(57)【要約】【課題】ＩＣ化して部品点数を抑えるとともに、ＩＣ化した際のＩＣの大型化を抑えることができるスイッチング素子駆動装置を提供する。【解決手段】ＩＧＢＴ駆動回路１２は、トランジスタ１２００と制御回路１２０１とを有するシリーズレギュレータ回路１２０と、駆動回路１２１とを備えている。制御回路１２０１と駆動回路１２１は、ＩＣ１２３として一体に構成されている。トランジスタ１２００は、ＩＣ１２３に外付けされている。制御回路１２０１と駆動回路１２１をＩＣ化することで部品点数を抑えることができる。しかも、トランジスタ１２００が外付けとされるため、ＩＣ化された回路の発熱量を抑えることができる。そのため、放熱性の高い大きなＩＣパッケージを用いる必要がなくなり、ＩＣ１２３の大型化を抑えることができる。従って、ＩＣ化して部品点数を抑えるとともに、ＩＣ化した際のＩＣ１２３の大型化を抑えることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が入力端に、他端が出力端にそれぞれ接続されるトランジスタと、前記トランジスタの制御端に接続され、前記出力端の電圧が所定電圧になるように前記トランジスタを制御する制御回路とを有する電源電圧安定化回路と、
前記電源電圧安定化回路の前記出力端に接続され、前記出力端を介して供給される電圧によってスイッチング素子を駆動する駆動回路と、
を備えたスイッチング素子駆動装置において、
前記制御回路及び前記駆動回路は、ＩＣとして一体に構成され、
前記トランジスタは、前記ＩＣに外付けされていることを特徴とするスイッチング素子駆動装置。
【請求項２】
前記スイッチング素子は、電力変換回路を構成することを特徴とする請求項１に記載のスイッチング素子駆動装置。
【請求項３】
前記電力変換装置は、車両に搭載されることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載のスイッチング素子駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング素子を駆動するスイッチング素子駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スイッチング素子を駆動するスイッチング素子駆動装置として、例えば特許文献１に開示されている電力用半導体スイッチング回路がある。この電力用半導体スイッチング回路は、３相インバータ回路のＩＧＢＴを駆動するものであり、電圧レギュレータと、ドライブ回路とを備えている。電圧レギュレータは、ＩＧＢＴを駆動するための電圧を出力する回路である。電圧レギュレータは、電流制御トランジスタと、コンパレータ等からなる制御回路とから構成されている。ドライブ回路は、電圧レギュレータから供給される電圧によってＩＧＢＴを駆動する回路である。ドライブ回路は、直列接続されたＭＯＳＦＥＴによって構成され、電圧レギュレータの出力端に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１７８２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前述した電力用半導体スイッチング回路の部品点数を削減する場合、回路全体をＩＣとして一体に構成することが考えられる。しかし、電流制限トランジスタには、ＩＧＢＴの駆動に必要な比較的大きな電流が流れる。そのため、発熱量も大きい。