特許 7561663 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】2024-09-26

(45)【発行日】2024-10-04

(54)【発明の名称】ゲート駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 1/08 20060101AFI20240927BHJP

   H03K 17/04 20060101ALI20240927BHJP

   H03K 17/042 20060101ALI20240927BHJP

   H03K 17/16 20060101ALI20240927BHJP

   H03K 17/687 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

H02M1/08 A

H03K17/04 E

H03K17/042

H03K17/16 L

H03K17/687 F

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021041380

(22)【出願日】2021-03-15

(65)【公開番号】P2022141181

(43)【公開日】2022-09-29

【審査請求日】2023-12-11

(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】杉浦 秀和

【審査官】今井 貞雄

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－２７２１３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２１６８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０１６９３７（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】

上アームおよび下アームにそれぞれ配置され整流素子を備えたゲート駆動型の半導体スイッチング素子のゲート駆動を行うゲート駆動装置であって、
前記上下アームのそれぞれの半導体スイッチング素子を交互に駆動するための駆動信号を送信する制御回路（２０）と、
前記制御回路からの駆動信号に応じて前記上下アームのそれぞれの半導体スイッチング素子のゲートを駆動する駆動回路（４０ａ、４０ｂ）と、
前記上下アームのそれぞれの半導体スイッチング素子についてゲート電圧が参照電圧と一致するタイミングを検出するゲート変動検出回路（６０）と、
前記半導体スイッチング素子の電流値に応じて前記ゲート変動検出回路の前記参照電圧を調整する参照電圧調整回路（５０ａ、５０ｂ）とを備え、
前記制御回路は、前記ゲート変動検出回路により検出される前記上下アームの前記半導体スイッチング素子のゲート電圧変動のタイミングからデッドタイムを算出し、次に駆動する側の駆動タイミングを調整するタイミング調整機能を備えるゲート駆動装置。

【請求項2】

前記参照電圧調整回路は、前記参照電圧を、対応する前記半導体スイッチング素子の電流値の平方根に比例して変動させて設定する請求項１に記載のゲート駆動装置。

【請求項3】

前記参照電圧は、前記半導体スイッチング素子のしきい値電圧に相当する定数項と、前記半導体スイッチング素子の電流値の平方根に比例して変動させて設定する変動項とを加算した電圧値に設定される請求項２に記載のゲート駆動装置。

【請求項4】

前記参照電圧は、前記半導体スイッチング素子が同期整流時に対応し電流値が負である場合には前記変動項をゼロとして設定する請求項３に記載のゲート駆動装置。

【請求項5】

前記参照電圧は、前記半導体スイッチング素子のしきい値電圧に相当する定数項についても、前記半導体スイッチング素子の素子温度に応じて変更設定される請求項３または４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】

ゲート駆動型の半導体スイッチング素子として、例えばＭＯＳトランジスタを上下アームに配置して構成し、それぞれのＭＯＳトランジスタを交互に駆動することで負荷に給電するインバータや、直流電源の電圧変換をするコンバータなどがある。これらの構成では、上下アームのＭＯＳトランジスタが同時にオンする状態を防止するために、２つのＭＯＳトランジスタが共にオフ状態となるデッドタイムを設けている。

【0003】

しかしながら、デッドタイムを長くすることは、その期間中にボディダイオードに電流が流れて発生する損失が増加することとなるので、できるだけ短く設定することが求められる。デッドタイムを短縮するためには、正確にデッドタイムを検出することが必要となる。

【0004】

デッドタイム検出の方法として、上下アームのＭＯＳトランジスタのゲート・ソース間電圧Ｖｇｓの変動を見てデッドタイムを検出する場合、従来ではしきい値電圧Ｖｔｈをリファレンス値としてオンオフのタイミングを検出し、上下アームのＭＯＳトランジスタのＶｇｓ変動タイミング差をデッドタイムとして検出していた。

