特許 7528744 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】2024-07-29

(45)【発行日】2024-08-06

(54)【発明の名称】ゲート駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H03K 17/56 20060101AFI20240730BHJP

   H03K 17/06 20060101ALI20240730BHJP

【ＦＩ】

H03K17/56 E

H03K17/06 065

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020197004

(22)【出願日】2020-11-27

(65)【公開番号】P2022085366

(43)【公開日】2022-06-08

【審査請求日】2022-12-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(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】道下 雄介

【審査官】工藤 一光

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１１３８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－５０８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｋ１７／０６

Ｈ０３Ｋ１７／１６

Ｈ０３Ｋ１７／５６－１７／７３５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

１または複数のゲート駆動型のスイッチング素子を駆動するゲート駆動装置であって、
ゲート駆動信号とゲート駆動能力を設定する駆動能力調整信号とに基づき前記スイッチング素子のゲートを駆動する１または複数のゲート駆動回路（２０、２０ａ、２０ｂ、５０）と、
前記スイッチング素子のゲート電圧がオンもしくはオフの判定設定値に達したことを検出してオンもしくはオフの検出信号を出力する１または複数のゲート電圧検出回路（３０、３０ａ、３０ｂ、８０）と、
前記ゲート駆動信号によりオンまたはオフのゲート駆動を指示した時点から前記ゲート電圧検出回路が前記オンまたはオフの検出信号を出力した時点までのゲート駆動時間があらかじめ設定されたゲート駆動時間設定値と一致するように前記ゲート駆動回路に前記駆動能力調整信号を指示する１または複数の制御回路（１０、１０ａ、１０ｂ、１２、１３、１５、１８）と
を備えたゲート駆動装置。

【請求項2】

前記スイッチング素子の電流を検出する電流検出回路を備え、
前記制御回路は、前記ゲート駆動時間が前記ゲート駆動時間設定値と一致するように前記ゲート駆動回路に前記駆動能力調整信号を指示する処理において、前記ゲート駆動時間設定値を、前記電流検出回路により検出された前記スイッチング素子の電流があらかじめ設定されたレベルよりも大きい場合には大きく、小さい場合には小さく調整したものを用いる請求項１に記載のゲート駆動装置。

【請求項3】

前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出回路を備え、
前記制御回路は、前記ゲート駆動時間が前記ゲート駆動時間設定値と一致するように前記ゲート駆動回路に前記駆動能力調整信号を指示する処理において、前記ゲート駆動時間設定値を、前記温度検出回路により検出された前記スイッチング素子の温度に応じて調整したものを用いる請求項１または２に記載のゲート駆動装置。

【請求項4】

前記スイッチング素子に印加する電源電圧を検出する電源電圧検出回路を備え、
前記制御回路は、前記ゲート駆動時間が前記ゲート駆動時間設定値と一致するように前記ゲート駆動回路に前記駆動能力調整信号を指示する処理において、前記ゲート駆動時間設定値を、前記電源電圧検出回路により検出された前記電源電圧に応じて調整したものを用いる請求項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】

前記１または複数のゲート電圧検出回路（８０）は、前記スイッチング素子のゲート電圧がミラー電圧レベルの判定設定値に達したことを検出して中間レベル検出信号を出力するよう構成され、
前記制御回路（１８）は、前記ゲート駆動信号によりオンまたはオフのゲート駆動を指示した時点から前記ゲート電圧検出回路が前記中間レベル検出信号を出力した時点までのゲート駆動時間があらかじめ設定された第１ゲート駆動時間設定値と一致するように前記ゲート駆動回路に前記駆動能力調整信号を指示し、且つ、前記ゲート電圧検出回路が前記中間レベル検出信号を検出した時点から前記ゲート電圧検出回路が前記オンまたはオフの検出信号を出力した時点までのゲート駆動時間があらかじめ設定された第２ゲート駆動時間設定値と一致するように前記ゲート駆動回路に前記駆動能力調整信号を指示する請求項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】

前記ゲート駆動回路は、前記スイッチング素子のゲートに対して定電流により駆動する請求項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】

前記ゲート駆動回路は、前記スイッチング素子のオン駆動を行う請求項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は、前記スイッチング素子のオフ駆動を行う請求項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9】

前記ゲート駆動回路は、前記スイッチング素子のオン駆動およびオフ駆動を行う請求項１から６のいずれか一項に記載のゲート駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ゲート駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ゲート駆動型のスイッチング素子のゲート駆動制御においては、あらかじめ決められた駆動能力でゲート駆動をしようとすると、制御対象のスイッチング素子のゲート容量のばらつきに起因して次のような不具合があった。

【0003】

スイッチング素子は、ゲート容量が異なることで、設定された駆動能力で駆動すると、ゲート電荷Ｑｇが同じでもゲート電圧が異なる状態が生じ、これによってオンあるいはオフのゲート駆動時間がばらつく。

【0004】

このため、パワー系のスイッチング素子では、スイッチング時に発生するサージ電圧もばらつくため、ばらつきを考慮してサージ電圧がスイッチング素子の耐圧を超えないように駆動能力を決める必要がある。

【0005】

具体的にはスイッチング素子の特性ばらつきがあるため、ゲート容量あるいはゲート容量に相当する規格の最小値のものに合わせてサージ電圧を見ながら駆動能力を調整している。この結果、制御対象となるスイッチング素子に特性ばらつきがあっても、サージ電圧が耐圧を超えることを抑制することができるが、逆にゲート容量が最大のものでは、ゲート電圧駆動時間が長くなることで、スイッチング損失が大きくなるという問題点がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許第４１４４５４１号公報

【文献】特許第４９３５２６６号公報

【文献】特許第５４６０５１９号公報

【文献】特許第６３５０３０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、制御対象となるスイッチング素子のゲート容量がばらつきによって異なる場合でも、スイッチング損失の低減効果を考慮して設定したオン駆動時間で駆動でき、しかも耐圧を超えないサージ電圧で駆動することができるようにした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】

【0008】

請求項１に記載のゲート駆動装置は、１または複数のゲート駆動型のスイッチング素子を駆動するゲート駆動装置であって、ゲート駆動信号とゲート駆動能力を設定する駆動能力調整信号とに基づき前記スイッチング素子のゲートを駆動する１または複数のゲート駆動回路（２０、２０ａ、２０ｂ、５０）と、前記スイッチング素子のゲート電圧がオンもしくはオフの判定設定値に達したことを検出してオンもしくはオフの検出信号を出力する１または複数のゲート電圧検出回路（３０、３０ａ、３０ｂ、８０）と、前記ゲート駆動信号によりオンまたはオフのゲート駆動を指示した時点から前記ゲート電圧検出回路が前記オンまたはオフの検出信号を出力した時点までのゲート駆動時間があらかじめ設定されたゲート駆動時間設定値と一致するように前記ゲート駆動回路に前記駆動能力調整信号を指示する１または複数の制御回路（１０、１０ａ、１０ｂ、１２、１３、１５、１８）とを備えている。

【0009】

上記構成を採用することにより、与えられるゲート駆動時間設定値に対して、スイッチング素子のゲート電圧をゲート電圧検出回路により検出してオンあるいはオフのゲート駆動時間をモニタし、制御回路により駆動能力を調整設定することでゲート駆動回路によるスイッチング素子のゲートへの定電流通電の電流値を制御してゲート駆動時間を設定値となるように制御することができる。

【0010】

これにより、設定されるオン駆動時間設定値に対して、スイッチング素子のゲート容量のばらつきに起因したゲート駆動時間のばらつきをなくすように駆動能力を適切に設定することができ、これによって、サージ電圧が耐圧を超えることを抑制し、且つゲート電圧駆動時間を適正に保持してスイッチング損失が大きくなることを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態を示す電気的構成図

