(57)【要約】【課題】１つの直流電源でスイッチング素子を駆動するゲート駆動装置において、上下アームのドライブ回路に最適な駆動電圧を供給できるようにする。【解決手段】上アーム側には、上アーム側スイッチング素子（11）と上アーム側ドライブ回路（12）とブートコンデンサ（C1）とダイオード（D1）とが設けられ、下アーム側には、下アーム側スイッチング素子（21）と下アーム側ドライブ回路（22）と直流電源（23）とが設けられる。下アーム側には、上アーム側のダイオード（D1）の電圧降下Ｖｆを補償するように、直流電源からの供給電圧に電圧降下Ｖｆを付与するダイオード（D2）が設けられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上アーム側スイッチング素子（11）を駆動する上アーム側ドライブ回路（12）と、下アーム側スイッチング素子（21）を駆動する下アーム側ドライブ回路（22）と、該下アーム側ドライブ回路（22）に電圧を供給する直流電源（23）と、該直流電源（23）から供給される電圧を充放電することで上記上アーム側ドライブ回路（12）へ電圧を供給するブートコンデンサ（C1）と、上記直流電源（23）側から上記ブートコンデンサ（C1）側への電流の流れのみを許容するダイオード（D1）とを備えた電圧形駆動素子のゲート駆動装置であって、
上記下アーム側には、上アーム側の上記ダイオード（D1）の電圧降下を補償するように、上記直流電源（23）から下アーム側ドライブ回路（22）へ供給される電圧に対して所定の電圧降下を付与する電圧降下手段（D2,R5,ZD3）が設けられていることを特徴とする電圧形駆動素子のゲート駆動装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記直流電源（23）の電圧値は、上アーム側ドライブ回路（12）の最適駆動電圧に上アーム側のダイオード（D1）の電圧降下量を加えた値以上に設定されていることを特徴とする電圧形駆動素子のゲート駆動装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
上記上アーム側スイッチング素子（11）及び上記下アーム側スイッチング素子（21）は、ノーマリオフ接合型電界効果トランジスタで構成されていることを特徴とする電圧形駆動素子のゲート駆動装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つにおいて、
上記上アーム側のダイオード（D1）は、ＰＮ接合ダイオードで構成されていることを特徴とする電圧形駆動素子のゲート駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一つの直流電源で上下アームのスイッチング素子を駆動する電圧形駆動素子のゲート駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、空気調和装置の圧縮機を駆動するモータの運転状態を制御するインバータ回路等では、上アーム及び下アームの各スイッチング素子をオン／オフさせるためのゲート駆動装置が用いられている。例えば特許文献１には、一つの直流電源で上下アームの電圧形駆動素子をそれぞれ駆動するゲート駆動装置（いわゆるブートストラップ回路）が開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示のゲート駆動装置では、上アーム側ドライブ回路と、下アーム側ドライブ回路と、下アーム側ドライブ回路に電圧を供給する直流電源とを備えている。また、ゲート駆動装置には、直流電源の電圧を充放電することで上アーム側ドライブ回路へ電圧を供給するブートコンデンサが設けられている。即ち、下アーム側スイッチング素子がオンされると、上記ブートコンデンサが充電される。この状態で上アーム側ドライブ回路へオン信号が出力されることで、上アームドライブ回路へ駆動電圧が供給され、上アーム側スイッチング素子がＯＮされる。
【０００４】
以上のように、特許文献１のゲート駆動装置では、上アーム側ドライブ回路へ駆動電圧を供給するためのブートコンデンサを設けることで、一つの直流電源で上下のアームのスイッチング素子をオン／オフさせることを可能としている。なお、特許文献１のゲート駆動装置では、直流電源側からブートコンデンサ側への電流の流れのみを許容するようにダイオードが設けられている。これにより、下アーム側スイッチング素子のオフ時において、上下のアームのスイッチング素子の中点とマイナス端子との間で電位差が発生した場合にも、中点からマイナス端子側へ電流が流れることが上記のダイオードによって阻止され、ブートコンデンサの放電が防止されている。
