特許 7493881 パワーデバイス駆動装置

(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】2024-05-24

(45)【発行日】2024-06-03

(54)【発明の名称】パワーデバイス駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H03K 17/082 20060101AFI20240527BHJP

   H03K 17/08 20060101ALI20240527BHJP

   H03K 17/12 20060101ALI20240527BHJP

   H02M 1/00 20070101ALI20240527BHJP

【ＦＩ】

H03K17/082

H03K17/08 C

H03K17/12

H02M1/00 H

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020149829

(22)【出願日】2020-09-07

(65)【公開番号】P2022044279

(43)【公開日】2022-03-17

【審査請求日】2023-08-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000006895

【氏名又は名称】矢崎総業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134832

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧野 文雄

(74)【代理人】

【識別番号】100165308

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 俊明

(74)【代理人】

【識別番号】100115048

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 康弘

(72)【発明者】

【氏名】木村 修

【審査官】柳下 勝幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－００６３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１２８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３１２５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１３４７９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｋ １７／０８２

Ｈ０３Ｋ １７／０８

Ｈ０３Ｋ １７／１２

Ｈ０２Ｍ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ゲート信号に基づいて、パワーデバイスを駆動する電圧を出力するゲートドライバと、
前記パワーデバイスのゲートと前記ゲートドライバとの間に接続された第１の抵抗と、
前記パワーデバイスを流れる電流の値を測定する電流センサと、
前記測定された電流の値に比例する値の電圧が入力する反転端子と、参照電圧が入力される非反転端子と、出力端子と、を有する比較回路と、
前記比較回路の出力端子から出力された信号と前記ゲート信号がそれぞれ入力される２つの入力端子と、出力端子と、を有する論理積回路と、
前記ゲートと前記第１の抵抗とを結ぶラインと、前記論理積回路の出力端子と、の間に接続された第２の抵抗と、を有する、パワーデバイス駆動装置。

【請求項2】

並列の接続された第１のパワーデバイスと第２のパワーデバイスを駆動するパワーデバイス駆動装置であって、
ゲート信号に基づいて、前記第１のパワーデバイスを駆動する電圧を出力する第１のゲートドライバと、
前記第１のパワーデバイスのゲートと前記第１のゲートドライバとの間に接続された第１の抵抗と、
前記第１のパワーデバイスを流れる電流の値を測定する第１の電流センサと、
前記第１の電流センサにより測定された電流の値に比例する値の電圧が入力する反転端子と、参照電圧が入力される非反転端子と、出力端子と、を有する第１の比較回路と、
前記第１の比較回路の出力端子から出力された信号と前記ゲート信号がそれぞれ入力される２つの入力端子と、出力端子と、を有する第１の論理積回路と、
前記第１のパワーデバイスのゲートと前記第１の抵抗とを結ぶラインと、前記第１の論理積回路の出力端子と、の間に接続された第２の抵抗と、
前記ゲート信号に基づいて、前記第２のパワーデバイスを駆動する電圧を出力する第２のゲートドライバと、
前記第２のパワーデバイスのゲートと前記第２のゲートドライバとの間に接続された第３の抵抗と、
前記第２のパワーデバイスを流れる電流の値を測定する第２の電流センサと、
前記第２の電流センサにより測定された電流の値に比例する値の電圧が入力する反転端子と、参照電圧が入力される非反転端子と、出力端子と、を有する第２の比較回路と、
前記第２の比較回路の出力端子から出力された信号と前記ゲート信号がそれぞれ入力される２つの入力端子と、出力端子と、を有する第２の論理積回路と、
前記第２のパワーデバイスのゲートと前記第３の抵抗とを結ぶラインと、前記第２の論理積回路の出力端子と、の間に接続された第４の抵抗と、を有する、パワーデバイス駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パワーデバイス駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

スイッチング電源回路は、複数のパワーデバイスを有している。例えば、インバータは、並列に接続された複数のパワーデバイスを含んでいる（例えば、特許文献１の図３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第３７８０８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

図５に示すように、並列に接続された２つのパワーデバイスＰＤ１、ＰＤ２があるとき、パワーデバイスＰＤ１のゲートドライバから出力される信号Ａ１に対して、パワーデバイスＰＤ２のゲートドライバから出力される信号Ａ２が、図６のように、遅延することがある。このようなとき、信号Ａ１、Ａ２にずれが生じている期間Ｔ１、Ｔ２では、１つのパワーデバイスに電流が集中し、パワーデバイスＰＤ１、ＰＤ２を流れる電流Ｉｄ１、Ｉｄ２が、図６に示すように、パワーデバイスの定格電流を超える場合がある。