【図2】第１実施形態を示すスイッチングサイクルの流れ図

【図3】第１実施形態を示すオン駆動時間設定処理の流れ図

【図4】第１実施形態を示すタイミングチャート

【図5】第２実施形態を示す電気的構成図

【図6】第２実施形態を示すタイミングチャート

【図7】第３実施形態を示す電気的構成図

【図8】第３実施形態を示すタイミングチャート

【図9】第３実施形態を示す作用説明図

【図10】第４実施形態を示す電気的構成図

【図11】第４実施形態を示すタイミングチャート

【図12】第４実施形態を示す作用説明図

【図13】第５実施形態を示す電気的構成図

【図14】第６実施形態を示す電気的構成図

【図15】第７実施形態を示す電気的構成図

【図16】第８実施形態を示す電気的構成図

【図17】第９実施形態を示す電気的構成図

【図18】第１０実施形態を示す電気的構成図

【図19】第１０実施形態を示すタイミングチャートその１

【図20】第１０実施形態を示すタイミングチャートその２

【発明を実施するための形態】

【0012】

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１～図４を参照して説明する。
図１は電気的構成を示すもので、ゲート駆動装置１００は、制御対象となるゲート駆動型のスイッチング素子である例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１のオンオフの駆動制御を行うもので、この実施形態ではオン駆動の制御を行う構成を示している。なお、ＩＧＢＴ１をオフ駆動するオフ駆動回路は、図１には示していないが、ゲート駆動装置１００に設けても良いし別途設けても良い。

【0013】

ゲート駆動装置１００は、制御回路１０、オン駆動用のゲート駆動回路２０およびゲート電圧検出回路３０を備えている。制御回路１０は、ＩＧＢＴ１のオンオフ制御を司る外部の回路からオン駆動指令信号Ｓｏｎｘを受けるとともに、オン駆動時間設定値Ｔｏｎｓが与えられる。制御回路１０は、与えられたオン駆動指令信号Ｓｏｎｘに応じてオン駆動回路２０にオン駆動信号Ｓｏｎを出力するとともに、オン駆動時間設定値Ｔｏｎｓに応じた駆動能力電圧信号Ｓｄｘを出力する。また、制御回路１０は、ゲート電圧検出回路３０からゲート検出信号Ｓｇが入力される。

【0014】

ゲート駆動回路２０は、ゲート駆動用のＰチャンネル型のＭＯＳトランジスタ２１、誤差増幅器２２および定電流回路２３を備えている。ＭＯＳトランジスタ２１は、ソースが抵抗２を介して制御用の直流電源Ｖｃｃに接続され、ドレインはＩＧＢＴ１のゲートに接続される。ＭＯＳトランジスタ２１のゲートは、誤差増幅器２２の出力端子に接続されている。

【0015】

誤差増幅器２２は、反転入力端子がＭＯＳトランジスタ２１のソースに接続され、非反転入力端子が抵抗２４を介して直流電源Ｖｃｃに接続されるとともに定電流回路２３に接続される。定電流回路２３は、定電流値が駆動能力調整信号Ｓｄｘにより変更設定される構成で、抵抗２４に定電流を流すことで誤差増幅器２２の非反転入力端子に与える電圧を調整する構成である。

【0016】

誤差増幅器２２は、直流電源Ｖｃｃの電圧から、定電流回路２３により流される定電流で抵抗２４に発生する電圧分が降下した電圧に対して、抵抗２を通じて流れる電流で発生する電圧分が降下した電圧と一致するようにＭＯＳトランジスタ２１のゲートに電圧を出力する。これにより、ＭＯＳトランジスタ２１に流れる電流を定電流となるように制御するものである。ＭＯＳトランジスタ２１によりＩＧＢＴ１のゲートに流す定電流値は、駆動能力調整信号Ｓｄｘを調整することで変更することができる。

【0017】

ゲート電圧検出回路３０は、コンパレータ３１および参照電源３２を備えている。コンパレータ３１は、非反転入力端子がＩＧＢＴ１のゲートに接続され、反転入力端子が参照電源３２に接続されている。参照電源３２は、参照電圧ＶｒｅｆＵとして、ＩＧＢＴ１がオン状態になったときのゲート電圧ＶＧよりも少し低い電圧に設定されており、コンパレータ３１は、ＩＧＢＴ１のゲート電圧Ｖｇが参照電圧ＶｒｅｆＵに達するとハイレベルのゲート検出信号Ｓｇを制御回路１０に出力する。

【0018】

次に、上記構成の作用について、図２～図４も参照して説明する。この実施形態においては、ゲート駆動装置１０により、ＩＧＢＴ１のオン駆動について、ゲート駆動時間としてオン駆動時間Ｔｏｎをオン駆動時間設定値Ｔｏｎｓとなるように制御する。この場合、制御対象となるＩＧＢＴ１は、規格の範囲においてゲート容量がばらつくため、定電流でゲート駆動をする場合には、ゲート電荷Ｑｇが同じでもゲート電圧Ｖｇがばらつくことになるので、これに対して駆動能力Ｓｄｘの設定により定電流値を調整して合わせ込みを行うことでオン駆動時間Ｔｏｎがオン駆動時間設定値Ｔｏｎｓとなるように制御する。

【0019】

図２はゲート制御装置１００によるＩＧＢＴ１のオン駆動制御動作のスイッチングサイクルの流れを示している。まず、ステップＳ１００では、外部からオン駆動指令信号Ｓｏｎｘが与えられると、制御回路１０がこれを入力し、次に、ステップ１１０で駆動能力調整信号Ｓｄｘが更新されている場合にはこれを入力し、ゲート駆動回路２０に出力して設定する。駆動能力調整信号Ｓｄｘが更新されていない場合には、前回の値もしくは初期値を設定する。

【0020】

次に、制御回路１０は、ステップ１２０で、ゲート駆動回路２０にハイレベル「Ｈ」のオン駆動信号Ｓｏｎを出力してＩＧＢＴ１にゲート電流を流す。ここでは、ゲート駆動回路２０では、誤差増幅器２２にオン駆動信号Ｓｏｎが与えられると、定電流回路２３に設定された定電流が直流電源Ｖｃｃから抵抗２４に流れ、電源電圧Ｖｃｃから抵抗２４の端子間電圧だけ下がった電圧が誤差増幅器２２の非反転入力端子に印加される。誤差増幅器２２は、反転入力端子の電圧が抵抗２４の電圧降下分と同じ電圧となるようにＭＯＳトランジスタ２１にゲート電圧を与えて抵抗２に定電流を流す。

【0021】

これにより、ＩＧＢＴ１はゲートに定電流で充電され、ステップＳ１３０で、ゲート電圧Ｖｇは一定の電圧上昇率で上昇して所定のゲート電圧ＶＧに達するとＩＧＢＴ１がオン状態となる。このとき、ＩＧＢＴ１のゲート電圧Ｖｇは、ゲート電圧検出回路３０により検出されており、コンパレータ３１は、ゲート電圧Ｖｇが所定のゲート電圧ＶＧにほぼ達した状態を検知するための参照電圧ＶｒｅｆＵに達すると、ステップＳ１４０でハイレベル「Ｈ」のゲート検出信号Ｓｇによりオン状態に達したことを制御回路１０に出力する。

【0022】

この後、ステップＳ１５０で、外部からオン駆動指令信号が与えられると、制御回路１０がこれを入力し、次に、ステップ１６０でゲート駆動回路２０にローレベル「Ｌ」のオフ駆動信号を出力してＩＧＢＴ１のゲート電荷を放電させる。これにより、ステップＳ１７０で、ＩＧＢＴ１のゲート電圧Ｖｇは下降してゆき、しきい値電圧以下に低下するとＩＧＢＴ１はオフ状態に移行する。
この後、上記と同様にしてスイッチングサイクルを繰り返し実行することで、ゲート制御装置１００によるＩＧＢＴ１のオンオフ駆動の制御動作が実施される。

【0023】

次に、上記スイッチングサイクルにおいて、オン駆動時間の設定処理の流れについて、図３を参照して説明する。この実施形態においては、上記したスイッチングサイクルにおいて、与えられたオン駆動時間設定値ＴｏｎｓでＩＧＢＴ１をオン駆動させるために、制御回路１０において、駆動能力を調整して駆動能力調整信号Ｓｄｘを設定している。

【0024】

制御回路１０は、オンオフの駆動制御動作を開始すると、まず、ステップＳ２００で、前述したステップＳ１２０、Ｓ１４０で出力されたオン駆動信号Ｓｏｎのタイミングとゲート検出信号Ｓｇの検出タイミングを取得し、続くステップＳ２１０で、これらの間の時間をオン駆動時間Ｔｏｎとして算出する。