【0005】

しかしながら、実際には制御対象としているＭＯＳトランジスタのオンオフの切り替わりタイミングが、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓがしきい値電圧Ｖｔｈと一致するタイミングとずれており、正確なデッドタイムを検出できなかった。このため、検出タイミングがずれる分、検出誤差として予めマージンを持ったデッドタイムの設定をすることとなり、検出誤差分のデッドタイムが短縮できないという課題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０２０－１２７１４５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、ゲート駆動型の半導体スイッチング素子のオンオフのタイミングを正確に検出することでデッドタイムの設定のマージンを短く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、上アームおよび下アームにそれぞれ配置され整流素子を備えたゲート駆動型の半導体スイッチング素子のゲート駆動を行うゲート駆動装置であって、前記上下アームのそれぞれの半導体スイッチング素子を交互に駆動するための駆動信号を送信する制御回路（２０）と、前記制御回路からの駆動信号に応じて前記上下アームのそれぞれの半導体スイッチング素子のゲートを駆動する駆動回路（４０ａ、４０ｂ）と、前記上下アームのそれぞれの半導体スイッチング素子についてゲート電圧が参照電圧と一致するタイミングを検出するゲート変動検出回路（６０）と、前記半導体スイッチング素子の電流値に応じて前記ゲート変動検出回路の前記参照電圧を調整する参照電圧調整回路（５０ａ、５０ｂ）とを備え、前記制御回路は、前記ゲート変動検出回路により検出される前記上下アームの前記半導体スイッチング素子のゲート電圧変動のタイミングからデッドタイムを算出し、次に駆動する側の駆動タイミングを調整するタイミング調整機能を備える。

【0009】

上記構成を採用することにより、参照電圧調整回路が、半導体スイッチング素子の電流値に応じて参照電圧を調整してゲート変動検出回路に設定するので、ゲート変動検出回路において、半導体スイッチング素子のゲート電圧が参照電圧と一致するタイミングを検出することで実際のオンあるいはオフのタイミングを検出することができる。

【0010】

これにより、制御回路においては、ゲート変動検出回路により検出される上下アームの半導体スイッチング素子のゲート電圧変動のタイミングから実際のデッドタイムに相当する時間を正確に検出することができるので、電流値に依存した変動を含めたマージンを設定する必要がなくなり、半導体スイッチング素子に並列に接続された整流素子に電流が流れる時間を極力低減することができる。

【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実施形態を示すゲート電圧の検出タイミングの作用説明図

【図3】第１実施形態を示すタイミングチャート

【図4】第２実施形態を示す電気的構成図

【図5】第３実施形態を示す電気的構成図

【図6】第３実施形態を示す作用説明図

【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３を参照して説明する。
電気的構成を示す図１において、上下アームを構成する２つの半導体スイッチング素子であるＮチャンネル型のＭＯＳトランジスタ１、２は、直列接続された状態として電源端子間に接続されている。ＭＯＳトランジスタ１および２の共通接続点は負荷への出力端子となっている。また、ＭＯＳトランジスタ１はボディダイオード１ａを有し、ＭＯＳトランジスタ２はボディダイオード２ａを有する。

【0013】

２個のＭＯＳトランジスタ１、２は、ゲート駆動装置１０によりオンオフの駆動制御が行われる。また、２個のＭＯＳトランジスタ１、２には、それぞれ負荷電流であるドレイン電流Ｉｄ１、Ｉｄ２をモニタする電流センス機能が備えられている。この場合、電流センス素子を別途設ける構成としても良いし、通電経路に別途電流検出部を設けて検出する構成とすることもできる。