【特許文献１】特開昭６０−７０９６３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１に開示のゲート駆動装置では、上述の如く、直流電源とブートコンデンサの間にダイオードを設ける必要がある。このため、直流電源からブートコンデンサへ電圧が供給される際には、ダイオードで電圧降下が生じてしまう。その結果、この電圧降下に起因してブートコンデンサの充電電圧が低くなり、上アーム側ドライブ回路の駆動電圧が低くなってしまう。その結果、上アーム側のスイッチング素子のオン抵抗が増大し、ひいてはオン損失が増大してしまうという問題が生じる。
【０００６】
一方、このようなダイオードの電圧降下を考慮して、直流電源の電圧値を比較的高めに設定することも考え得る。しかしながら、この場合には、駆動電圧が下アーム側スイッチング素子の上限電圧値を越えてしまい、動作不良を招いてしまうという別の問題が生じてしまう。
【０００７】
また、インバータ回路に用いられるスイッチング素子としては、ＳｉＣ（Silicon Carbite）のような材料を用いたワイドバンドギャップ半導体が盛んに開発されており、低損失で耐熱性が高い等の特性から上記のスイッチング素子としての応用が期待されている。とりわけ、ＳｉＣを用いた半導体素子は、ＭＯＳＦＥＴ構造とするよりも接合型電界効果トランジスタ（以下、ＪＦＥＴと略記する。JFET：Junction Field Effect Transistor）構造とした方がオン抵抗を小さくしやすい。このため、上記の特許文献１に開示されているようなゲート駆動装置についても、ＪＦＥＴから成るスイッチング素子への適用が望まれる。
【０００８】
ところが、ＪＦＥＴは、そのゲート駆動電圧が例えば３Ｖ程度であり、上記ＭＯＳＦＥＴ等のゲート駆動電圧（例えば１５Ｖ）と比較して、ゲート駆動電圧が低い特性を有する。このため、ＪＦＥＴを用いたゲート駆動装置において、上記の如く、直流電源からブートコンデンサへ電圧（例えば３．０Ｖ）が供給される際にダイオードで電圧降下（例えば０．７Ｖ）が生じると、ゲート駆動電圧に対するダイオードの電圧降下の影響が大きくなり、スイッチング素子のオン抵抗の増大もより顕著となってしまう。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、１つの直流電源でスイッチング素子を駆動するゲート駆動装置において、上下アームのドライブ回路に最適な駆動電圧を供給できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、上アーム側スイッチング素子（11）を駆動する上アーム側ドライブ回路（12）と、下アーム側スイッチング素子（21）を駆動する下アーム側ドライブ回路（22）と、該下アーム側ドライブ回路（22）に電圧を供給する直流電源（23）と、該直流電源（23）から供給される電圧を充放電することで上記上アーム側ドライブ回路（12）へ電圧を供給するブートコンデンサ（C1）と、上記直流電源（23）側から上記ブートコンデンサ（C1）側への電流の流れのみを許容するダイオード（D1）とを備えた電圧形駆動素子のゲート駆動装置を対象とし、上記下アーム側には、上アーム側の上記ダイオード（D1）の電圧降下を補償するように、上記直流電源（23）から下アーム側ドライブ回路（22）へ供給される電圧に対して所定の電圧降下を付与する電圧降下手段（D2,R5,ZD3）が設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
第１の発明のゲート駆動装置では、上アーム側にスイッチング素子（11）とドライブ回路（12）とブートコンデンサ（C1）とダイオード（D1）とが設けられ、下アーム側にスイッチング素子（21）とドライブ回路（22）と直流電源（23）とが設けられる。このゲート駆動装置では、直流電源（23）から下アーム側ドライブ回路（22）へ駆動電圧が供給される。また、上アーム側のブートコンデンサ（C1）には、直流電源（23）からダイオード（D1）を介して電圧が供給される。これにより、ブートコンデンサ（C1）には、上アーム側ドライブ回路（12）への駆動電圧が充電される。
【００１２】