【0005】

そこで、本発明は、パワーデバイスを流れる電流が定格電流を超えることを抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明のパワーデバイス駆動装置は、ゲート信号に基づいて、パワーデバイスを駆動する電圧を出力するゲートドライバと、前記パワーデバイスのゲートと前記ゲートドライバとの間に接続された第１の抵抗と、前記パワーデバイスを流れる電流の値を測定する電流センサと、前記測定された電流の値に比例する値の電圧が入力する反転端子と、参照電圧が入力される非反転端子と、出力端子と、を有する比較回路と、前記比較回路の出力端子から出力された信号と前記ゲート信号がそれぞれ入力される２つの入力端子と、出力端子と、を有する論理積回路と、前記ゲートと前記第１の抵抗とを結ぶラインと、前記論理積回路の出力端子と、の間に接続された第２の抵抗と、を有する。

【0007】

また、本発明のパワーデバイス駆動装置は、並列の接続された第１のパワーデバイスと第２のパワーデバイスを駆動するパワーデバイス駆動装置であって、ゲート信号に基づいて、前記第１のパワーデバイスを駆動する電圧を出力する第１のゲートドライバと、前記第１のパワーデバイスのゲートと前記第１のゲートドライバとの間に接続された第１の抵抗と、前記第１のパワーデバイスを流れる電流の値を測定する第１の電流センサと、前記第１の電流センサにより測定された電流の値に比例する値の電圧が入力する反転端子と、参照電圧が入力される非反転端子と、出力端子と、を有する第１の比較回路と、前記第１の比較回路の出力端子から出力された信号と前記ゲート信号がそれぞれ入力される２つの入力端子と、出力端子と、を有する第１の論理積回路と、前記第１のパワーデバイスのゲートと前記第１の抵抗とを結ぶラインと、前記第１の論理積回路の出力端子と、の間に接続された第２の抵抗と、前記ゲート信号に基づいて、前記第２のパワーデバイスを駆動する電圧を出力する第２のゲートドライバと、前記第２のパワーデバイスのゲートと前記第２のゲートドライバとの間に接続された第３の抵抗と、前記第２のパワーデバイスを流れる電流の値を測定する第２の電流センサと、前記第２の電流センサにより測定された電流の値に比例する値の電圧が入力する反転端子と、参照電圧が入力される非反転端子と、出力端子と、を有する第２の比較回路と、前記第２の比較回路の出力端子から出力された信号と前記ゲート信号がそれぞれ入力される２つの入力端子と、出力端子と、を有する第２の論理積回路と、前記第２のパワーデバイスのゲートと前記第３の抵抗とを結ぶラインと、前記第２の論理積回路の出力端子と、の間に接続された第４の抵抗と、を有する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、パワーデバイスを流れる電流が定格電流を超えることを抑制することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態に係るパワーデバイス駆動装置１００を示す図である。

【図2】論理積回路１５０の構成の一例を示す図である。

【図3】並列に接続された２つのパワーデバイスＰＤ１、ＰＤ２に適用された本発明の一実施形態に係るパワーデバイス駆動装置１００を示す図である。

【図4】図３の２つのパワーデバイスＰＤ１、ＰＤ２に流れる電流を説明する図である。

【図5】並列に接続された２つのパワーデバイスの一例を示す図である。

【図6】図５の２つのパワーデバイスに流れる電流を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜パワーデバイス駆動装置１００＞
図１は、本発明の一実施形態に係るパワーデバイス駆動装置１００を示す図である。パワーデバイス駆動装置１００は、ゲートデバイス１１０と、第１の抵抗１２０と、電流センサ１３０と、比較回路１４０と、論理積回路１５０と、第２の抵抗１６０と、を有する。

【0011】

パワーデバイス駆動装置１００は、パワーデバイスＰＤのゲートに電圧を供給することで、パワーデバイスＰＤを駆動する。図１において、パワーデバイスＰＤは、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であるが、パワーデバイスＰＤは、バイポーラトランジスタや、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＧａＮ ＨＥＭＴ（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などであっても良い。

【0012】

ゲートデバイス１１０は、ゲート信号が入力され、入力されたゲート信号に基づいて、パワーデバイスＰＤを駆動する電圧（ゲート駆動電圧）をパワーデバイスＰＤのゲートに出力する。ゲート信号は、ＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルの信号から成る。ゲート信号がＨｉｇｈレベルであるときに、パワーデバイスＰＤのゲートにゲート駆動電圧が出力される。パワーデバイスのゲートに係る電圧Ｖｇが閾値を超えると、パワーデバイスＰＤに電流Ｉｄが流れる。