従って、放熱性の高い大きなＩＣパッケージを用いなければならず、ＩＣが大型化してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ＩＣ化して部品点数を抑えるとともに、ＩＣ化した際のＩＣの大型化を抑えることができるスイッチング素子駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、制御回路と駆動回路を一体にＩＣ化し、トランジスタをこのＩＣに外付けすることで、ＩＣ化して部品点数を抑えるとともに、ＩＣ化した際のＩＣの大型化を抑えることができることを思いつき、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、請求項１に記載のスイッチング素子駆動装置は、一端が入力端に、他端が出力端にそれぞれ接続されるトランジスタと、トランジスタの制御端に接続され、出力端の電圧が所定電圧になるようにトランジスタを制御する制御回路とを有する電源電圧安定化回路と、電源電圧安定化回路の出力端に接続され、出力端を介して供給される電圧によってスイッチング素子を駆動する駆動回路と、を備えたスイッチング素子駆動装置において、制御回路及び駆動回路は、ＩＣとして一体に構成され、トランジスタは、ＩＣに外付けされていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、制御回路と駆動回路をＩＣ化することで部品点数を抑えることができる。しかも、トランジスタが外付けとされるため、ＩＣ化された回路の発熱量を抑えることができる。そのため、放熱性の高い大きなＩＣパッケージを用いる必要がなくなり、ＩＣの大型化を抑えることができる。従って、ＩＣ化して部品点数を抑えるとともに、ＩＣ化した際のＩＣの大型化を抑えることができる。
【０００９】
請求項２に記載のスイッチング素子駆動装置は、スイッチング素子は、電力変換回路を構成することを特徴とする。この構成によれば、電力変換回路を駆動するスイッチング素子駆動装置において、ＩＣ化して部品点数を抑えるとともに、ＩＣ化した際のＩＣの大型化を抑えることができる。
【００１０】
請求項３に記載のスイッチング素子駆動装置は、電力変換装置は、車両に搭載されることを特徴とする。この構成によれば、車両に搭載された電力変換回路を駆動するスイッチング素子駆動装置において、ＩＣ化して部品点数を抑えるとともに、ＩＣ化した際のＩＣの大型化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。
【図２】電源回路の回路図である。
【図３】ＩＧＢＴ駆動回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、実施形態を挙げ本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係るスイッチング素子駆動装置を、車両に搭載され、直流電力を交流電力に変換して３相交流モータに供給するモータ制御装置に適用した例を示す。
【００１３】
まず、図１〜図３を参照してモータ制御装置の構成について説明する。ここで、図１は、本実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。図２は、電源回路の回路図である。図３は、ＩＧＢＴ駆動回路の回路図である。
【００１４】
図１に示すモータ制御装置１は、バッテリＢ１０の出力する直流電圧を３相交流電圧に変換して３相交流モータＭ１に供給し、３相交流モータＭ１を駆動する装置である。つまり、直流電力を交流電力に変換して３相交流モータＭ１を駆動する装置である。モータ制御装置１は、電力変換回路１０と、電源回路１１と、ＩＧＢＴ駆動回路１２〜１７（スイッチング素子駆動装置）と、コントローラ１８とを備えている。
【００１５】
電力変換回路１０は、バッテリＢ１０の直流電圧を３相交流電圧に変換し、３相交流モータＭ１に供給する回路である。つまり、直流電力を交流電力に変換して３相交流モータＭ１に供給する回路である。電力変換回路１０は、ＩＧＢＴ１００〜１０５（スイッチング素子）を備えている。