以上のような構成のゲート駆動装置では、ブートコンデンサ（C1）の放電を阻止するようにダイオード（D1）が設けられている。このため、上アーム側のダイオード（D1）では、直流電源（23）からブートコンデンサ（C1）へ供給される電圧が降下してしまう。そこで、本発明では、このようなダイオード（D1）の電圧降下を下アーム側でも補償するように、下アーム側に電圧降下手段（D2,R5,ZD3）が設けられる。この電圧降下手段（D2,R5,ZD3）により、下アーム側では、直流電源（23）から下アーム側ドライブ回路（22）へ供給される電圧に対して所定の電圧降下が付与される。これにより、本発明では、上アーム側ドライブ回路（12）の駆動電圧と、下アーム側ドライブ回路（22）の駆動電圧とをバランスさせることができる。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、上記直流電源（23）の電圧値は、上アーム側ドライブ回路（12）の最適駆動電圧に上アーム側のダイオード（D1）の電圧降下量を加えた値以上に設定されていることを特徴とするものである。
【００１４】
第２の発明では、直流電源（23）の電圧値が、上アーム側のダイオード（D1）の電圧降下量を考慮して設定される。つまり、本発明の直流電源（23）の電圧値は、上アーム側ドライブ回路（12）の最適な駆動電圧に、ダイオード（D1）の電圧降下量を加えた値以上に設定される。このため、直流電源（23）からブートコンデンサ（C1）へ電圧が供給される際、ダイオード（D1）で電圧降下が生じても、ブートコンデンサ（C1）に所望とする駆動電圧を充電させることができる。また、このようにして直流電源（23）の電圧値を高めに設定したとしても、直流電源（23）から下アーム側ドライブ回路（22）へ供給される電圧は電圧降下手段（D2,R5,ZD3）により降下するので、下アーム側ドライブ回路（22）の駆動電圧が過剰となることも回避できる。
【００１５】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、上記上アーム側スイッチング素子（11）及び上記下アーム側スイッチング素子（21）は、ノーマリオフ接合型電界効果トランジスタで構成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
第３の発明では、上下アームのスイッチング素子（11,21）が、ノーマリオフ接合型電界効果トランジスタ（いわゆる、ＪＦＥＴ）で構成される。これにより、本発明のゲート駆動装置では、例えばＭＯＳＦＥＴ構造のスイッチング素子を採用する場合と比較して、オン抵抗が低減される。一方、ＪＦＥＴは、ＭＯＳＦＥＴと比較すると、ゲート駆動電圧が低い特性を有しているため、上記のダイオードで電圧降下が生じた場合には、ＭＯＳＦＥＴよりもゲート駆動電圧に対する電圧降下の影響が大きくなり、電圧降下に起因するオン抵抗の増大も顕著となってしまう。
【００１７】
しかしながら、本発明では、上記の如く下アーム側に電圧降下手段（D2,R5,ZD3）を設けているので、上下のドライブ回路（12,22）の駆動電圧をバランスさせて、両者のドライブ回路（12,22）へ最適な駆動電圧を供給することができる。その結果、スイッチング損失の小さなゲート駆動装置を提供することができる。
【００１８】
第４の発明は、第１乃至第３のいずれか１つにおいて、上記上アーム側のダイオード（D1）は、ＰＮ接合ダイオードで構成されていることを特徴とするものである。
【００１９】
第４の発明では、ブートコンデンサ（C1）の放電を阻止するためのダイオードとして、ＰＮ接合ダイオードが用いられる。このＰＮ接合ダイオードは、電圧降下が比較的高い特性を有している。このため、本発明の電圧降下手段（D2,R5,ZD3）を設けない場合には、上アーム側の駆動電圧と下アーム側の駆動電圧との差が一層大きくなってしまう。しかしながら、本発明では、下アーム側に電圧降下手段（D2,R5,ZD3）を設けているので、このようなアンバランスを確実に解消でき、両者のドライブ回路（12,22）へ最適な駆動電圧を供給することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、上アーム側のダイオード（D1）の電圧降下を補償するように、下アーム側の駆動電圧に所定の電圧降下を付与する電圧降下手段（D2,R5,ZD3）を設けるようにしている。これにより、本発明によれば、上下アームの駆動電圧のアンバランスを解消することができ、このような電圧降下を考慮した電圧を両者のドライブ回路（12,22）へ供給することができる。これにより、各スイッチング素子（11,21）のオン抵抗の増大、並びにオン損失の増大を防止できる。また、両者のスイッチング素子（11,21）の駆動電圧が所定の上限電圧値を越えてしまうことを回避でき、これらのスイッチング素子（11,21）を確実に動作させることができる。