【0013】

第１の抵抗１２０は、ゲート抵抗であり、ゲートデバイス１１０とパワーデバイスＰＤのゲートとの間に接続される。よって、ゲートデバイス１１０から出力されたゲート駆動電圧は、ゲート抵抗である第１の抵抗１２０を介し、パワーデバイスＰＤのゲートに入力される。

【0014】

電流センサ１３０は、パワーデバイスＰＤを流れる電流Ｉｄの値を測定する。電流センサ１３０は、例えば、図１に示すように、パワーデバイスＰＤの上流側（パワーデバイスＰＤがＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴである場合は、パワーデバイスＰＤのドレイン側）にある。

【0015】

比較回路１４０は、反転端子１４１と、非反転端子１４２と、出力端子１４３と、を有する。反転端子１４１には、電流センサ１３０により測定されて電流Ｉｄの値に比例した電圧ＶＣＴ（ＶＣＴ＝ｂＩｄ、ここで、ｂは比例定数）が入力され、非反転端子１４２には、参照電圧Ｖｒｅｆが入力される。このため、電圧ＶＣＴが参照電圧Ｖｒｅｆより小さいとき（つまり、パワーデバイスＰＤを流れる電流Ｉｄが参照電流Ｉｒｅｆ＝Ｖｒｅｆ／ｂより小さいとき）は、比較回路１４０の出力端子１４３からは、Ｈｉｇｈレベルの信号が出力され、電圧ＶＣＴが参照電圧Ｖｒｅｆより大きいとき（つまり、パワーデバイスＰＤを流れる電流Ｉｄが参照電流Ｉｒｅｆ＝Ｖｒｅｆ／ｂより大きいとき）は、比較回路１４０の出力端子１４３からは、Ｌｏｗレベルの信号が出力される。

【0016】

論理積回路１５０は、２つの入力端子１５１、１５２と、出力端子１５３と、を有する。２つの入力端子１５１、１５２のうちの第１の入力端子１５１には、ゲート信号が入力され、２つの入力端子１５１、１５２のうちの第２の入力端子１５２には、比較回路１４０の出力端子１４３から出力された信号が入力される。このため、ゲート信号と比較回路１４０の出力信号の両方がＨｉｇｈレベルであるときにのみ、論理積回路１５０の出力端子１５３からＨｉｇｈレベルの信号が出力され、ゲート信号と比較回路１４０の出力信号の少なくとも一方がＬｏｗレベルのときは、論理積回路１５０の出力端子１５３からＬｏｗレベルの信号が出力される。

【0017】

第２の抵抗１６０は、パワーデバイスＰＤのゲートと第１の抵抗１２０と接続するラインと論理積回路１５０の出力端子１５３との間に接続される。

【0018】

このため、本実施形態では、電圧ＶＣＴが参照電圧Ｖｒｅｆより大きいならば（つまり、パワーデバイスＰＤを流れる電流Ｉｄが参照電流Ｉｒｅｆ＝Ｖｒｅｆ／ｂより大きいならば）、比較回路１４０の出力信号がＬｏｗレベルとなり、論理積回路１５０の出力信号はＬｏｗレベルとなる。このため、電圧ＶＣＴが参照電圧Ｖｒｅｆより大きいならば（つまり、パワーデバイスＰＤを流れる電流Ｉｄが参照電流Ｉｒｅｆ＝Ｖｒｅｆ／ｂより大きいならば）、パワーデバイスＰＤのゲートよりも論理回路１５０の出力端子１５３の電位が低くなる。結果、ゲートデバイス１１０から出力されたゲート駆動電圧は、第１の抵抗１２０と第２の抵抗１６０により分圧され、パワーデバイスＰＤのゲートにかかる電圧Ｖｇが小さくなり、パワーデバイスＰＤを流れる電流Ｉｄが抑制される。

【0019】

よって、本実施形態では、たとえパワーデバイスＰＤを流れる電流Ｉｄが参照電流Ｉｒｅｆ（＝Ｖｒｅｆ／ｂ）を超えたとしても、この電流の値を小さくすることが可能になる。このため、参照電流Ｉｒｅｆをパワーデバイスの定格電流より小さくすることにより、本実施形態では、パワーデバイスに定格電流を超える電流が流れることを抑制することが可能である。

