ／ｄｔ＊が表す目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊に対応する第１電流値Ｉｇ１を求め、その値を表す信号を出力する。

【0148】

以上説明した本実施形態によっても、変化率制御回路１０２は、ターンオフ時の電圧Ｖｄｓの変化率ｄＶ／ｄｔが目標値ｄＶ／ｄｔ＊と等しくなるような第１駆動速度に対応する第１電流値Ｉｇ１を求めることができるため、第１実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態によれば、変化率制御回路１０２は、データＤｂを参照して第１電流値Ｉｇ１を求める、といった比較的簡単な処理を実行できる構成であればよいため、変化率ｄＶ／ｄｔおよび目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊を用いて演算を行う必要がある変化率制御回路１３、７３に比べ、その回路規模を小さく抑えることができる。

【0149】

（第８実施形態）
以下、第８実施形態について図２０を参照して説明する。
図２０に示すように、本実施形態のゲート駆動装置１１１は、図１９に示した第７実施形態のゲート駆動装置１０１に対し、検出回路１２、変化率制御回路１０２およびメモリ１０３に代えて検出回路１１２、変化率制御回路１１３およびメモリ１１４を備えている点、温度モニタ回路１１５および電流モニタ回路１１６が追加されているなどが異なっている。

【0150】

半導体スイッチング素子５のゲート電流は、電圧Ｖｄｓの変化率だけでなく、半導体スイッチング素子５の温度Ｔａ、ゲート駆動装置１１１の温度Ｔｂ、ハーフブリッジ回路４に供給される電源電圧Ｖａ、半導体スイッチング素子５の電流Ｉｄなどとも相関関係がある。変化率制御回路１１３は、このような点に着目し、次のようにして第１駆動速度に対応する第１電流値Ｉｇ１を演算するようになっている。

【0151】

すなわち、この場合、関係情報は、温度Ｔａ毎、温度Ｔｂ毎、電源電圧Ｖａ毎および電流Ｉｄ毎のうち少なくとも１つ毎に設けられている。変化率制御回路１１３は、温度Ｔａ、温度Ｔｂ、電源電圧Ｖａおよび電流Ｉｄのうち少なくとも１つの値を取得し、その取得した値に応じて第１駆動速度に対応する第１電流値Ｉｇ１を演算するために用いる関係情報を選択する。そして、変化率制御回路１１３は、目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊と、選択した関係情報と、に基づいて、第１駆動速度に対応する第１電流値Ｉｇ１を演算するようになっている。

【0152】

メモリ１１４には、温度Ｔａ毎、温度Ｔｂ毎、電源電圧Ｖａ毎および電流Ｉｄ毎に設けられた関係情報を表すデータＤｃが記憶されている。データＤｃは、例えば各種のシミュレーションを行うことなどにより予め取得することができる。検出回路１１２は、電圧Ｖｄｓ波形をモニタすることにより、半導体スイッチング素子５がオフのときのオフ電圧Ｖｄｓ＿ｏｆｆの値を検出し、その値から電源電圧Ｖａの値を推定する。検出回路１１２は、電源電圧Ｖａの値を表す信号を出力する。

【0153】

温度モニタ回路１１５は、温度センサなどを介して半導体スイッチング素子５の温度Ｔａおよびゲート駆動装置１１１の温度Ｔｂを検出し、それら検出した温度Ｔａおよび温度Ｔｂの各値を表す信号を出力する。電流モニタ回路１１６は、電流センサなどを介して半導体スイッチング素子５の電流Ｉｄを検出し、その検出した電流Ｉｄの値を表す信号を出力する。

【0154】

変化率制御回路１１３には、検出回路１１２から出力される信号Ｖａと、メモリ１１４から出力される信号ｄＶ／ｄｔ＊およびデータＤｃと、温度モニタ回路１１５から出力される信号Ｔａ、Ｔｂと、電流モニタ回路１１６から出力されるＩｄと、が入力されている。変化率制御回路１１３は、これら入力される信号などに基づいて、電源電圧Ｖａの値、温度Ｔａの値、温度Ｔｂの値、電流Ｉｄの値に応じた最適な関係情報を選択する。そして、変化率制御回路１１３は、選択した関係情報を参照して信号ｄＶ／ｄｔ＊が表す目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊に対応する第１電流値Ｉｇ１を求め、その値を表す信号を出力する。