【００２１】
特に、第２の発明では、ダイオード（D1）の電圧降下を考慮して直流電源（23）の電圧値を設定しているので、両者のドライブ回路（12,22）の駆動電圧が最適な駆動電圧を下回ってしまうことを確実に回避できる。
【００２２】
更に、第３の発明では、各スイッチング素子（11,21）としてＪＦＥＴを採用しているので、スイッチング損失の低減を図りつつ、且つこれらのスイッチング素子のオン抵抗の低下を確実に回避できる。また、第４の発明では、電圧降下が比較的高くなるＰＮ接合型のダイオード（D1）において、このダイオード（D1）の電圧降下を補償して上下のドライブ回路（12,22）の駆動電圧をバランスさせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００２４】
《発明の実施形態１》
本発明の実施形態１に係るゲート駆動装置（10）は、電力変換装置（1）に搭載されている。電力変換装置（1）は、空気調和装置や冷凍装置等の冷媒回路に接続される圧縮機の電動機（多相モータ）等の負荷を駆動するために用いられる。
【００２５】
図１に示すように、電力変換装置（1）は、整流回路（2）とインバータ回路（3）と制御回路（4）とを備えている。整流回路（2）は、交流電源である商用電源（5）に接続されている。整流回路（2）は、商用電源（5）の交流電圧を整流して直流電圧に変換する。
【００２６】
インバータ回路（3）は、整流回路（2）から供給される直流電圧を三相交流電圧に変換し、電動機（6）へ供給する。インバータ回路（3）は、電圧形駆動素子を構成する６つのスイッチング素子（11,21）が三相ブリッジ結線されている。即ち、インバータ回路（3）には、３組のアームが設けられ、各アームには上アーム側スイッチング素子（11）と下アーム側スイッチング素子（21）が直列に接続されている。インバータ回路（3）では、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相のスイッチング素子（11,21）に対応するように３つのゲート駆動装置（10）が設けられている。
【００２７】
制御回路（4）は、設定された周波数に応じて、各スイッチング素子（11,21）をオン／オフさせるための信号を各ゲート駆動装置（10）へ出力する。
【００２８】
図２に示すゲート駆動装置（10）は、単電源で上下アームのスイッチング素子（11,21）を駆動する、いわゆるブートストラップ回路を構成している。ゲート駆動装置（10）の上アームには、上述した上アーム側スイッチング素子（11）、上アーム側ドライブ回路（12）、ブートコンデンサ（C1）、ダイオード（D1）、及び抵抗（R1）が設けられている。また、ゲート駆動装置（10）下アームには、上述した下アーム側スイッチング素子（21）、下アーム側ドライブ回路（22）、直流電源（23）、コンデンサ（C2）、ダイオード（D2）、及び抵抗（R2）が設けられている。
【００２９】
上記のスイッチング素子（11,21）は、ＳｉＣのようなワイドバンドギャップ半導体を用いてＪＦＥＴ（unction Field Effect Transistor）構造を採用している。このＪＦＥＴは、ＭＯＳＦＥＴ構造と比較してオン抵抗が低い特性を有する。また、ＪＦＥＴは、例えばＭＯＳＦＥＴよりもゲート駆動電圧が低いスイッチング素子であり、このゲート駆動電圧は３．０Ｖ以下（即ち、３．０Ｖが電圧上限値）となっている。また、ＪＦＥＴは、寄生ダイオードがないため、上アーム側スイッチング素子（11）及び下アーム側スイッチング素子（21）のドレイン・ソース端子間には、それぞれ帰還用のダイオードをそれぞれのドレイン・ソース端子間に設けている（図１を参照）。
【００３０】