【0014】

ゲート駆動装置１０は、制御回路２０、デッドタイム設定回路３０ａ、３０ｂ、駆動回路４０ａ、４０ｂ、参照電圧調整回路５０ａ、５０ｂ、ゲート変動検出回路６０を備える。なお、ゲート駆動装置１０の構成中、添字ａ、ｂを付したデッドタイム設定回路３０ａ、３０ｂ、駆動回路４０ａ、４０ｂ、参照電圧調整回路５０ａ、５０ｂは、それぞれＭＯＳトランジスタ１、２に対応して個別に設けられたもので、それぞれが同等の内部構成を有している。以下の構成説明では、ＭＯＳトランジスタ１に対応する添字ａを付した回路について説明し、添字ｂを付した回路についての説明を省略する。

【0015】

制御回路２０は、外部から与えられるオンオフの指示信号に応じて上下アームのＭＯＳトランジスタ１、２に対して駆動信号を作成してオンオフの駆動制御を行う。この場合、制御回路２０は、ＭＯＳトランジスタ１に対してデッドタイム設定回路３０ａを介して駆動回路４０ａに駆動信号を与え、ＭＯＳトランジスタ２に対してデッドタイム設定回路３０ｂを介して駆動回路４０ｂに駆動信号を与える。

【0016】

デッドタイム設定回路３０ａは、検出されたデッドタイムの信号に基づいて指示信号に対して回路構成上で発生する誤差を考慮した所定のマージンを加えてデッドタイムを設定する。デッドタイム設定回路３０ａは、遅延回路３１ａ、フェーズコンパレータ３２ａ、Ｆ／Ｂゲイン回路３３ａおよびサンプルアンドホールド回路３４ａを備えている。

【0017】

参照電圧調整回路５０ａは、ＭＯＳトランジスタ１のオンオフのタイミングを判定するための参照電圧Ｖｇｓｍ１を設定してゲート変動検出回路６０を構成するコンパレータ６１ａの反転入力端子に出力する。参照電圧Ｖｇｓｍ１は、ＭＯＳトランジスタ１がオンまたはオフ動作中に、ゲート電圧Ｖｇｓがミラー期間に入ったときのミラー電圧を示しており、この電圧を超えて変化したときがオンオフのタイミングとなる。

【0018】

このため、参照電圧調整回路５０ａは、次式（１）に基づいてドレイン電流Ｉｄ１およびしきい値電圧Ｖｔｈから参照電圧Ｖｇｓｍ１を算出するように回路が構成されている。

【0019】

【数1】

【0020】

なお、式（１）中、ドレイン電流Ｉｄはミラー期間中の飽和電流を示しており、そのドレイン電流Ｉｄの平方根の前にかかる係数は、ＭＯＳトランジスタ１、２のそれぞれのゲート長をＬ、ゲート幅をＷ、電子移動度をμｎ、単位面積あたりのゲート酸化膜容量をＣｏｘとしており、これらは素子によって決まる一定の数値である。また、しきい値電圧Ｖｔｈについても素子によって決まる一定の数値である。

【0021】

この結果、しきい値電圧Ｖｔｈにドレイン電流Ｉｄの平方根の値に比例した値を加算した値がミラー電圧Ｖｇｓｍとなり、これがＭＯＳトランジスタ１、２のオンオフのタイミングを決める参照電圧となる。したがって、負荷電流としてのドレイン電流Ｉｄが流れているレベルに応じて参照電圧Ｖｇｓｍが変化する。

【0022】

参照電圧調整回路５０ａは、電流モニタ部５１ａ、電流方向判定部５２ａ、平方根演算部５３ａ、比例係数乗算部５４ａ、しきい値設定部５５ａ、加算部５６ａを有する。電流モニタ部５１ａは、ＭＯＳトランジスタ１のドレイン電流Ｉｄ１の検出信号を取り込み、電流方向判定部５２ａによりドレイン電流Ｉｄ１が正の場合すなわちドレイン側からソース側に電流が流れている場合には、ドレイン電流Ｉｄ１をそのまま出力し、ドレイン電流が負の場合にはゼロとして平方根演算部５３ａに出力する。