【0025】

この後、制御回路１０は、ステップＳ２２０で、算出したオン駆動時間Ｔｏｎの値が、与えられているオン駆動時間設定値Ｔｏｎｓとほぼ一致しているか否かを判定する。この場合、オン駆動時間設定値Ｔｏｎｓに対して上下に若干の範囲を設定して一致する条件としている。一般的には最初は一致していることはないので、ＮＯと判断して次のステップＳ２３０に移行する。

【0026】

制御回路１０は、ステップＳ２３０で、算出したオン駆動時間Ｔｏｎの値が、与えられているオン駆動時間設定値Ｔｏｎｓに対して大であるか否かを判定する。この場合、オン駆動時間Ｔｏｎが大きいということは、駆動能力が小さいためにオンするまでの時間が長いということになるので、ＹＥＳと判断してステップＳ２４０に移行し、駆動能力をアップする処理をする。

【0027】

駆動能力は初期値としては、ＩＧＢＴ１のサージ電圧が耐圧を超えないようにするために小さく設定されているので、通常の処理では駆動能力をアップすることになる。ここでは、制御回路１０は、次のステップＳ２５０で、アップさせた駆動能力に相当する駆動能力調整信号Ｓｄｘを設定する。これにより、前述のスイッチングサイクルのオン駆動制御においては、ステップＳ１１０で設定された駆動能力調整信号Ｓｄｘを更新された値として受け付けて、ゲート駆動回路２０の定電流回路２３の定電流値を上昇させるように設定する。

【0028】

以上のようにして、制御を繰り返すことで、オン駆動時間Ｔｏｎは、オン駆動時間設定値Ｔｏｎｓとほぼ一致する状態とすることができ、制御回路１０は、ステップＳ２２０でＹＥＳと判断して駆動能力をそのまま維持して処理を終了する。これにより、ＩＧＢＴ１のゲート容量にばらつきがあって、ゲート駆動時間Ｔｏｎがずれる場合でも、駆動能力を調整設定することでオン駆動時間設定値Ｔｏｎｓとなるように制御することができる。

【0029】

また、このようにして制御を繰り返すうちに、オン駆動時間Ｔｏｎがオン駆動時間設定値Ｔｏｎｓ以下になった場合には、制御回路１０は、ステップＳ２３０で、ＮＯと判断してステップＳ２６０に移行し、この場合には、駆動能力をダウンさせるように制御する。これにより、ステップＳ２５０に移行すると、制御回路１０は、更新設定された駆動能力調整信号Ｓｄｘを新たに設定することで、再びオン駆動時間Ｔｏｎをオン駆動時間設定値Ｔｏｎｓに一致するように制御することができる。
次に、上記の制御動作について、図４のタイミングチャートを参照して説明する。

【0030】

時刻ｔ０でハイレベルのオン駆動信号Ｓｏｎが出力されると、この後、時刻ｔ１でオン駆動時間設定値Ｔｏｎｓが経過し、さらにこの後の時刻ｔ２でゲート電圧Ｖｇが参照電圧ＶｒｅｆＵに達してゲート検出信号Ｖｇはハイレベルに変化する。この後、ゲート電圧ＶｇがＶＧに達するとＩＧＢＴ１がオン状態となる。

【0031】

制御回路１０は、オン駆動時間Ｔｏｎとして、時刻ｔ０からｔ２までの期間をオン駆動時間Ｔｏｎａ（ａは１回目を示しており、以下、ｂ、ｃ、・・・）として算出する。このオン駆動時間Ｔｏｎａは、オン駆動時間設定値Ｔｏｎｓよりも大であるので、短くするために、制御回路１０により駆動能力をアップするように調整した駆動能力調整信号Ｓｄｘを初期値Ｓｄｘ０からＳｄｘａに変更するように設定される。

【0032】

なお、このときの駆動能力調整信号Ｓｄｘの上げ幅は、所定幅で変化させるようにしても良いし、オン駆動時間Ｔｏｎとオン駆動時間設定値Ｔｏｎｓとの差の大きさに応じて設定するようにしても良い。

【0033】

この結果、次のオン時には、時刻ｔ４でハイレベルのオン駆動信号Ｓｏｎが出力されると、この後、時刻ｔ５でオン駆動時間設定値Ｔｏｎｓが経過するとともに、ゲート電圧Ｖｇが参照電圧ＶｒｅｆＵに達してゲート検出信号Ｖｇはハイレベルに変化するようになり、この後、ゲート電圧ＶｇがＶＧに達するとＩＧＢＴ１がオン状態となる。

【0034】

制御回路１０は、オン駆動時間Ｔｏｎとして、時刻ｔ４からｔ５までの期間をオン駆動時間Ｔｏｎｂ（２回目）として算出する。このオン駆動時間Ｔｏｎｂは、オン駆動時間設定値Ｔｏｎｓとほぼ同じになる。この状態では、制御回路１０は、駆動能力を維持した状態とする。

【0035】

このような本実施形態では、与えられるオン駆動時間設定値Ｔｏｎｓに対して、ゲート電圧をゲート電圧検出回路３０により検出してオン駆動時間Ｔｏｎをモニタし、制御回路１０により駆動能力を調整設定することでゲート駆動回路２０によるＩＧＢＴ１のゲートへの定電流通電の電流値を制御するように構成した。

【0036】

これにより、設定されるオン駆動時間設定値Ｔｏｎｓに対して、制御対象となるＩＧＢＴ１のゲート容量のばらつきに起因したオン駆動時間Ｔｏｎのばらつきをなくすように駆動能力を適切に設定することができ、これによって、サージ電圧が耐圧を超えることを抑制し、且つゲート電圧駆動時間を適正に保持してスイッチング損失が大きくなることを抑制することができる。

【0037】

また、上記実施形態においては、ゲート駆動回路２０として、ＩＧＢＴ１のゲートに駆動能力に基づいて定電流を供給して充電する構成としているので、ＩＧＢＴ１のゲート電圧Ｖｇの上昇速度の変更設定のための構成が容易であり、オン駆動時間の調整を簡単な構成で実現できる。

【0038】

なお、上記実施形態では、ゲート電圧検出回路３０として、コンパレータ３１を設ける構成としているが、これに限らず、例えば、ＩＧＢＴ１のゲート電圧Ｖｇをデジタルデータに変換するＡ／Ｄコンバータとして設ける構成とすることもできる。この場合には、ゲート検出信号をゲート電圧に基づくデジタルデータとして、ゲート検出信号を得るための処理を制御回路１０内で実施することで同様の制御を行うことができる。

【0039】

（第２実施形態）
図５および図６は第２実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、ゲート駆動装置１１０として、２個のＩＧＢＴ１ａ、１ｂを駆動する構成を備えたものである。ここで、２個のＩＧＢＴ１ａ、１ｂは並列接続されている。

【0040】

図５は電気的構成を示しており、ゲート駆動装置１１０は、第１実施形態で示したゲート駆動装置１００の制御回路１０、ゲート駆動回路２０、ゲート電圧検出回路３０をそれぞれのＩＧＢＴ１ａ、１ｂに対応して２組設けられている。各組の構成はＩＧＢＴ１ａの構成に対して添え字「ａ」を付し、ＩＧＢＴ１ｂの構成に添え字「ｂ」を付して示している。

【0041】

制御回路１０ａ、１０ｂには同じオン駆動信号Ｓｏｎｘ、オン駆動時間設定値Ｔｏｎｓが与えられる構成である。制御回路１０ａは、ゲート駆動回路２０ａにオン駆動信号Ｓｏｎ１、駆動能力調整信号Ｓｄｘ１を与える。また、制御回路１０ａは、ゲート電圧検出回路３０ａからゲート検出信号Ｓｇ１が入力される。また、制御回路１０ｂは、ゲート駆動回路２０ｂにオン駆動信号Ｓｏｎ２、駆動能力調整信号Ｓｄｘ２を与える。また、制御回路１０ｂは、ゲート電圧検出回路３０ｂからゲート検出信号Ｓｇ２が入力される。