各アームでは、上アーム側スイッチング素子（11）と下アーム側スイッチング素子（21）とが直列に接続されている。即ち、各アームでは、上アーム側スイッチング素子（11）のソース端子と下アーム側スイッチング素子（21）のドレイン端子とが互いに接続されている。上アーム側スイッチング素子（11）のドレイン端子は、端子（T1）を介して整流回路（2）の正極側と接続し、下アーム側スイッチング素子（21）のソース端子は、端子（T2）を介して整流回路（2）の負極側と接続している。また、上アーム側スイッチング素子（11）のソース端子、及び下アーム側スイッチング素子（21）のドレイン端子は、端子（T3）を介して対応する出力線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の何れか）と接続している。
【００３１】
上アーム側ドライブ回路（12）は、上アーム側スイッチング素子（11）を駆動するものである。具体的には、上アーム側ドライブ回路（12）は、制御回路（4）から出力される信号により制御され、抵抗（R1）を介して上アーム側スイッチング素子（11）のゲート端子に電圧を印加する。下アーム側ドライブ回路（22）は、下アーム側スイッチング素子（21）を駆動するものである。具体的には、下アーム側ドライブ回路（22）は、抵抗（R2）を介して下アーム側スイッチング素子（21）のゲート端子に電圧を印加する。
【００３２】
下アーム側の直流電源（23）は、上記の下アーム側ドライブ回路（22）へ電圧を供給する。また、直流電源（23）は、上アーム側のコンデンサ（C1）に対しても電圧を供給する。コンデンサ（C1）は、直流電源（23）から供給される電圧を充放電することで、上アーム側ドライブ回路（12）へ充電電圧を供給する。コンデンサ（C2）は、下アーム側ドライブ回路（22）への供給電圧の平滑用のコンデンサを構成している。なお、ゲート駆動装置（10）では、このコンデンサ（C2）を省略した構成としても良い。
【００３３】
上アーム側のダイオード（D1）は、直流電源（23）からコンデンサ（C1）への電流の流れのみを許容している。つまり、ダイオード（D1）では、直流電源（23）側からコンデンサ（C1）側への方向が順方向となり、コンデンサ（C1）の逆方向への放電を阻止する、いわゆる逆耐圧ダイオードを構成している。なお、本実施形態のダイオード（D1）は、ＰＮ接合ダイオードで構成されており、順方向での電圧降下が比較的大きな特性を有している。
【００３４】
本実施形態のゲート駆動装置（10）では、上述したように、下アーム側にもダイオード（D2）が設けられている。ダイオード（D2）は、上アーム側のダイオード（D1）と同じ電圧降下特性を有するＰＮ接合ダイオードで構成されている。ダイオード（D2）は、直流電源（23）側から下アーム側ドライブ回路（22）側が順方向となっている。ダイオード（D2）は、上アーム側のダイオード（D1）の電圧降下を補償するように、直流電源（23）から下アーム側ドライブ回路（22）へ供給される電圧に対してダイオード（D1）と同等の電圧降下を付与する電圧降下手段を構成している。これにより、上アームと下アームの各ドライブ回路（12,22）では、供給される駆動電圧が互いにバランスしている（詳細は後述する）。
【００３５】
また、上述した直流電源（23）は、ダイオード（D1）の電圧降下を考慮して、電源電圧値が設定されている。具体的には、例えば上下アームのドライブ回路（12,22）の最適な駆動電圧Ｖgは、スイッチング素子（11,21）の最適なゲート駆動電圧となる３．０Ｖであり、ダイオード（D1）の電圧降下量Ｖfが例えば０．７Ｖであるとする。この場合には、直流電源（23）の電源電圧値Ｅ1は、上記最適駆動電圧Ｖgにダイオード（D1）の電圧降下量Ｖfを加えた値（即ち、３．０Ｖ＋０．７Ｖ＝３．７Ｖ）に設定されている。なお、上アーム側に他の構成要素が設けられ、この構成要素が所定の電圧降下を有する場合には、電源電圧値Ｅ１は、この電圧降下も考慮した値に設定しても良い。
【００３６】
−ゲート駆動装置の動作−
次に、ゲート駆動装置（10）の動作について図２を参照しながら説明する。
【００３７】
制御回路（4）からは、上下アームのドライブ回路（12,22）に対して、オン信号とオフ信号とが相互に反転するように交互に出力される。制御回路（4）からのオン信号が下アーム側ドライブ回路（22）へ入力されると、直流電源（23）の電圧が下アーム側スイッチング素子（21）へ印加される。これにより、下アーム側スイッチング素子（21）がオンされる。この状態では、端子（T2）と端子（T3）とが同電位となり、直流電源（23）から図２の破線矢印で示すように電流が流れ、ブートコンデンサ（C1）に電圧Ｖ１が充電される。ここで、下アーム側ドライブ回路（22）にオフ信号が入力されて下アーム側スイッチング素子（21）がオフされる状態では、端子（T2）と端子（T3）との間に電位差が生じるが、ダイオード（D1）が端子（T2）から端子（T3）側への電流の流れを阻止する。このため、この状態において、ブートコンデンサ（C1）に充電された電圧が放電されてしまうことはない。