【0023】

続いて、平方根演算部５３ａでドレイン電流Ｉｄ１の値の平方根の値を演算し、比例係数演算部５４ａにて比例係数Ａ１を乗じる。加算部５６ａでは、比例係数演算部５４ａからの出力と、しきい値設定部５５ａからのしきい値Ｖｔｈとを加算して得た参照電圧Ｖｇｓｍ１をゲート変動検出回路６０に出力する。

【0024】

ゲート変動検出回路６０は、ＭＯＳトランジスタ１、２のそれぞれに対応するコンパレータ６１ａ、６１ｂを備えるとともに、それぞれの判定結果を対抗アームに反転して伝えるインバータ６２ａ、６２ｂおよび絶縁通信部６３ａ、６３ｂを備える。

【0025】

コンパレータ６１ａは、ＭＯＳトランジスタ１のゲート電圧Ｖｇｓ１と参照電圧調整回路５０ａにより設定された参照電圧Ｖｇｓｍ１とを比較し、ゲート電圧Ｖｇｓ１が参照電圧Ｖｇｓｍ１を超えるとハイレベルの検出信号を出力する。この検出信号は、デッドタイム設定回路３０ａのフェーズコンパレータ３２ａに出力されるとともに、インバータ６２ａおよび絶縁通信部６３ａを通じて反転した信号がデッドタイム設定回路３０ｂのフェーズコンパレータ３２ｂに出力される。

【0026】

コンパレータ６１ｂについても、同様にして、ＭＯＳトランジスタ２のゲート電圧Ｖｇｓ２と参照電圧調整回路５０ｂにより設定された参照電圧Ｖｇｓｍ２とを比較し、ゲート電圧Ｖｇｓ２が参照電圧Ｖｇｓｍ２を超えるとハイレベルの検出信号を出力する。この検出信号は、デッドタイム設定回路３０ｂのフェーズコンパレータ３２ｂに出力されるとともに、インバータ６２ｂおよび絶縁通信部６３ｂを通じて反転した信号がデッドタイム設定回路３０ａのフェーズコンパレータ３２ａに出力される。

【0027】

次に、上記構成の作用について図２および図３も参照して説明する。なお、ゲート駆動装置１０の基本的な動作としては、制御回路２０からＭＯＳトランジスタ１、２を交互にオンオフ駆動する信号がそれぞれデッドタイム設定回路３０ａ、３０ｂに出力されると、遅延回路３１ａ、３１ｂに設定されているデッドタイムＤＴに従ったタイミングで駆動信号が生成され、駆動回路４０ａ、４０ｂに出力される。駆動回路４０ａ、４０ｂは、ＭＯＳトランジスタ１、２のゲートにゲート駆動信号を与えてオンオフの駆動を行う。

【0028】

ＭＯＳトランジスタ１、２に流れる負荷電流であるドレイン電流Ｉｄ１、Ｉｄ２はそれぞれ計測されており、参照電圧調整回路５０ａ、５０ｂに入力されている。参照電圧調整回路５０ａ、５０ｂにおいては、前述の式（１）に相当する演算処理を実行して参照電圧Ｖｇｓｍ１、Ｖｇｓｍ２を算出し、それぞれコンパレータ６１ａ、６１ｂに設定する。

【0029】

この場合、電流方向判定部５２ａ、５２ｂにおいては、ドレイン電流Ｉｄ１、Ｉｄ２が正の場合には、その大きさに対応する信号を生成し、負の場合には、電流値はゼロとして生成する。これにより、参照電圧Ｖｇｓｍ１、Ｖｇｓｍ２は、通常の駆動時にはドレイン電流Ｉｄに基づいた値が設定され、同期整流時にはしきい値Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２がそれぞれ設定される。

【0030】

前述のように、ＭＯＳトランジスタ１、２のオンオフ切り替わり時のゲート電圧Ｖｇｓ１、Ｖｇｓ２の大きさは素子がオンオフ動作する過渡期に中間的な電圧が保持されるミラー電圧により決まっている。このため、ミラー電圧は、前述した式（１）に示すように、ドレイン電流Ｉｄとしきい値電圧Ｖｔｈとにより表されている。