【0042】

これにより、各制御回路１０ａ、１０ｂは、図６に示すように、共通のオン駆動時間設定値Ｔｏｎｓに対応して第１実施形態と同様の制御を実施することで、ゲート駆動回路２０ａ、２０ｂの駆動能力を最適な状態に調整することができ、これによってＩＧＢＴ１ａのオン駆動時間Ｔｏｎ１とＩＧＢＴ１ｂのオン駆動時間Ｔｏｎ２のいずれもオン駆動時間設定値Ｔｏｎｓに一致させるように駆動することができる。

【0043】

このような第２実施形態によっても、設定されるオン駆動時間設定値Ｔｏｎｓに対して、制御対象となるＩＧＢＴ１ａ、１ｂのゲート容量のばらつきに起因したオン駆動時間Ｔｏｎ１、Ｔｏｎ２のばらつきをなくすように駆動能力を適切に設定することができ、これによって、サージ電圧が耐圧を超えることを抑制し、且つゲート電圧駆動時間を適正に保持してスイッチング損失が大きくなることを抑制することができる。

【0044】

（第３実施形態）
図７から図９は第３実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、ゲート駆動装置１２０は、ゲート電圧検出回路３０に代えて、センス電流検出回路４０を設ける構成としている。また、ＩＧＢＴ１は、センス電流を検出できるセンスエミッタ端子を備えている。ＩＧＢＴ１のセンスエミッタ端子は電流検出用の抵抗３を介してグランドに接続されている。

【0045】

センス電流検出回路４０は、オペアンプ４１、４２およびコンデンサ４３を備えている。センス電流検出回路４０は、ＩＧＢＴ１のセンスエミッタ端子から抵抗３に流れるセンス電流Ｉｓｅｎにより抵抗３に発生する端子電圧Ｖｓｅｎを取り込み、２個のオペアンプ４１、４２をバッファとして介した出力をセンス電流検出信号Ｓｓｅｎとして制御回路１１に出力する。

【0046】

制御回路１１は、あらかじめ設定されたオン駆動指令信号Ｓｏｎｘおよびセンス電流検出回路４０から入力されるセンス電圧Ｖｓｅｎを取り込み、オン駆動指令信号Ｓｏｎｘからオン駆動信号Ｓｏｎをゲート駆動回路２０に出力する。また、制御回路１１は、オン駆動時の駆動能力を駆動能力調整信号Ｓｄｘとしてゲート駆動回路２０の定電流回路２３に出力する。

【0047】

そして、この実施形態においては、制御回路１１は、ＩＧＢＴ１のオン駆動時の駆動能力を、センス電流検出信号Ｓｓｅｎに応じて適切なレベルに調整して駆動能力調整信号Ｓｄｘとしてゲート駆動回路２０に更新設定するように出力する。

【0048】

この場合、制御回路１１は、ゲート駆動回路２０に対して、センス電流検出回路４０からのセンス電流検出信号ＳｓｅｎによりＩＧＢＴ１のセンス電流Ｉｓｅｎが増大したと判定すると駆動能力を小さくするように更新設定し、ＩＧＢＴ１の電流が減少したと判定すると駆動能力を大きくするように更新設定する。

【0049】

これにより、ＩＧＢＴ１のセンス電流検出信号Ｓｓｅｎが小さい場合には、ＩＧＢＴ１に流れる電流が小さくサージ電圧も小さくなるため、前回のスイッチングよりも駆動能力を上昇することができる。また、ＩＧＢＴ１のセンス電流検出信号Ｓｓｅｎが大きい場合には、ＩＧＢＴ１に流れる電流が大きくサージ電圧が大きくなるため、前回のスイッチングよりも駆動能力を低下することでサージ電圧を抑制する。

【0050】

上記した制御内容について、図８のタイミングチャートを参照して説明する。なお、図中、センス電流検出信号Ｓｓｅｎのサンプルホールドのタイミングは、ゲート電圧が所定レベルに達した後であってＩＧＢＴ１が十分にオンした状態で行うことを前提としている。このため、図７には示していないが、ＩＧＢＴ１のゲート電圧を検出することでタイミングを設定しても良いし、ハイレベルのオン駆動信号Ｓｏｎを出力してから一定時間が経過したタイミングを設定しても良い。

【0051】

制御回路１１は、オン駆動指令信号Ｓｏｎｘが入力されると、「状態１」では、前回のスイッチング時により決定された駆動能力を駆動能力調整信号Ｓｄｘ０として、時刻ｔ０にオン駆動タイミングをハイレベルのオン駆動信号Ｓｏｎとしてゲート駆動回路２０に入力する。これにより、ゲート駆動回路２０は、入力された駆動能力調整信号Ｓｄｘ０に基づきＩＧＢＴ１のゲートに定電流を供給して充電する。ＩＧＢＴ１は、ゲート電圧Ｖｇが上昇して、時刻ｔ１に図中「状態１」で示すオン状態に移行する。

【0052】

ＩＧＢＴ１がオン状態にある期間中に電流が流れることで、これに比例したセンス電流Ｉｓｅｎがセンスエミッタ端子から抵抗３を介して流れる。これにより、抵抗３の抵抗値とセンス電流Ｉｓｅｎの積に相当するセンス電圧Ｖｓｅｎが抵抗３の端子に発生する。このセンス電圧Ｖｓｅｎを時刻ｔ２でセンス電流検出回路４０により検出し、センス電流検出信号Ｓｓｅｎ０を制御回路１１に伝える。

【0053】

この後、「状態移行時」のスイッチングサイクルにおいて、ＩＧＢＴ１の電流が小さくなり、センス電流信号がＳｓｅｎ０からＳｓｅｎａに小さくなると、制御回路１１は、低下したセンス電流信号Ｓｓｅｎａに応じて駆動能力を決定する。ここでは、センス電流信号Ｓｓｅｎａが低下しているので、次の時刻ｔ４からｔ８の「状態移行時」のスイッチングサイクルにて、オフ開始時点の時刻ｔ７でゲート駆動回路２０に駆動能力調整信号をＳｄｘ０からアップさせたＳｄｘａとして駆動能力を伝達する。このときのセンス電流信号Ｓｓｅｎのレベルと駆動能力Ｓｄｘとの関係については、図９に示すような関係にある。

【0054】

例えば、小さいセンス電流Ｉｓｅｎａの場合にはＩＧＢＴ１の電流が小さくサージ電圧が小さくなるため、前回のスイッチングの駆動能力ＳｄｘａからＳｄｘｂにアップする。逆に大きいセンス電流Ｉｓｅｎｂの場合にはＩＧＢＴ１の電流が大きくサージ電圧が大きくなるため、前回のスイッチングの駆動能力ＳｄｘｂからＳｄｘａにダウンさせる。

【0055】

この実施形態では、制御回路１１は、時刻ｔ７でゲート駆動回路２０に出力する駆動能力調整信号をＳｄｘａにアップするので、実質的にはオン駆動時間設定値Ｔｏｎが短く設定されたことと等価となり、オン駆動時間Ｔｏｎも短い時間として調整されるようになる。

【0056】

このような第３実施形態によれば、センス電流検出回路４０を設け、制御回路１１により、センス電流検出信号Ｓｓｅｎのレベルに応じて駆動能力を図９に示す関係で調整するようにしたので、ＩＧＢＴ１のサージ電圧を制御しつつ、スイッチング損失を低減することができる。

【0057】

なお、上記実施形態においては、センス電流検出回路４０をオペアンプの組み合わせによる構成としているが、Ａ／Ｄコンバータによりセンス電圧Ｖｓｅｎをデジタルデータのセンス電流検出信号Ｓｓｅｎに変換して制御回路１１に出力する構成とし、制御回路１１内においてレベルを判定するようにしても良い。

【0058】

（第４実施形態）
図１０から図１２は第４実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、ゲート駆動装置１３０は、第１実施形態のゲート駆動装置１００の構成に第３実施形態のセンス電流検出回路４０を付加した構成としたものである。

【0059】

この構成では、制御回路１０に代る制御回路１２は、あらかじめ設定されたオン駆動指令信号Ｓｏｎｘ、オン駆動時間設定値Ｔｏｎｓ、ゲート電圧検出回路３０からのゲート検出信号Ｓｇおよびセンス電流検出回路４０からのセンス電流検出信号Ｓｓｅｎを入力信号とする。