【００３８】
このような状態で制御回路（4）からのオン信号が上アーム側ドライブ回路（12）へ入力されると、ブートコンデンサ（C1）の充電電圧が上アーム側ドライブ回路（12）へ印加される。これにより、上アーム側スイッチング素子（11）がオンされる。
【００３９】
〈ゲート駆動装置の電圧補償について〉
本実施形態のゲート駆動装置（10）では、上記の如く下アームにダイオード（D1）と同等の電圧降下特性を有するダイオード（D2）を設けている。また、直流電源（23）の電源電圧として、最適駆動電圧Ｖgにダイオード（D1）の電圧降下量Ｖfを加えた値が設定されている。これにより、ゲート駆動装置（10）の動作時には、上下の各ドライブ回路（12,22）へ最適な駆動電圧を供給することができる。
【００４０】
具体的には、上述したように、直流電源（23）からブートコンデンサ（C1）に電圧が供給される場合、電源電圧（Ｅ1＝３．７Ｖ）に対してダイオード（D1）の電圧降下（Ｖf＝０．７Ｖ）が付与される。従って、ブートコンデンサ（C1）には、電源電圧Ｅ1からダイオード（D1）の電圧降下量Ｖfを差し引いた電圧（Ｅ1−Ｖf＝３．０Ｖ）が充電される。これにより、ブートコンデンサ（C1）から上アーム側ドライブ回路（12）へ最適駆動電圧が印加されるので、上アーム側スイッチング素子（11）に最適なゲート駆動電圧（約３．０Ｖ）を供給することができる。
【００４１】
また、直流電源（23）から下アーム側ドライブ回路（22）に電圧が供給される場合、電源電圧Ｅ1に対してダイオード（D2）の電圧降下が付与される。ここで、ダイオード（D2）は、ダイオード（D1）と同等の電圧降下量（即ち、Ｖf＝０．７Ｖ）を有しているので、下アーム側ドライブ回路（22）の駆動電圧は、Ｅ1−Ｖf＝３．０Ｖとなる。これにより、下アーム側ドライブ回路（22）へは最適駆動電圧が印加されるので、下アーム側スイッチング素子（21）にも最適なゲート駆動電圧（約３．０Ｖ）を付与することができる。
【００４２】
−実施形態１の効果−
以上のように、上記実施形態１のゲート駆動装置（10）では、上アーム側のダイオード（D1）の電圧降下（Ｖf＝０．７Ｖ）を補償するように、下アーム側に同等の電圧降下を有するダイオード（D2）を設けるようにしている。これにより、直流電源（23）から下アーム側ドライブ回路（22）へ供給される駆動電圧と、ブートコンデンサ（C1）を介して上アーム側ドライブ回路（12）へ供給される駆動電圧とをバランスさせることができる。そして、上記実施形態１では、最適な駆動電圧Ｖg（＝３．０Ｖ）に上記の電圧降下Ｖf（＝０．７Ｖ）を加えた値を直流電源（23）の電源電圧値Ｅ1として設定している。これにより、両者のドライブ回路（12,22）へ最適な駆動電圧Ｖgを確実に付与することができる。その結果、各スイッチング素子（11,21）では、供給される駆動電圧が低くなってオン抵抗が増大したり、あるいは供給される駆動電圧が上限電圧値を越えて動作不良を招いたりすることを防止でき、ゲート駆動装置（10）の効率及び信頼性の向上を図ることができる。
【００４３】
《発明の実施形態２》
次に、実施形態２に係るゲート駆動装置（10）について説明する。図３に示すように、実施形態２に係るゲート駆動装置（10）は、上記実施形態１のゲート駆動装置（10）と異なり、各スイッチング素子（11,21）に順バイアス電圧と逆バイアス電圧との双方を印加できるように構成されている。即ち、実施形態２のスイッチング素子（11,21）は、上記ＪＦＥＴから成り、最適なゲート駆動電圧が３．０Ｖであり、最適な逆バイアス電圧が−５．０Ｖとなっている。実施形態２では、このようなスイッチング素子（11,21）のゲート駆動電圧／逆バイアス電圧に対応するように、各スイッチング素子（11,21）に順バイアス電圧３．０Ｖを、逆バイアス電圧−５．０Ｖを印加可能に構成されている。
【００４４】