【0020】

参照電圧Ｖｒｅｆは、適宜設定される。参照電圧Ｖｒｅｆは、例えば、参照電流Ｉｒｅｆ（＝Ｖｒｅｆ／ｂ）がパワーデバイスの定格電流より小さくなるように設定される。また、例えば、参照電圧Ｖｒｅｆは、パワーデバイスがオンのときに、パワーデバイスの駆動電圧がパワーデバイスのゲート閾値電圧より小さくならないように設定される。

【0021】

論理積回路１５０は、例えば、図２に示されるように、電圧源Ｖｃｃと基準電位との間に接続された２つのスイッチＳＷ１、ＳＷ２を有するようにしても良い。このとき、例えば、２つのスイッチＳＷ１、ＳＷ２が、それぞれ、入力端子から入力される信号により制御されるようにし、出力端子が、第２のスイッチ１５６と基準電位とを接続するラインに接続するようにすると良い。

【0022】

＜並列に接続されたパワーデバイス＞
図３は、２つのパワーデバイスＰＤ１、ＰＤ２が並列に接続されている。パワーデバイスＰＤ１は、ゲートデバイス１１０－１と、第１の抵抗１２０－１と、電流センサ１３０－１と、比較回路１４０－１と、論理積回路１５０－１と、第２の抵抗１６０－１と、を有するパワーデバイス駆動装置１００－１により駆動される。パワーデバイスＰＤ２は、ゲートデバイス１１０－２と、第１の抵抗１２０－２と、電流センサ１３０－２と、比較回路１４０－２と、論理積回路１５０－２と、第２の抵抗１６０－２と、を有するパワーデバイス駆動装置１００－２により駆動される。パワーデバイス駆動装置１００－１、１００－２は、図１に示した本実施形態に係るパワーデバイス駆動装置１００と同様のものである。ここで、比較回路１４０－１の非反転端子に入力される参照Ｖｒｅｆ１と比較回路１４０－２の非反転端子に入力される参照Ｖｒｅｆ２は、同じ値であっても良いし、異なっていても良い。

【0023】

パワーデバイスＰＤ１のゲートドライバ１００－１から出力される信号Ａ１に対して、パワーデバイスＰＤ２のゲートドライバ１００－２から出力される信号Ａ２が、図４に示すように、遅延している場合であっても、本実施形態では、パワーデバイスＰＤ１に流れる電流Ｉｄ１、パワーデバイスＰＤ２に流れる電流Ｉｄ２は、図４に示すように、抑制される。

【0024】

これは、信号Ａ１がＨｉｇｈレベルであり、信号Ａ２がＬｏｗレベルである期間Ｔ１において、パワーデバイスＰＤ１に流れる電流Ｉｄ１が参照電流Ｉｒｅｆ（＝Ｖｒｅｆ／ｂ）より大きくなったとしても、ゲートデバイス１００からパワーデバイスＰＤ１に出力されるゲート駆動電圧は、パワーデバイス駆動装置１００－１の第１の抵抗１２０－１と第２の抵抗１６０－１により分圧され、図４に示すように、パワーデバイスＰＤ１のゲートにかかる電圧Ｖｇ１が小さくなり、パワーデバイスＰＤ１を流れる電流Ｉｄ１は抑制される。

【0025】

また、信号Ａ１がＬｏｗレベルであり、信号Ａ２がＨｉｇｈレベルである期間Ｔ２において、パワーデバイスＰＤ２に流れる電流ＩＰＤ２が参照電流Ｉｒｅｆ（＝Ｖｒｅｆ／ｂ）より大きくなったとしても、ゲートデバイス１１０からパワーデバイスＰＤ２に出力されたゲート駆動電圧は、第１の抵抗１２０－２と第２の抵抗１６０－２により分圧され、図４に示すように、パワーデバイスＰＤ２のゲートにかかる電圧Ｖｇ２が小さくなり、パワーデバイスＰＤ２を流れる電流Ｉｄ２は抑制される。

【0026】

以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に記載した本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更が可能である。

【符号の説明】

【0027】

１００ パワーデバイス駆動装置
１１０ ゲートデバイス
１２０ 第１の抵抗
１３０ 電流センサ
１４０ 比較回路
１４１ 反転端子
１４２ 非反転端子
１４３ 出力端子
１５０ 論理積回路
１５１ 第１の入力端子
１５２ 第２の入力端子
１５３ 出力端子
１６０ 第２の抵抗

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】