【0031】

したがって、あらかじめＭＯＳトランジスタ１、２の特性に対応した定数を求めておくことで、参照電圧調整回路５０ａ、５０ｂの比例係数乗算部５４ａおよびしきい値設定部５５ａのそれぞれに設定しておけば、ドレイン電流Ｉｄに対応したミラー電圧を得ることができる。そして、コンパレータ６１ａ、６１ｂにおいて、ドレイン電流Ｉｄに対応して設定したミラー電圧と比較することでオンオフのタイミングを正確に判定することができる。

【0032】

また、ドレイン電流Ｉｄが負の場合、すなわち同期整流側となっている場合には、オンオフの切り替わりタイミングとなるゲート電圧Ｖｇｓは、ドレイン電流Ｉｄに依存せず、しきい値電圧Ｖｔｈとなる。そこで、この場合に対応できるように、参照電圧調整回路５０ａ、５０ｂにおいて、ドレイン電流Ｉｄが負となる場合には、電流方向判定部５２ａ、５２ｂが、ドレイン電流Ｉｄをゼロとして設定する。これにより、参照電圧はしきい値電圧Ｖｔｈと等しくなる。

【0033】

図２はゲート変動検出回路６０のコンパレータ６１ａ、６１ｂにてＭＯＳトランジスタ１、２のオンオフタイミングを検出する場合について、負荷電流すなわちドレイン電流Ｉｄが大きいレベルと小さいレベルとでゲート電圧Ｖｇｓのミラー電圧が異なり、これによって判定タイミングが異なることを示している。

【0034】

例えばドレイン電流Ｉｄが大きいレベルＩｄＨのときに、実線で示すミラー電圧ＶｇｓｍＨとなり、小さいレベルＩｄＬのときに破線で示すミラー電圧ＶｇｓｍＬとなるものとする。コンパレータ６１ａ、６１ｂは、それぞれ、参照電圧Ｖｇｓｍ１、Ｖｇｓｍ２としてドレイン電流Ｉｄが大きい場合、小さい場合に応じて、電流値に応じたＶｇｓｍＨ、ＶｇｓｍＬが設定されている。なお、これらの参照電圧Ｖｇｓｍは、式（１）に基づいて参照電圧調整回路５０ａ、５０ｂにより演算して設定されるものである。

【0035】

ＭＯＳトランジスタ１、２がオン状態でゲート電圧Ｖｇｓが所定電圧ＶＧＳのレベルから時刻ｔ０で下降し始めるとすると、途中のミラー電圧ＶｇｓｍＨ、ＶｇｓｍＬで一定レベルとなり、この後、再び下降し始める時刻ｔ１Ｈ、ｔ１Ｌで、コンパレータ６１ａ、６１ｂは参照電圧よりも低下したとして出力信号をハイレベルからローレベルに変化させる。ＭＯＳトランジスタ１、２は、それぞれ時刻ｔ１Ｈ、ｔ１Ｌでオフ状態に変化している。

【0036】

したがって、従来相当の参照電圧Ｖｔｈで判定したタイミングが時刻ｔ１であるとすると、小電流時には時刻ｔ１に比べて若干早いタイミングｔ１Ｌ（図中白丸で示す）で出力信号が変化し、大電流時には時刻ｔ１Ｌよりもさらに早いタイミングｔ１Ｈ（図中黒丸で示す）で出力が変化する。

【0037】

一方、ＭＯＳトランジスタ１、２がオフ状態でゲート電圧Ｖｇｓがゼロのレベルから時刻ｔ２で上昇し始めるとすると、途中のミラー電圧ＶｇｓｍＬ、ＶｇｓｍＨで一定レベルとなり、この後、再び上昇し始める時刻ｔ３Ｈ、ｔ３Ｌで、コンパレータ６１ａ、６１ｂは参照電圧に達したとして出力信号をローレベルからハイレベルに変化させる。ＭＯＳトランジスタ１、２は、それぞれ時刻ｔ３Ｌ、ｔ３Ｈでオン状態に変化している。