実施形態２のゲート駆動装置（10）の上アームには、上記実施形態１のゲート駆動装置（10）において、コンデンサ（C3）とダイオード（D3）と抵抗（R3）とツェナーダイオード（ZD1）とが更に付与されている。上アームでは、上記抵抗（R3）とコンデンサ（C3）とダイオード（D3）とが直列に接続されている。また、ツェナーダイオード（ZD1）は、一端がコンデンサ（C1）とダイオード（D3）の接点に接続され、他端が上アーム側スイッチング素子（11）のソース側と繋がっている。ツェナーダイオード（ZD1）のツェナー電圧Ｖz1は、上アーム側の逆バイアス電圧（５．０Ｖ）と同等に設定されている。以上の構成により、上アームでは、コンデンサ（C1）に充電された電圧がツェナーダイオード（ZD1）によって分割され、コンデンサ（C3）には、ツェナーダイオード（ZD1）のツェナー電圧Ｖz1と同等の電圧Ｖ3（＝５．０Ｖ）が逆バイアス電圧としてチャージされる。
【００４５】
実施形態２のゲート駆動装置（10）の下アームには、上記実施形態１のゲート駆動装置（10）において、コンデンサ（C4）と抵抗（R4）とツェナーダイオード（ZD2）が更に付与されている。下アームでは、コンデンサ（C2）とコンデンサ（C4）の中点が下アーム側スイッチング素子（21）のソース側と繋がり、抵抗（R4）とツェナーダイオード（ZD2）の中点も下アーム側スイッチング素子（21）のソース側と繋がっている。ツェナーダイオード（ZD2）のツェナー電圧Ｖz2は、下アーム側の逆バイアス電圧（５．０Ｖ）と同等に設定されている。以上の構成により、下アームのコンデンサ（C4）には、ツェナーダイオード（ZD2）のツェナー電圧Ｖz2と同等の電圧Ｖ4（＝５．０Ｖ）が逆バイアス電圧としてチャージされる。
【００４６】
更に、実施形態２のゲート駆動装置（10）の下アームには、電圧降下手段として、抵抗（R5）及びツェナーダイオード（ZD3）が設けられている。この電圧降下手段によるゲート駆動装置（10）の電圧補償についての詳細は後述する。
【００４７】
実施形態２のゲート駆動装置（10）では、上下のアームのドライブ回路（12,22）のスイッチングにより、各スイッチング素子（11,21）に順バイアス電圧と逆バイアス電圧とが印加される。
【００４８】
具体的には、まず下アームについては、コンデンサ（C2）に電圧Ｖ2がチャージされている際に、制御回路（4）からの信号により下アーム側ドライブ回路（22）がコンデンサ（C2）側と下アーム側スイッチング素子（21）のゲート側とを繋ぐ状態となると、下アーム側スイッチング素子（21）にＶ2の順バイアス電圧が印加される。これにより、下アーム側スイッチング素子（21）がオンされる。また、コンデンサ（C4）にマイナスの電圧Ｖ4がチャージされている際に、制御回路（4）からの信号により下アーム側ドライブ回路（22）がコンデンサ（C4）と下アーム側スイッチング素子（21）のゲート側とを繋ぐ状態になると、下アーム側スイッチング素子（21）に−Ｖ4の逆バイアス電圧が印加される。これにより、下アーム側スイッチング素子（21）がオフされる。
【００４９】
同様にして、上アームについては、制御回路（4）からの信号より上アーム側ドライブ回路（12）がコンデンサ（C2）側と上アーム側スイッチング素子（11）のゲート側とを繋ぐ状態となると、上アーム側スイッチング素子（11）にＶ1−Ｖ3の順バイアス電圧が印加される。これにより、上アーム側スイッチング素子（11）がオンされる。また、制御回路（4）からの信号により上アーム側ドライブ回路（12）がコンデンサ（C3）側と上アーム側スイッチング素子（11）のゲート側とを繋ぐ状態となると、上アーム側スイッチング素子（11）に−Ｖ3の逆バイアス電圧が印加される。これにより、上アーム側スイッチング素子（11）がオフされる。
【００５０】
以上のような実施形態２のゲート駆動装置（10）においても、各ドライブ回路（12,22）の駆動電圧がバランスするように、電圧降下手段（R5,ZD3）が設けられ、且つ直流電源（23）の電源電圧値として、上アーム側の電圧降下を考慮した値が設定されている。
【００５１】