【0155】

以上説明した本実施形態によれば、第７実施形態と同様の効果が得られるとともに、次のような効果が得られる。すなわち、実際のゲート電流と電圧Ｖｄｓの変化率との関係は、半導体スイッチング素子５の温度Ｔａ、ゲート駆動装置７１の温度Ｔｂ、電源電圧Ｖａの温度、電流Ｉｄなどに依存して変化する可能性がある。実際のゲート電流と電圧Ｖｄｓとの関係が、予め取得された関係情報が表す関係と大きく離れたものになると、第１電流値Ｉｇ１の演算の精度が低下して変化率ｄＶ／ｄｔの制御の精度が低下するおそれがある。

【0156】

そこで、本実施形態では、温度Ｔａ毎、温度Ｔｂ毎、電源電圧Ｖａ毎および電流Ｉｄ毎に関係情報を設けておき、変化率制御回路１１３は、温度Ｔａ、温度Ｔｂ、電源電圧Ｖａおよび電流Ｉｄの値を取得し、それら取得した値に応じて第１駆動速度に対応する第１電流値Ｉｇ１を演算するために用いる関係情報を選択する。そして、変化率制御回路１１３は、目標変化率ｄＶ／ｄｔ＊と、選択した関係情報と、に基づいて、第１駆動速度に対応する第１電流値Ｉｇ１を演算するようになっている。このようにすれば、温度Ｔａ、温度Ｔｂ、電源電圧Ｖａ、電流Ｉｄなどに起因する第１電流値Ｉｇ１の演算の精度の低下が抑制され、その結果、変化率ｄＶ／ｄｔの制御の精度を良好に維持することができる。

【0157】

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
上記各実施形態で示した数値などは例示であり、それに限定されるものではない。

【0158】

上記各実施形態におけるゲート駆動装置は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴに限らず、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなど、各種の半導体スイッチング素子を駆動対象とすることができる。

【0159】

半導体スイッチング素子５のゲート駆動速度の変更は、第１実施形態および第２実施形態において説明したゲート電流の切り替えによるものに限らずともよく、ゲート抵抗の切り替えによるもの、駆動用の電源電圧の切り替えによるものなどであってもよい。ゲート抵抗の切り替えによりゲート駆動速度の変更を行うように変形する場合、ゲート駆動回路１１、４２に代えて、図２１に示す第１変形例のゲート駆動回路１２１を用いることができる。

【0160】

ゲート駆動回路１２１は、図９に示したゲート駆動回路５１に対し、ターンオン側の３つのゲート抵抗１２２およびターンオフ側の３つのゲート抵抗１２３が追加されている点などが異なっている。この場合、トランジスタ５２の各ドレインは、それぞれゲート抵抗１２２を介して半導体スイッチング素子５のゲートに接続されている。また、この場合、トランジスタ５５の各ドレインは、それぞれゲート抵抗１２３を介して半導体スイッチング素子５のゲートに接続されている。

【0161】

この場合、選択部５４は、ターンオン側のゲート抵抗Ｒｇ＿ｏｎの抵抗値を指令する抵抗指令値Ｒｇ＿ｏｎ＊を表す信号に基づいて、３つのトランジスタ５２のうちのいずれをオンさせるのかを選択し、選択したトランジスタ５２をオンさせるための信号を出力する。上記構成では、トランジスタ５２がオンされたとき、そのトランジスタ５２に直列接続されたゲート抵抗１２２が有効になる。そのため、上記構成によれば、オンさせるトランジスタ５２を調整することにより、ターンオン側のゲート抵抗Ｒｇ＿ｏｎの抵抗値を自由に設定することができる。また、上記構成によれば、オンさせるトランジスタ５２の数を調整することも可能であり、そのようにすることで、ゲート抵抗Ｒｇ＿ｏｎの抵抗値をより細かく設定することができる。