【0038】

したがって、従来相当の参照電圧Ｖｔｈで判定したタイミングが時刻ｔ３であるとすると、小電流時には時刻ｔ３に比べて若干遅いタイミングｔ３Ｌ（図中白丸で示す）で出力信号が変化し、大電流時には時刻ｔ３Ｌよりもさらに遅いタイミングｔ３Ｈ（図中黒丸で示す）で出力が変化する。

【0039】

この結果、ドレイン電流Ｉｄの大小に応じてオンオフのタイミングがずれるとともに、ドレイン電流Ｉｄが大きいほど、しきい値電圧Ｖｔｈでの検出タイミングからの時間差が長くなっていることがわかる。

【0040】

図３は、上記したゲート変動検出回路６０のコンパレータ６１ａ、６１ｂにてＭＯＳトランジスタ１、２のオンオフタイミングを検出する動作に基づいて、上下アームのＭＯＳトランジスタ１、２が、一方が駆動側（上段に表示）、他方が同期整流側（下段に表示）となる場合のオンオフの動作について、ドレイン電流Ｉｄが大電流時と小電流時とで示している。

【0041】

前述したように、小電流時は、参照電圧Ｖｇｓｍが低いレベルであるＶｇｓｍＬとなり、しきい値電圧Ｖｔｈよりも少し大きい値となっている。また、大電流時には高いレベルであるＶｇｓｍＨとなっている。

【0042】

まず、ドレイン電流Ｉｄが小電流時には、ＭＯＳトランジスタ１、２のうちの駆動側のものが時刻ｔ０でオフ駆動されると、ゲート電圧Ｖｇｓが印加されていたＶＧＳから下降していく。時刻ｔ１Ｌで参照電圧ＶｇｓｍＬに達し、オフ状態に移行する。そして、この後時刻ｔ１でしきい値電圧Ｖｔｈに達する。

【0043】

ここで、デッドタイムＤＴの開始時点は、オフ状態に移行した時刻ｔ１Ｌであり、実デッドタイムと検出デッドタイムＤＴの開始時刻はほぼ同じである。一方、しきい値電圧Ｖｔｈで判定する従来方式の比較例では、少し遅れてオフタイミングが検出される。

【0044】

この後、デッドタイムＤＴが経過してＭＯＳトランジスタ１、２のうちの同期整流側のものが時刻Ｔ０ａでオン駆動されると、ゲート電圧Ｖｇｓが上昇し、時刻Ｔａでしきい値電圧Ｖｔｈに達してオン状態となり、この時刻Ｔａが検出される。

【0045】

これにより、このときの実デッドタイムは時刻ｔ１Ｌから時刻Ｔａまでとなり、検出デッドタイムＤＴとほぼ同じである。これに対して、比較例では、駆動側のオフ時刻がｔ１Ｌよりも遅れた時刻ｔ１で検出されることで、少し短い検出デッドタイムとなるため、実デッドタイムとの差が発生している。

【0046】

次に、ドレイン電流Ｉｄが大電流時には、ＭＯＳトランジスタ１、２のうちの駆動側のものが時刻ｔ０でオフ駆動されると、ゲート電圧Ｖｇｓが印加されていたＶＧＳから下降し始めて、時刻ｔ１Ｈで参照電圧ＶｇｓｍＨに達し、オフ状態に移行する。そして、この後時刻ｔ１でしきい値電圧Ｖｔｈに達する。

【0047】

ここでのデッドタイムＤＴの開始時点は、オフ状態に移行した時刻ｔ１Ｈであり、実デッドタイムと検出デッドタイムＤＴの開始時刻はほぼ同じである。一方、しきい値電圧Ｖｔｈで判定する従来方式の比較例では、遅れてオフタイミングが検出される。