【００１６】
ＩＧＢＴ１００〜１０５は、オン、オフすることで直流電圧を３相交流電圧に変換する素子である。ＩＧＢＴ１００、１０３、ＩＧＢＴ１０１、１０４及びＩＧＢＴ１０２、１０５は、それぞれ直列接続されている。具体的には、ＩＧＢＴ１００〜１０２のエミッタが、ＩＧＢＴ１０３〜１０５のコレクタにそれぞれ接続されている。直列接続された３組のＩＧＢＴ１００、１０３、ＩＧＢＴ１０１、１０４及びＩＧＢＴ１０２、１０５は、並列接続されている。ＩＧＢＴ１００〜１０２のコレクタは、バッテリＢ１０の正極端に接続されている。ＩＧＢＴ１０３〜１０５のエミッタは、バッテリＢ１０の負極端に接続されるとともに接地されている。ＩＧＢＴ１００〜１０５のゲートは、ＩＧＢＴ駆動回路１２〜１７にそれぞれ接続されている。また、直列接続されたＩＧＢＴ１００、１０３、ＩＧＢＴ１０１、１０４及びＩＧＢＴ１０２、１０５の直列接続点に形成されるＵ、Ｖ、Ｗ相端は、３相交流モータＭ１にそれぞれ接続されている。
【００１７】
電源回路１１は、コントローラ１８から入力される駆動信号に基づいて動作し、バッテリＢ１１の直流電圧をＩＧＢＴ１００〜１０５の駆動に必要な電圧に変換し、ＩＧＢＴ駆動回路１２〜１７に供給する回路である。図２に示すように、電源回路１１は、ＭＯＳＦＥＴ１１０と、トランス１１１と、整流回路１１２〜１１５とを備えている。
【００１８】
ＭＯＳＦＥＴ１１０は、オン、オフすることで、バッテリＢ１１の直流電圧を交流電圧に変換する素子である。トランス１１１は、ＭＯＳＦＥＴ１１０によって変換された交流電圧を所定の交流電圧に変換する素子である。トランス１１１は、１次コイル１１１ａと、２次コイル１１１ｂ〜１１１ｅとを備えている。ここで、２次コイル１１１ｂ〜１１１ｄは、ＩＧＢＴ１００〜１０２の駆動のための電圧を、２次コイル１１１ｅは、ＩＧＢＴ１０３〜１０５の駆動のための交流をそれぞれ出力する。１次コイル１１１ａの一端は、バッテリＢ１１の正極端に、他端は、ＭＯＳＦＥＴ１１０を介してバッテリＢ１１の負極端にそれぞれ接続されている。また、２次コイル１１１ｂ〜１１１ｅの両端は、整流回路１１２〜１１５にそれぞれ接続されている。
【００１９】
整流回路１１２〜１１５は、２次コイル１１１ｂ〜１１１ｅから出力される所定の交流電圧を整流して直流電圧に変換する回路である。整流回路１１２〜１１５は、ダイオード１１２ａ〜１１５ａと、コンデンサ１１２ｂ〜１１５ｂとを備えている。ダイオード１１２ａ〜１１４ａのアノードは、２次コイル１１１ｂ〜１１１ｄの一端に接続され、カソードは、ＩＧＢＴ駆動回路１２〜１４にそれぞれ接続されている。２次コイル１１１ｂ〜１１１ｄの他端は、ＩＧＢＴ駆動回路１２〜１４にそれぞれ接続されている。コンデンサ１１２ｂ〜１１４ｂは、ダイオード１１２ａ〜１１４ａのカソードと２次コイル１１１ｂ〜１１１ｄの他端との間に接続されている。また、ダイオード１１５のアノードは、２次コイル１１１ｅの一端に接続され、カソードは、ＩＧＢＴ駆動回路１５〜１７にそれぞれ接続されている。２次コイル１１１ｅの他端は、接地されるとともに、ＩＧＢＴ駆動回路１５〜１７にそれぞれ接続されている。コンデンサ１１５ｂは、ダイオード１１５ａのカソードと２次コイル１１１ｅの他端との間に接続されている。
【００２０】
図１に示すＩＧＢＴ駆動回路１２〜１７は、コントローラ１８から入力される駆動信号に基づいて、ＩＧＢＴ１００〜１０５を駆動する回路である。ＩＧＢＴ駆動回路１２〜１７は、同一の構成であるため、ＩＧＢＴ駆動回路１２について説明する。図３に示すように、ＩＧＢＴ駆動回路１２は、シリーズレギュレータ回路１２０（電源電圧安定化回路）と駆動回路１２１と、抵抗１２２とを備えている。
【００２１】