【0060】

制御回路１２は、オン駆動指令信号Ｓｏｎｘからオン駆動タイミングを設定してゲート駆動回路２０にオン駆動信号Ｓｏｎを出力するとともに、駆動能力調整信号Ｓｄｘからオン駆動時の駆動能力を出力する。

【0061】

また、制御回路１２は、オン駆動時の駆動能力をハイレベルのオン駆動信号Ｓｏｎの出力タイミングからゲート検出信号Ｓｇが入力されるまでのオン駆動時間Ｔｏｎとあらかじめ設定されたオン駆動時間設定値Ｔｏｎｓとを比較して、比較結果とセンス電流検出信号Ｓｓｅｎに応じて駆動能力調整信号Ｓｄｘとして出力する。

【0062】

これにより、制御回路１２は、ＩＧＢＴ１の電流の変化をセンス電流検出信号Ｓｓｅｎのレベルの変化によって検出しながら駆動能力を変更設定し、且つ、オン駆動時間Ｔｏｎが設定されたオン駆動設定値Ｔｏｎｓとなるように駆動能力を変更設定することができる。この結果、サージ電圧による保護を図りながら最適なオン駆動時間ＴｏｎｓでＩＧＢＴ１をオン駆動させることができる。

【0063】

図１１を参照して具体的な制御動作について説明する。
制御回路１２は、オン駆動指令信号Ｓｏｎｘが入力されると、前回のスイッチング時により決定された駆動能力を駆動能力調整信号Ｓｄｘとして、オン駆動タイミングをハイレベルのオン駆動信号Ｓｏｎにより時刻０でゲート駆動回路２０に入力する。

【0064】

ゲート駆動回路２０は、入力された駆動能力に基づきＩＧＢＴ１のゲートに定電流で充電をすることで、ゲート電圧Ｖｇが上昇して、オン状態に移行する。このとき、ＩＧＢＴ１のゲート電圧Ｖｇが、オン状態を検出するための参照電圧ＶｒｅｆＵを超えるとゲート電圧検出回路３０により検出して、ハイレベルのゲート検出信号Ｓｇを制御回路１２に出力する。

【0065】

また、ＩＧＢＴ１がオンしている期間中、ＩＧＢＴ１に電流が流れ、そのミラーした電流がセンスエミッタ端子から抵抗３に流れ、それらの積となるセンス電圧Ｖｓｅｎが発生する。センス電圧Ｖｓｅｎをセンス電流検出回路４０により検出し、センス電流検出信号Ｓｓｅｎを制御回路１２に出力する。

【0066】

制御回路１２は、オン駆動時の駆動能力はオン駆動タイミングからゲート電圧を検出するまでのオン駆動時間Ｔｏｎとあらかじめ設定されたオン駆動時間設定値Ｔｏｎｓとを比較して設定する。この場合、オン駆動時間Ｔｏｎがオン駆動時間設定値Ｔｏｎｓよりも大きい場合は、前回のスイッチングよりも駆動能力を上昇するように駆動能力調整信号Ｓｄｘを設定する。オン駆動時間Ｔｏｎがオン駆動時間設定値Ｔｏｎｓよりも小さい場合は前回のスイッチングよりも駆動能力を低下する。

【0067】

また、制御回路１２は、センス電流検出信号Ｓｓｅｎに応じて駆動能力を決定して、ゲート駆動回路２０に駆動能力調整信号Ｓｄｘとして駆動能力を伝達する。この場合、駆動能力を変更設定することは、オン駆動時間設定値Ｔｏｎｓを実質的に変更設定することと等価になる。

【0068】

例えば、小さいセンス電流Ｉｓｅｎａの場合にはＩＧＢＴ１の電流が小さくサージ電圧が小さくなるため、前回のスイッチングの駆動能力ＳｄｘａからＳｄｘｂにアップする。このことは、図１２に示しているように、オン駆動時間設定値ＴｏｎｓをＴｏｎｓ１から長いオン駆動時間設定値Ｔｏｎｓ２に変更設定することとなる。

【0069】

逆に大きいセンス電流Ｉｓｅｎｂの場合にはＩＧＢＴ１の電流が大きくサージ電圧が大きくなるため、前回のスイッチングの駆動能力ＳｄｘｂからＳｄｘａにダウンさせる。このことは、図１２に示しているように、オン駆動時間設定値ＴｏｎｓをＴｏｎｓ２から短いオン駆動時間設定値Ｔｏｎｓ１に変更設定することとなる。

【0070】

このような第４実施形態によれば、制御回路１２により、オン駆動時間ＴｏｎとＩＧＢＴ１の電流をミラーしたセンス電流検出信号Ｓｏｎにより、駆動能力を決定するようにしたので、オン駆動時間Ｔｏｎをあらかじめ設定したオン駆動時間設定値Ｔｏｎｓとすることができ、且つ駆動能力をＩＧＢＴ１の電流に応じて変更できるので、ＩＧＢＴ１のサージ電圧を制御しつつ、スイッチング損失を低減することができる。

【0071】

（第５実施形態）
図１３は第５実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、ゲート駆動装置１４０は、制御回路１３、オフ駆動用のゲート駆動回路５０およびゲート電圧検出回路３０ａを設ける構成である。

【0072】

制御回路１３は、ＩＧＢＴ１のオンオフ制御を司る外部の回路からオフ駆動指令信号Ｓｏｆｆｘを受けるとともに、オフ駆動時間設定値Ｔｏｆｆｓが与えられる。制御回路１３は、与えられたオフ駆動指令信号Ｓｏｆｆｘに応じてゲート駆動回路５０にオフ駆動信号Ｓｏｆｆを出力するとともに、オフ駆動時間設定値Ｔｏｆｆｓに応じた駆動能力電圧信号Ｓｄｙを出力する。また、制御回路１３は、ゲート電圧検出回路３０ａからオフ状態に移行したゲート検出信号Ｓｇが入力される。

【0073】

ゲート駆動回路５０は、ゲート駆動用のＮチャンネル型のＭＯＳトランジスタ５１、誤差増幅器５２、定電流回路５３などを備えている。ＭＯＳトランジスタ５１は、ソースが抵抗２を介してグランドに接続され、ドレインはＩＧＢＴ１のゲートに接続される。ＭＯＳトランジスタ５１のゲートは、誤差増幅器５２の出力端子に接続されている。

【0074】

誤差増幅器５２は、反転入力端子がＭＯＳトランジスタ５１のソースに接続され、非反転入力端子が抵抗５４を介してグランドに接続されるとともに定電流回路５３を介して直流電源Ｖｃｃに接続される。定電流回路５３は、定電流値が駆動能力電圧信号Ｓｄｙにより変更設定される構成で、抵抗５４に定電流を流すことで誤差増幅器５２の非反転入力端子に与える電圧を調整する構成である。

【0075】

誤差増幅器５２は、直流電源Ｖｃｃの電圧から、定電流回路５３により流される定電流で抵抗５４に発生する電圧に対して、抵抗２を通じて流れる電流で発生する電圧と一致するようにＭＯＳトランジスタ５１のゲートに電圧を出力する。これにより、ＭＯＳトランジスタ５１に流れる電流を定電流となるように制御するものである。ＭＯＳトランジスタ５１によりＩＧＢＴ１のゲートからグランドに流す定電流値は、駆動能力電圧信号Ｓｄｙを調整することで変更することができる。

【0076】

ゲート電圧検出回路３０ａは、コンパレータ３１および参照電源３３を備えている。コンパレータ３１は、非反転入力端子がＩＧＢＴ１のゲートに接続され、反転入力端子が参照電源３２に接続されている。参照電源３３は、参照電圧ＶｒｅｆＤとして、ＩＧＢＴ１がオフ状態になったときのゲート電圧よりも少し高い電圧に設定されており、コンパレータ３１は、ＩＧＢＴ１のゲート電圧Ｖｇが参照電圧ＶｒｅｆＤまで低下するとオフ状態に移行したことを示すハイレベルのゲート検出信号Ｓｇを制御回路１３に出力する。

【0077】

上記構成を採用することで、オン／オフの動作の違いがあるものの、ほぼ第１実施形態と同様にしてＩＧＢＴ１のオフ駆動制御を行うことで、オフ駆動時間Ｔｏｆｆをオフ駆動時間設定値Ｔｏｆｆｓに一致させることができる。