【0048】

この後、デッドタイムＤＴが経過してＭＯＳトランジスタ１、２のうちの同期整流側のものが時刻Ｔ０ａでオン駆動されると、ゲート電圧Ｖｇｓが上昇し、時刻Ｔａでしきい値電圧Ｖｔｈに達してオン状態となり、この時刻Ｔａが検出される。

【0049】

これにより、このときの実デッドタイムは時刻ｔ１Ｈから時刻Ｔａまでとなり、この場合においても検出デッドタイムＤＴとほぼ同じである。これに対して、比較例では、駆動側のオフ時刻がｔ１Ｈよりも遅れた時刻ｔ１で検出されることで、少し短い検出デッドタイムとなるため、実デッドタイムとの差が大きく発生している。

【0050】

上記の検出誤差は、ドレイン電流Ｉｄが大きくなるほど大きくなる。このため、従来においては、このような検出誤差を考慮したマージンを加算してデッドタイムを設定していた。このため、ドレイン電流Ｉｄが小さい場合でも必要以上にデッドタイムが大きく設定されることとなっていた。

【0051】

このような本実施形態においては、参照電圧調整回路５０ａ、５０ｂにより、ＭＯＳトランジスタ１、２のオンオフのタイミングを負荷電流であるドレイン電流Ｉｄ１、Ｉｄ２の大きさに応じて参照電圧Ｖｇｓｍ１、Ｖｇｓｍ２として設定するようにした。これにより、ドレイン電流Ｉｄ１、Ｉｄ２が変動しても、実際にＭＯＳトランジスタ１、２がオンオフするタイミングと、ゲート電圧Ｖｇｓの変動を検出するタイミングが一致させることができ、検出デッドタイムと実デッドタイムの長さを一致させることができる。

【0052】

この結果、ドレイン電流Ｉｄ１、Ｉｄ２の大きさに起因して変動する検出デッドタイムＤＴの変動分含めた状態で検出することができるようになり、このような変動分を考慮してデッドタイムにマージンを設定する必要が無くなり、その分、設定するデッドタイムの短縮を図ることができる。

【0053】

（第２実施形態）
図４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１００は、デッドタイム設定回路３０ａ、３０ｂの機能を制御回路１２０において実行する構成とされ、また、これによって、ゲート変動検出回路１６０はコンパレータ６１ａ、６１ｂを設ける構成としている。

【0054】

また、この実施形態においては、ＭＯＳトランジスタ１、２の電流検出機能を用いるのではなく、それぞれの通電経路にドレイン電流Ｉｄ１、Ｉｄ２を検出するように、電流検出センサ３ａ、３ｂを設ける構成としている。参照電圧調整回路５０ａ、５０ｂの電流モニタ部５１ａ、５１ｂは、それぞれの電流検出センサ３ａ、３ｂから電流検出信号が入力されるように構成されている。

【0055】

制御回路１２０は、ゲート変動検出回路１６０から出力されるＭＯＳトランジスタ１、２のゲート電圧の変動の検出信号により実デッドタイムを算出し、マージンを加えてデッドタイムを設定した値に基づいて、駆動回路４０ａ、４０ｂに駆動信号を与える構成である。
したがって、このような第３実施形態においても第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

【0056】

（第３実施形態）
図５および図６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１１０は、参照電圧調整回路１５０ａ、１５０ｂとして、それぞれのＭＯＳトランジスタ１、２の温度をモニタする機能を備えた構成としている。温度モニタの構成としては、例えば、検出部位にダイオードを配置し、これに一定電流を流す構成が設けられる。ダイオードに一定電流が流れたときの順方向電圧を検出することで温度を算出することができる。