シリーズレギュレータ回路１２０は、整流回路１１２によって変換された直流電圧を、ＩＧＢＴ１００〜１０５の駆動に必要な所定の直流電圧に安定化して駆動回路１２１に供給する回路である。シリーズレギュレータ回路１２０は、トランジスタ１２００と、制御回路１２０１とを備えている。
【００２２】
トランジスタ１２００は、整流回路１１２の出力電圧を所定の直流電圧に安定化して出力する素子である。トランジスタ１２００のエミッタは、シリーズレギュレータ回路１２０の入力端ＩＮ１を介して整流回路１１２に接続されている。具体的には、図２示すコンデンサ１１２ｂの一端に接続されている。また、図３に示すように、トランジスタ１２００のコレクタは、シリーズレギュレータ回路１２０の出力端ＯＵＴ１を介して駆動回路１２１に接続されている。さらに、ベースは、制御回路１２０１に接続されている。
【００２３】
制御回路１２０１は、シリーズレギュレータ回路１２０の出力電圧が所定の直流電圧になるようにトランジスタ１２００を制御する回路である。制御回路１２０１は、分圧抵抗１２０１ａ、１２０１ｂと、調整抵抗１２０１ｃと、ＭＯＳＦＥＴ１２０１ｄと、基準電源１２０１ｅと、オペアンプ１２０１ｆとを備えている。
【００２４】
分圧抵抗１２０１ａ、１２０１ｂは、シリーズレギュレータ回路１２０の出力電圧を分圧し、出力電圧に対応する検出電圧を出力する素子である。分圧抵抗１２０１ａ、１２０１ｂは直列接続されている。直列接続された分圧抵抗１２０１ａ、１２０１ｂの一端は、出力端ＯＵＴ１に接続されている。また、直列接続された抵抗１２０１ａ、１２０１ｂの他端は、シリーズレギュレータ回路１２０の入力端ＩＮ２を介して整流回路１１２に接続されている。具体的には、図２に示すコンデンサ１２２ｂの他端に接続されるとともに、シリーズレギュレータ回路１２０の出力端ＯＵＴ２を介して駆動回路１２１に接続されている。
【００２５】
図３に示す調整抵抗１２０１ｃとＭＯＳＦＥＴ１２０１ｄは、コントローラ１８から入力される切替え信号に基づいて、シリーズレギュレータ回路１２０の出力電圧を検出する際の分圧比を切替える素子である。調整抵抗１２０１ｃとＭＯＳＦＥＴ１２０１ｄは直列接続されている。具体的には、調整抵抗１２０１ｃの一端がＭＯＳＦＥＴ１２０１ｄのドレインに接続されている。調整抵抗１２０１ｃの他端は、直列接続された分圧抵抗１２０１ａ、１２０１ｂの直列接続点に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１２０１ｄのソースは、入力端ＩＮ２を介してコンデンサ１１２ｂの他端に接続されるとともに、出力端ＯＵＴ２を介して駆動回路１２１に接続されている。
【００２６】
基準電源１２０１ｅは、目標となる所定の直流電圧に対応する基準電圧を出力する電源である。基準電源１２０１ｅの正極端は、オペアンプ１２０１ｆに接続されている。また、負極端は、入力端ＩＮ２を介してコンデンサ１１２ｂの他端に接続されるとともに、出力他端ＯＵＴ２を介して駆動回路１２１に接続されている。
【００２７】
オペアンプ１２０１ｆは、検出電圧と基準電圧とを比較し、比較結果に基づいてトランジスタ１２００を駆動する素子である。オペアンプ１２０１ｆの非反転入力端は、直列接続された分圧抵抗１２０１ａ、１２０１ｂの直列接続点に接続されている。また、反転入力端は、基準電源１２０１ｅの正極端に接続されている。さらに、出力端は、トランジスタ１２００のベースに接続されている。
【００２８】