【0078】

このような本実施形態では、与えられるオフ駆動時間設定値Ｔｏｆｆｓに対して、ゲート電圧Ｖｇをゲート電圧検出回路３０ａにより検出してオフ駆動時間Ｔｏｆｆをモニタし、制御回路１３により駆動能力を調整設定することでゲート駆動回路５０によるＩＧＢＴ１のゲートへの定電流通電の電流値を制御するように構成した。

【0079】

これにより、設定されるオフ駆動時間設定値Ｔｏｆｆｓに対して、制御対象となるＩＧＢＴ１のゲート容量のばらつきに起因したオフ駆動時間Ｔｏｆｆのばらつきをなくすように駆動能力を適切に設定することができ、これによって、サージ電圧が耐圧を超えることを抑制し、且つゲート電圧駆動時間を適正に保持してスイッチング損失が大きくなることを抑制することができる。

【0080】

また、上記実施形態においては、ゲート駆動回路５０として、ＩＧＢＴ１のゲートから駆動能力に基づいて定電流を流して放電する構成としているので、ＩＧＢＴ１のゲート電圧Ｖｇの下降速度の変更設定のための構成が容易であり、オフ駆動時間の調整を簡単な構成で実現できる。

【0081】

なお、上記実施形態では、ゲート電圧検出回路３０ａとして、コンパレータ３１を設ける構成としているが、これに限らず、例えば、ＩＧＢＴ１のゲート電圧Ｖｇをデジタルデータに変換するＡ／Ｄコンバータとして設ける構成とすることもできる。この場合には、ゲート検出信号をゲート電圧に基づくデジタルデータとして、ゲート検出信号を得るための処理を制御回路１３内で実施することで同様の制御を行うことができる。

【0082】

また、上記実施形態では、オフ駆動の制御について実施する構成を示したが、この構成を第１から第４の各実施形態に組み合わせた構成として適用することもできる。これによって、オンおよびオフの両方の駆動制御について実施することができるようになる。

【0083】

（第６実施形態）
図１４は第６実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、ゲート駆動装置１５０は、制御回路１４、オフ駆動用のゲート駆動回路５０およびセンス電流検出回路４０を設ける構成である。ＩＧＢＴ１は、センス電流を検出できるセンスエミッタ端子を備えている。ＩＧＢＴ１のセンスエミッタ端子は電流検出用の抵抗３を介してグランドに接続されている。

【0084】

制御回路１４は、あらかじめ設定されたオフ駆動指令信号Ｓｏｆｆｘおよびセンス電流検出回路４０から入力されるセンス電圧Ｖｓｅｎを取り込み、オフ駆動指令信号Ｓｏｆｆｘからオフ駆動信号Ｓｏｆｆをゲート駆動回路５０に出力する。また、制御回路１４は、オフ駆動時の駆動能力を駆動能力調整信号Ｓｄｙとしてゲート駆動回路５０の定電流回路５３に出力する。

【0085】

そして、この実施形態においては、制御回路１４は、ＩＧＢＴ１のオフ駆動時の駆動能力を、センス電流検出信号Ｓｓｅｎに応じて適切なレベルに調整して駆動能力調整信号Ｓｄｙとしてゲート駆動回路５０に更新設定するように出力する。

【0086】

この場合、制御回路１４は、ゲート駆動回路５０に対して、センス電流検出回路４０からのセンス電流検出信号ＳｓｅｎによりＩＧＢＴ１のセンス電流Ｉｓｅｎが増大したと判定すると駆動能力を小さくするように更新設定し、ＩＧＢＴ１の電流が減少したと判定すると駆動能力を大きくするように更新設定する。

【0087】

これにより、ＩＧＢＴ１のセンス電流検出信号Ｓｓｅｎが小さい場合には、ＩＧＢＴ１に流れる電流が小さくサージ電圧も小さくなるため、前回のスイッチングよりも駆動能力を上昇することができる。また、ＩＧＢＴ１のセンス電流検出信号Ｓｓｅｎが大きい場合には、ＩＧＢＴ１に流れる電流が大きくサージ電圧が大きくなるため、前回のスイッチングよりも駆動能力を低下することでサージ電圧を抑制する。

【0088】

このような第６実施形態によれば、センス電流検出回路４０を設け、制御回路１４により、センス電流検出信号Ｓｓｅｎのレベルに応じて駆動能力を調整するようにしたので、ＩＧＢＴ１のサージ電圧を制御しつつ、スイッチング損失を低減することができる。

【0089】

なお、上記実施形態においては、センス電流検出回路４０をオペアンプの組み合わせによる構成としているが、Ａ／Ｄコンバータによりセンス電圧Ｖｓｅｎをデジタルデータのセンス電流検出信号Ｓｓｅｎに変換して制御回路１４に出力する構成とし、制御回路１４内においてレベルを判定するようにしても良い。

【0090】

また、上記実施形態では、オフ駆動の制御について実施する構成を示したが、この構成を第１から第４の各実施形態に組み合わせた構成として適用することもできる。これによって、オンおよびオフの両方の駆動制御について実施することができるようになる。

【0091】

（第７実施形態）
図１５は第７実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、ゲート駆動装置１６０は、第５実施形態のゲート駆動装置１４０の構成に第６実施形態のセンス電流検出回路４０を付加した構成としたものである。

【0092】

この構成では、制御回路１３に代る制御回路１５は、あらかじめ設定されたオフ駆動指令信号Ｓｏｆｆｘ、オフ駆動時間設定値Ｔｏｆｆｓ、ゲート電圧検出回路３０ａからのゲート検出信号Ｓｇおよびセンス電流検出回路４０からのセンス電流検出信号Ｓｓｅｎを入力信号とする。

【0093】

制御回路１５は、オフ駆動指令信号Ｓｏｆｆｘからオフ駆動タイミングを設定してゲート駆動回路５０にオフ駆動信号Ｓｏｆｆを出力するとともに、駆動能力調整信号Ｓｄｙからオフ駆動時の駆動能力を出力する。

【0094】

また、制御回路１５は、オフ駆動時の駆動能力をハイレベルのオフ駆動信号Ｓｏｆｆの出力タイミングからゲート検出信号Ｓｇが入力されるまでのオフ駆動時間Ｔｏｆｆとあらかじめ設定されたオフ駆動時間設定値Ｔｏｆｆｓとを比較して、比較結果とセンス電流検出信号Ｓｓｅｎに応じて駆動能力調整信号Ｓｄｙとして出力する。

【0095】

これにより、制御回路１５は、ＩＧＢＴ１の電流の変化をセンス電流検出信号Ｓｓｅｎのレベルの変化によって検出しながら駆動能力を変更設定し、且つ、オフ駆動時間Ｔｏｆｆが設定されたオフ駆動設定値Ｔｏｆｆｓとなるように駆動能力を変更設定することができる。この結果、サージ電圧による保護を図りながら最適なオフ駆動時間設定値ＴｏｆｆｓでＩＧＢＴ１をオフ駆動させることができる。

【0096】

このような第４実施形態によれば、制御回路１５により、オフ駆動時間ＴｏｆｆとＩＧＢＴ１の電流をミラーしたセンス電流検出信号Ｓｓｅｎより、駆動能力を決定するようにしたので、オフ駆動時間Ｔｏｆｆをあらかじめ設定したオフ駆動時間設定値Ｔｏｆｆｓとすることができ、且つ駆動能力をＩＧＢＴ１の電流に応じて変更できるので、ＩＧＢＴ１のサージ電圧を制御しつつ、スイッチング損失を低減することができる。

【0097】

また、上記実施形態では、オフ駆動の制御について実施する構成を示したが、この構成を第１から第４の各実施形態に組み合わせた構成として適用することもできる。これによって、オンおよびオフの両方の駆動制御について実施することができるようになる。

【0098】

（第８実施形態）
図１６は第８実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、ゲート駆動装置１７０は、ゲート電圧検出回路３０に代えて、温度検出回路６０を設ける構成としている。また、ＩＧＢＴ１は、順方向電圧Ｖｆにより温度を検出するためのダイオード４が近傍に配置されている。