【0162】

また、この場合、選択部５７は、ターンオフ側のゲート抵抗Ｒｇ＿ｏｆｆの抵抗値を指令する抵抗指令値Ｒｇ＿ｏｆｆ＊を表す信号に基づいて、３つのトランジスタ５５のうちのいずれをオンさせるのかを選択し、選択したトランジスタ５５をオンさせるための信号を出力する。上記構成では、トランジスタ５５がオンされたとき、そのトランジスタ５５に直列接続されたゲート抵抗１２３が有効になる。そのため、上記構成によれば、オンさせるトランジスタ５５を調整することにより、ターンオフ側のゲート抵抗Ｒｇ＿ｏｆｆの抵抗値を自由に設定することができる。また、上記構成によれば、オンさせるトランジスタ５５の数を調整することも可能であり、そのようにすることで、ゲート抵抗Ｒｇ＿ｏｆｆの抵抗値をより細かく設定することができる。

【0163】

駆動用の電源電圧の切り替えによりゲート駆動速度の変更を行うように変形する場合、ゲート駆動回路１１、４２に代えて、図２２および図２３に示す第２変形例のゲート駆動回路１３１を用いることができる。ゲート駆動回路１３１は、図４、図７などに示したゲート駆動回路１１、４２に対し、電流源２６、２７に代えて電源１３２、１３３を備えている点、ゲート抵抗１３４、１３５が追加されている点などが異なっている。

【0164】

電源１３２は、電源線３１とスイッチ２８との間に接続されたものであり、半導体スイッチング素子５のゲートをターンオンさせる正の電源電圧Ｖ＿ｏｎを出力する。ゲート抵抗１３４は、スイッチ２８と半導体スイッチング素子５のゲートとの間に接続されている。電源１３２から出力される電源電圧Ｖ＿ｏｎは、スイッチ２８およびゲート抵抗１３４を介して半導体スイッチング素子５のゲートに印加される。電源１３２は、電源電圧Ｖ＿ｏｎの電圧値を指令する電圧指令値Ｖ＿ｏｎ＊を表す信号に基づいて、その電圧値を変更することができる構成となっている。

【0165】

このように電源電圧Ｖ＿ｏｎの電圧値を変更することができる電源１３２を実現する具体的な構成例としては、図２３に示すように、ＯＰアンプ１３６およびＰチャネル型ＭＯＳトランジスタであるトランジスタ１３７を用いた構成を採用することができる。トランジスタ１３７のソースは、電源線３１に接続され、そのドレインは、スイッチ２８およびゲート抵抗１３４を介して半導体スイッチング素子５のゲートに接続されている。

【0166】

ＯＰアンプ１３６の反転入力端子には、信号Ｖ＿ｏｎ＊が入力されている。ＯＰアンプ１３６の非反転入力端子は、トランジスタ１３７のドレインに接続されている。ＯＰアンプ１３６の出力信号は、トランジスタ１３７のゲートに入力されている。このような構成によれば、ＯＰアンプ１３６を用いてトランジスタ１３７のゲート電圧を変更することにより、電源電圧Ｖ＿ｏｎを精度良く制御することができる。

【0167】

電源１３３は、電源線３２とスイッチ２９との間に接続されたものであり、半導体スイッチング素子５のゲートをターンオフさせる負の電源電圧Ｖ＿ｏｆｆを出力する。ゲート抵抗１３５は、スイッチ２９と半導体スイッチング素子５のゲートとの間に接続されている。電源１３３から出力される電源電圧Ｖ＿ｏｆｆは、スイッチ２９およびゲート抵抗１３５を介して半導体スイッチング素子５のゲートに印加される。電源１３３は、電源電圧Ｖ＿ｏｆｆの電圧値を指令する電圧指令値Ｖ＿ｏｆｆ＊を表す信号に基づいて、その電圧値を変更することができる構成となっている。

【0168】

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

【符号の説明】

【0169】

１Ａ、１Ｂ、１、４１Ａ、４１Ｂ、４１、７１Ａ、７１Ｂ、７１、９１Ａ、９１Ｂ、９１、１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１、１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１…ゲート駆動装置、４…ハーフブリッジ回路、５Ａ、５Ｂ、５…半導体スイッチング素子、１１、４２、５１、６１、１２１、１３１…ゲート駆動回路、１２、７２、１１２…検出回路、１３、７３、１０２、１１３…変化率制御回路、１４、７６、９２…タイミング生成回路、１５…速度変更回路、７４…電圧取得回路、７５…温度取得回路、７７…ピーク値制御回路、８２…分圧回路、Ｃ１、Ｃ２…容量。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】