具体的には、まず、直流電源（23）の電源電圧値は、上アームのコンデンサ（C1）のチャージ動作時における電圧降下を考慮して設定されている。更に詳細には、コンデンサ（C1）のチャージ動作時には、直流電源（3）の電流が、図３の破線矢印で示すような充電経路を流れることになる。ここで、上アーム側ドライブ回路（12）の駆動電圧として順バイアス電圧＋３．０Ｖ、逆バイアス電圧−５．０Ｖを得るためには、ダイオード（D1）の電圧降下量（Ｖf＝０．７Ｖ）を考慮すると、コンデンサ（C1）に８．７Ｖ（順バイアス電圧＋逆バイアス電圧＋Ｖｆ）以上の電圧を充電する必要がある。また、充電経路に介在するダイオード（D3）とツェナーダイオード（ZD1）の各電圧降下量をそれぞれ０．７Ｖとすると、コンデンサ（C1）には、８．７Ｖ＋０．７Ｖ＋０．７Ｖ＝１０．１Ｖを充電する必要がある。更に、下アーム側のコンデンサ（C4）の充電電圧（即ち、逆バイアス電圧−５．０Ｖ）を考慮して、直流電源（23）の電源電圧値Ｅ１を１０．１Ｖ＋５．０Ｖ＝１５．１Ｖとする。これにより、上アーム側ドライブ回路（12）では、順バイアス電圧３．０Ｖ、逆バイアス電圧−５．０Ｖを確保することができる。
【００５２】
一方、このようにして直流電源（23）の電源電圧値Ｅ１を設定した場合、仮に電圧降下手段（抵抗（R5）及びツェナーダイオード（ZD3））が無い場合、コンデンサ（C2）には、下アーム側ドライブ回路（22）の順バイアス電圧（３．０Ｖ）以上の電圧が充電されてしまう。これに対し、実施形態２では、抵抗（R5）及びツェナーダイオード（ZD3）を設けることにより、直流電源（23）からコンデンサ（C3）へ供給される電圧に所定の電圧降下が付与されるので、コンデンサ（C3）の充電電圧、ひいては下アーム側ドライブ回路（22）の駆動電圧を補償することができる。即ち、ツェナーダイオード（ZD3）のツェナー電圧Ｖz3を下アーム側ドライブ回路（22）の駆動電圧（順バイアス電圧＝３．０）と同じ値とすることで、直流電源（23）の電源電圧値Ｅ１に拘わらず、下アーム側ドライブ回路（22）で順バイアス電圧３．０Ｖを確保することができる。
【００５３】
−実施形態２の効果−
上記実施形態２では、上アーム側のダイオード（D1）、ダイオード（D3）、ツェナーダイオード（ZD1）の電圧降下を補償するようにして、下アーム側に電圧降下手段（R5,ZD3）を設けるようにしている。これにより、下アーム側では、直流電源（23）からコンデンサ（C2）に対して、所望とする順バイアスの電圧（＋３．０Ｖ）を確実に付与することができる。従って、下アーム側スイッチング素子（21）でのオン抵抗の増大を防止しながら、下アーム側スイッチング素子（21）を確実に動作させることができる。
【００５４】
また、上記実施形態２では、ツェナーダイオード（ZD1,ZD2）を設けることで、コンデンサ（C3,C4）に所望とする逆バイアスの電圧（−５．０Ｖ）を付与することができる。これにより、オフリークやターンオフ時間の増大を回避でき、逆阻止耐圧の向上を図ることができる。
【００５５】
《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
【００５６】
上記各実施形態のスイッチング素子（11,21）として採用したＪＦＥＴは例示であり、それ以外の電圧形駆動素子に本発明を適用することもできる。この場合には、ＭＯＳＦＥＴよりもゲート駆動電圧が低いスイッチング素子が好適である。
【００５７】
また、上記実施形態の上アーム側のダイオード（D1）は必ずしもＰＮ接合型のダイオードでなくても良いが、本発明を採用する場合には、ダイオード（D1）の電圧降下が比較的高い場合に好適である。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上説明したように、本発明は、一つの直流電源で上下アームのスイッチング素子を駆動するゲート駆動装置に関し有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施形態に係る電力変換装置の概略の全体構成を示す回路図である。
【図２】実施形態１に係るゲート駆動装置の要部を示す回路図である。
【図３】実施形態２に係るゲート駆動装置の要部を示す回路図である。
【符号の説明】
【００６０】
10     ゲート駆動装置
11     上アーム側スイッチング素子
12     上アーム側ドライブ回路
21     下アーム側スイッチング素子
22     下アーム側ドライブ回路
23     直流電源
C1     ブートコンデンサ
D1     ダイオード
D2     ダイオード（電圧降下手段）
R5     抵抗（電圧降下手段）
ZD3    ツェナーダイオード（電圧降下手段）
【図１】
2010035387.tif 000003
【図２】
2010035387.tif 000004
【図３】
2010035387.tif 000005