【0099】

温度検出回路６０は、定電流回路６１およびＡ／Ｄコンバータ６２を備えている。温度検出回路６０は、ＩＧＢＴ１の近傍に配置されたダイオード４に所定の電流を定電流回路６１により流し、このときの順方向電圧ＶｆをＡ／Ｄコンバータ６２に取り込み、デジタル信号に変換した温度検出信号Ｓｔを制御回路１６に出力する構成である。

【0100】

制御回路１６は、あらかじめ設定されたオン駆動指令信号Ｓｏｎｘおよび温度検出回路６０から入力される温度検出信号Ｓｔを取り込み、オン駆動指令信号Ｓｏｎｘからオン駆動信号Ｓｏｎをゲート駆動回路２０に出力する。また、制御回路１６は、ＩＧＢＴ１のオン駆動時の駆動能力を駆動能力調整信号Ｓｄｘとしてゲート駆動回路２０の定電流回路２３に出力する。

【0101】

そして、この実施形態においては、制御回路１６は、ＩＧＢＴ１のオン駆動時の駆動能力を、温度検出信号Ｓｔに応じて適切なレベルに調整して駆動能力調整信号Ｓｄｘとしてゲート駆動回路２０に更新設定するように出力する。

【0102】

この場合、制御回路１６は、ゲート駆動回路２０に対して、温度検出回路６０からの温度検出信号ＳｔによりＩＧＢＴ１の温度が低下したと判定すると駆動能力を小さくするように更新設定し、ＩＧＢＴ１の温度が上昇したと判定すると駆動能力を大きくするように更新設定する。

【0103】

これにより、ＩＧＢＴ１の温度が低い場合には、ＩＧＢＴ１のサージ電圧が大きくなるため、前回のスイッチングよりも駆動能力を低下させることで抑制を図ることができる。また、ＩＧＢＴ１の温度が高い場合には、ＩＧＢＴ１のサージ電圧が小さくなるため、前回のスイッチングよりも駆動能力を高めることができる。

【0104】

このような第８実施形態によれば、ＩＧＢＴ１の温度をダイオード４の順方向電圧Ｖｆから検出する温度検出回路６０を設け、制御回路１６により、ＩＧＢＴ１の検出温度に応じて駆動能力を調整するようにしたので、ＩＧＢＴ１のサージ電圧を制御しつつ、スイッチング損失を低減することができる。

【0105】

（第９実施形態）
図１７は第９実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、ゲート駆動装置１８０は、ゲート電圧検出回路３０に代えて、電源電圧検出回路７０を設ける構成としている。また、ＩＧＢＴ１に接続される高圧電源の直流電圧ＶＨを検出するための分圧回路５を配置している。分圧回路５は、高圧電源の直流電圧ＶＨを分圧する抵抗５ａ、５ｂの直列回路により構成される。

【0106】

電源電圧検出回路７０は、入力回路７１およびＡ／Ｄコンバータ７２を備えている。入力回路７１は、高圧電源の直流電圧ＶＨを分圧回路５により分圧した抵抗５ｂの端子電圧Ｖｈを取り込み、アナログ電圧信号としてＡ／Ｄコンバータ７２に入力する。Ａ／Ｄコンバータ７２は、入力回路７１が出力する電圧信号を高圧電源の電圧に相当するデジタル信号に変換して電源電圧検出信号ＳＶとして制御回路１７に入力する。

【0107】

制御回路１７は、あらかじめ設定されたオン駆動指令信号Ｓｏｎｘおよび電源電圧検出回路７０から入力される電源電圧検出信号ＳＶを取り込み、オン駆動指令信号Ｓｏｎｘからオン駆動信号Ｓｏｎをゲート駆動回路２０に出力する。また、制御回路１７は、オン駆動時の駆動能力を駆動能力調整信号Ｓｄｘとしてゲート駆動回路２０の定電流回路２３に出力する。

【0108】

そして、この実施形態においては、制御回路１７は、ＩＧＢＴ１のオン駆動時の駆動能力を、電源電圧検出信号ＳＶに応じて適切なレベルに調整して駆動能力調整信号Ｓｄｘとしてゲート駆動回路２０に更新設定するように出力する。

【0109】

この場合、制御回路１７は、ゲート駆動回路２０に対して、電源電圧検出回路７０からの温度検出信号ＳＶによりＩＧＢＴ１に印加される電源電圧ＨＶが上昇したと判定すると駆動能力を小さくするように更新設定し、電源電圧ＨＶが低下したと判定すると駆動能力を大きくするように更新設定する。

【0110】

これにより、ＩＧＢＴ１に印加される高圧電源の直流電圧ＶＨが高い場合には、ＩＧＢＴ１のサージ電圧が大きくなるため、前回のスイッチングよりも駆動能力を低下させることで抑制を図ることができる。また、直流電圧ＶＨが低い場合には、ＩＧＢＴ１のサージ電圧が小さくなるため、前回のスイッチングよりも駆動能力を高めることができる。

【0111】

このような第９実施形態によれば、ＩＧＢＴ１に印加される直流電圧ＶＨを分圧回路５で分圧し、電源電圧に相当する分圧Ｖｈからデジタル信号の電源電圧信号ＳＶとして検出する電源電圧検出回路７０を設け、制御回路１７により、直流電圧ＶＨの大きさに応じて駆動能力を調整するようにしたので、ＩＧＢＴ１のサージ電圧を制御しつつ、スイッチング損失を低減することができる。

【0112】

（第１０実施形態）
図１８から図２０は第１０実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、ゲート駆動装置１９０は、第１実施形態のゲート駆動装置１００の構成におけるゲート電圧検出回路３０に加えてさらに別のゲート電圧検出回路８０を付加した構成としたものである。

【0113】

ゲート電圧検出回路８０は、コンパレータ８１および参照電源８２を備えている。コンパレータ８１は、非反転入力端子がＩＧＢＴ１のゲートに接続され、反転入力端子が参照電源８２に接続されている。参照電源８２は、参照電圧ＶｒｅｆＭとして、ＩＧＢＴ１のゲート電圧Ｖｇがミラー期間に移行するタイミングを検出するため、ミラー電圧Ｖｍよりも少し低い電圧に設定されている。

【0114】

コンパレータ８１は、ＩＧＢＴ１のゲート電圧Ｖｇが参照電圧ＶｒｅｆＭに達するとハイレベルのゲート検出信号ＳｇＭを制御回路１０に出力する。また、ゲート電圧検出回路８０のゲート検出信号ＳｇＭに対応して、ゲート電圧検出回路３０が検出するゲート検出信号Ｓｇは、ゲート検出信号ＳｇＵとして出力するものとする。

【0115】

なお、ゲート電圧検出回路８０により検出するゲート電圧Ｖｇのレベルは、ミラー電圧Ｖｍを検出するものとは限らず、ゲート電圧Ｖｇがオン状態に移行する中間レベルの電圧を検出するように参照電圧ＶｒｅｆＭを設定することができる。

【0116】

この構成では、制御回路１０に代わる制御回路１８は、あらかじめ設定されたオン駆動指令信号Ｓｏｎｘ、オン駆動時間設定値Ｔｏｎｓ１、オン駆動時間設定値Ｔｏｎｓ２、ゲート検出信号ＳｇＭ、ゲート検出信号ＳｇＵを入力とする。また、オン駆動指令信号Ｓｏｎｘからオン駆動タイミングを設定してゲート駆動回路２０にオン駆動信号Ｓｏｎを出力するとともに、駆動能力調整信号Ｓｄｘからオン駆動時の駆動能力をゲート駆動回路２０に出力する。

【0117】

制御回路１８は、オン駆動時の駆動能力を、ハイレベルのオン駆動信号Ｓｏｎの出力タイミングからゲート電圧Ｖｇが参照電圧ＶｒｅｆＭに達してゲート検出信号ＳｄＭが入力されるまでの第１オン駆動時間Ｔｏｎ１とあらかじめ設定された第１オン駆動時間設定値Ｔｏｎｓ１とを比較して、その比較結果に応じて駆動能力調整信号Ｓｄｘとして出力する。