【0057】

以下、参照電圧調整回路１５０ａ、１５０ｂは、同等の構成となっており、以下の説明では参照電圧調整回路１５０ａについて説明する。温度モニタ部５７ａは、ＭＯＳトランジスタ１からの温度に対応した信号が入力されると、温度信号をしきい値設定部５５ａに出力する。しきい値設定部５５ａは、温度Ｔに対応したしきい値Ｖｔｈの値を加算器５６ａに出力する。

【0058】

第１実施形態においては、前述した式（１）に示したしきい値電圧Ｖｔｈの値は、ＭＯＳトランジスタ１、２のそれぞれの固有の値として扱っていたが、実際には使用環境温度やドレイン電流Ｉｄが流れることにより素子温度が変化すると、これに応じてしきい値電圧Ｖｔｈについての変化する特性を有している。

【0059】

このしきい値電圧Ｖｔｈの温度特性は、図６に示すように、温度Ｔが上昇するとこれに応じて例えば図示のように直線的に減少する関係にある。図６に示しているように、温度ＴがＴａからＴｂに上昇すると、しきい値電圧Ｖｔｈは、ＶｔｈａからＶｔｈｂに低下する。

【0060】

温度モニタ部５７ａ、５７ｂは、ＭＯＳトランジスタ１、２の温度Ｔの検出信号を入力して検出温度に対応した信号をしきい値設定部５５ａ、５５ｂに出力する。しきい値設定部５５ａは、あらかじめＭＯＳトランジスタ１の温度特性に対応するデータが記憶されており、温度信号Ｔが入力されると、これに対応したしきい値Ｖｔｈ（Ｔ）を読み出して出力する。なお、図６に示す温度としきい値電圧との関係を数式として記憶し、算出して出力するようにしても良い。

【0061】

これにより、参照電圧調整回路１５０ａは、ＭＯＳトランジスタ１のドレイン電流Ｉｄ１の大きさと温度Ｔとに応じて参照電圧Ｖｇｓｍ１をコンパレータ６１ａに設定することができる。

【0062】

この結果、ＭＯＳトランジスタ１、２がオンオフするタイミングをより正確に検出することができ、マージンの設定を回路中の誤差に起因するわずかな分だけ設定することができ、デッドタイムの検出を精度良く行うことができる。特に、同期整流時には、参照電圧としてしきい値電圧Ｖｔｈが温度に対応して設定されるので、オンオフのタイミングを正確に検出することができるようになる。

【0063】

このような本実施形態によれば、ＭＯＳトランジスタ１、２のドレイン電流Ｉｄ１、Ｉｄ２の大きさだけでなく、素子温度Ｔ１、Ｔ２にも対応して、オンオフのタイミングを検出するための参照電圧Ｖｇｓｍ１、Ｖｇｓｍ２を設定することができるようになる。

【0064】

なお、装置の使用環境や使用形態によっては、温度変化が少なくしきい値電圧Ｖｔｈの変動も少ない場合には、一定値として設定する第１実施形態の構成を用いることでも支障はない。そして、この実施形態で扱うように、素子温度の変動に伴うしきい値電圧Ｖｔｈの変化が大きくなる場合には、本実施形態を適用することでデッドタイムを精度良く検出することができる。

【0065】

（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。

【0066】

半導体スイッチング素子として、ＭＯＳトランジスタは、一般的なシリコン（Ｓｉ）製のもの以外に、炭化シリコン（ＳｉＣ）のものを用いることもできるし、また、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）など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。

【0067】

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】

【0068】

図面中、１、２はＭＯＳトランジスタ（ゲート駆動型の半導体スイッチング素子）、３ａ、３ｂは電流検出素子、１０、１００、１１０はゲート駆動装置、２０は制御回路、３０ａ、３０ｂはデッドタイム設定回路、４０ａ、４０ｂは駆動回路、５０ａ、５０ｂは参照電圧調整回路、６０はゲート変動検出回路、６１ａ、６１ｂはコンパレータである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】