【0118】

また、制御回路１８は、ゲート電圧Ｖｇが参照電圧ＶｒｅｆＭに達した時点からの駆動能力を、ゲート検出信号ＳｇＭが入力されたタイミングからゲート検出信号ＳｇＵが入力されるまでの第２オン駆動時間Ｔｏｎ２とあらかじめ設定された第２オン駆動時間設定値Ｔｏｎｓ２と比較して、その比較結果に応じて駆動能力調整信号Ｓｄｘとして出力する。

【0119】

つまり、制御回路１８により設定する駆動能力は、オン駆動時間Ｔｏｎ１とオン駆動時間Ｔｏｎ２のそれぞれで調整して設定される構成である。この結果、サージ電圧による保護を図りながら最適なオン駆動時間ＴｏｎｓでＩＧＢＴ１をオン駆動させることができるものである。

【0120】

次に、図１９および図２０を参照して具体的な制御動作について説明する。
制御回路１８は、オン駆動指令信号Ｓｏｎｘが入力されると、前回のスイッチング時により決定された駆動能力を駆動能力調整信号Ｓｄｘとして、時刻ｔ０にオン駆動タイミングをハイレベルのオン駆動信号Ｓｏｎとしてゲート駆動回路２０に入力する。これにより、ゲート駆動回路２０は、入力された駆動能力調整信号Ｓｄｘに基づきＩＧＢＴ１のゲートに定電流を供給して充電することで、ＩＧＢＴ１は、ゲート電圧Ｖｇが上昇する。

【0121】

ＩＧＢＴ１のゲート電圧Ｖｇが上昇して、ゲート電圧検出回路８０の参照電圧ＶｒｅｆＭを超えると、ゲート電圧検出回路８０により検出され、ゲート検出結果をハイレベルのゲート検出信号ＳｇＭとして制御回路１８に伝える。

【0122】

制御回路１８は、オン駆動時の駆動能力はオン駆動タイミングからゲート電圧Ｖｇが参照電圧ＶｒｅｆＭを検出するまでのオン駆動時間Ｔｏｎ１とあらかじめ設定されたオン駆動時間設定値Ｔｏｎｓ１とを比較して設定する。この場合、オン駆動時間Ｔｏｎ１がオン駆動時間設定値Ｔｏｎｓ１よりも大きい場合は、前回のスイッチングよりも駆動能力を上昇するように駆動能力調整信号Ｓｄｘを設定する。オン駆動時間Ｔｏｎ１がオン駆動時間設定値Ｔｏｎｓ１よりも小さい場合は前回のスイッチングよりも駆動能力を低下する。

【0123】

また、制御回路１８は、ゲート電圧Ｖｇが参照電圧ＶｒｅｆＭを超えると、前回のスイッチング時により決定された駆動能力を駆動能力調整信号Ｓｄｘとしてゲート駆動回路２０に入力する。

【0124】

ゲート駆動回路２０は、入力された駆動能力に基づきＩＧＢＴ１のゲートを充電するため、ゲート電圧Ｖｇがさらに上昇する。ゲート電圧Ｖｇが参照電圧ＶｒｅｆＵを超えるとゲート電圧検出回路３０によりゲート検出して、ゲート検出結果をハイレベルのゲート検出信号ＳｇＵとして制御回路１８に伝える。

【0125】

制御回路１８は、ゲート検出の参照電圧ＶｒｅｆＭを超えたときの駆動能力は、ゲート検出信号ＳｇＭが入力された時点からゲート検出の参照電圧ＶｒｅｆＵを検出するまでのオン駆動時間Ｔｏｎ２とあらかじめ設定された第２オン駆動時間設定値Ｔｏｎｓ２とを比較して、オン駆動時間Ｔｏｎ２が第２オン駆動時間設定値Ｔｏｎｓ２よりも大きい場合は前回のスイッチング時よりも参照電圧ＶｒｅｆＭを超えたときの駆動能力を上昇する。オン駆動時間Ｔｏｎ２が第２オン駆動時間設定値Ｔｏｎｓ２よりも小さい場合は前回のスイッチング時よりも参照電圧ＶｒｅｆＭを超えたときの駆動能力を低下する。

【0126】

これより、オン駆動時間Ｔｏｎ１とオン駆動時間Ｔｏｎ２をそれぞれ設定することにより、スイッチング損失とサージ電圧をそれぞれ最適に設定することができる。

【0127】

図２０は、図１９に示した時刻ｔ６からｔ８までの間におけるゲート電圧Ｖｇの変化の様子を示している。図中、ゲート電圧Ｖｇが時刻ｔ０でオン駆動された後、参照電圧ＶｒｅｆＭに達するまでのオン駆動時間Ｔｏｎ１は、第１オン駆動時間設定値Ｔｏｎｓ１と比較することで、主としてＩＧＢＴ１のサージ電圧を決める領域Ｚ１として機能している。また、時刻ｔ１からゲート電圧Ｖｇが参照電圧ＶｒｅｆＵに達するまでのオン駆動時間Ｔｏｎ２は、第２オン駆動時間設定値Ｔｏｎｓ２と比較することで、主としてスイッチング損失を決める領域Ｚ２として機能している。

【0128】

このような本実施形態によれば、ゲート電圧Ｖｇを、オン駆動レベルの参照電圧ＶｒｅｆＵで検出するゲート電圧検出回路３０と、中間レベルの参照電圧ＶｒｅｆＭで検出するゲート電圧検出回路８０とを設け、制御回路１８により、第１オン駆動時間設定値Ｔｏｎｓ１、第２オン駆動時間設定値Ｔｏｎｓ２で比較することにより、２段階でゲート駆動回路２０の駆動能力を設定する構成としたので、サージ電圧およびスイッチング損失のそれぞれについて個別に制御することができるようになる。

【0129】

なお、上記実施形態においては、第１実施形態の構成に、ゲート電圧検出回路８０を付加した構成の例を示したが、これに限らず、他の実施形態の構成に組み合わせることもできる。

【0130】

（他の実施形態）
なお、本発明は、上述した実施形態のみ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種々の実施形態に適用可能であり、例えば、以下のように変形または拡張することができる。

【0131】

上記実施形態においては、第１実施形態で１個のＩＧＢＴを駆動するものを示し、第２実施形態で２個のＩＧＢＴを駆動するものを示したが、３個以上のＩＧＢＴを駆動するものに適用することもできるし、他の実施形態においても２個以上のＩＧＢＴを駆動するものとして構成することもできる。

【0132】

また、上記各実施形態では、ゲート駆動型のスイッチング素子として、ＩＧＢＴに適用した場合を示したが、これに限らず、ＭＯＳトランジスタに適用することもできるし、ＳｉＧを用いたＭＯＳトランジスタなどにも適用することができるし、他のゲート駆動型のスイッチング素子に適用することができる。

【0133】

上記実施形態においては、第１から第４実施形態でＩＧＢＴ１をオン駆動制御する構成の実施形態を示し、第５から第７実施形態でＩＧＢＴ１をオフ駆動制御する構成の実施形態を示しているが、これらを組み合わせることで、オン駆動制御の構成とオフ駆動制御の構成をともに備える構成とすることもできる。

【0134】

また、上記各実施形態では、ゲート駆動回路として、ＩＧＢＴ１のゲートを定電流駆動する構成のゲート駆動回路を示したが、これに限らず、他の方式によりゲート駆動を行う構成を用いることもできる。

【0135】

また、上記第４実施形態では、第１実施形態の構成に、第３実施形態の構成を合成した構成の例を示したが、第１実施形態や他の実施形態に、第８実施形態の温度検出回路や第９実施形態の電源電圧検出回路の構成を合成した構成とすることもできる。

【0136】

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】

【0137】

図面中、１、１ａ、１ｂはＩＧＢＴ（ゲート駆動型のスイッチング素子）、２は電流設定用の抵抗、３は電流検出用の抵抗、４は温度検出用のダイオード、５は電源電圧検出用の分圧回路、１０、１０ａ、１０ｂ、１１～１７は制御回路、２０、２０ａ、２０ｂはオン駆動用のゲート駆動回路、３０、３０ａ、３０ｂ、８０はゲート電圧検出回路、４０はセンス電流検出回路、５０はオフ駆動用のゲート駆動回路、６０は温度検出回路、７０は電源電圧検出回路、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０はゲート駆動装置である。

【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】