駆動回路１２１は、コントローラ１８から入力される駆動信号に基づいてＩＧＢＴ１００を駆動する回路である。抵抗１２２は、ＩＧＢＴ１００に流れ込む電流を制限する素子である。駆動回路１２１は、シリーズレギュレータ回路１２０から供給される電圧によってゲート電圧を制御することでＩＧＢＴ１００をオン、オフさせる。駆動回路１２１は、ＭＯＳＦＥＴ１２１ａ、１２１ｂを備えている。ＭＯＳＦＥＴ１２１ａ、１２１ｂは直列接続されている。具体的には、ＭＯＳＦＥＴ１２１ａのドレインがＭＯＳＦＥＴ１２１ｂのドレインに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１２１ａのソースは、シリーズレギュレータ回路１２０の出力端ＯＵＴ１を介してトランジスタ１２００のコレクタに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１２１ｂのソースは、シリーズレギュレータ回路１２０の出力端ＯＵＴ２及び入力端ＩＮ２を介してコンデンサ１１２ｂの他端に接続されている。また、直列接続されたＭＯＳＦＥＴ１２１ａ、１２１ｂの直列接続点は、抵抗１２２を介してＩＧＢＴ１００のゲートに接続されている。
【００２９】
ここで、制御回路１２０１と駆動回路１２１は、ＩＣ１２３として一体に構成されている。そして、トランジスタ１２００は、ＩＣ１２３に外付けされている。
【００３０】
図１に示すコントローラ１８は、電源回路１１を制御するとともに、ＩＧＢＴ駆動回路１２〜１７を介して電力変換回路１０を制御する回路である。コントローラ１８は、外部から入力される指令等に基づいて、電源回路１１とＩＧＢＴ駆動回路１２〜１７に駆動信号や切替え信号を出力する。コントローラ１８は、電源回路１１に接続されている。具体的には、図２に示すＭＯＳＦＥＴ１１０のゲートに接続されている。また、図１に示すように、コントローラ１８は、ＩＧＢＴ駆動回路１２〜１７にそれぞれ接続されている。具体的には、図３に示すＭＯＳＦＥＴ１２０１ｄ、１２１ａ、１２１ｂのゲートにそれぞれ接続されている。ＩＧＢＴ駆動回路１３〜１７に対しても同様である。
【００３１】
次に、図１〜図３を参照してモータ制御装置の動作について説明する。図１において、コントローラ１８は、電源回路１１に駆動信号を出力する。図２において、ＭＯＳＦＥＴ１１０は、駆動信号に基づいてオン、オフし、バッテリＢ１１の直列電圧を交流電圧に変換する。変換された交流電圧は、トランス１１１によって所定の交流電圧に変換される。さらに、整流回路１１２〜１１５によって直流電圧に変換され、ＩＧＢＴ駆動回路１２〜１７に供給される。
【００３２】
図３において、ＩＧＢＴ駆動回路１２０１のオペアンプ１２０１ｆは、分圧抵抗１２０１ａ、１２０１ｂによって検出された検出電圧を、基準電源１２０１ｅの基準電圧と比較し、比較結果に基づいてトランジスタ１２００を駆動する。これにより、整流回路１１２から供給された直流電圧が所定の直流電圧に安定化され、駆動回路１２１に供給される。図１に示すＩＧＢＴ駆動回路１３〜１７も同様に動作する。なお、必要に応じてコントローラ１８が切替え信号を出力すると、図３において、ＭＯＳＦＥＴ１２０１ｄがオンし、シリーズレギュレータ回路１２０の出力電圧を検出する際の分圧比が切替わる。これにより、検出電圧が変わることとなり、基準電圧が同一であってもシリーズレギュレータ回路１２０の出力電圧を異なる電圧にすることができる。
【００３３】
図１において、コントローラ１８は、ＩＧＢＴ駆動回路１２〜１７に駆動信号を出力する。図３において、ＭＯＳＦＥＴ１２１ａ、１２１ｂは、駆動信号に基づいてオン、オフし、シリーズレギュレータ回路１２０から供給される安定化された所定の直流電圧によってＩＧＢＴ１００のゲート電圧を制御する。これにより、ＩＧＢＴ１００がオン、オフする。図１に示す、ＩＧＢＴ駆動回路１３〜１７も同様に動作する。ＩＧＢＴ１００〜１０５がオン、オフすることで、バッテリＢ１０の直流電圧が３相交流電圧に変換される。変換された３相交流電圧が供給されることで３相交流モータが駆動力を発生する。
【００３４】
最後に、効果について説明する。本実施形態によれば、制御回路１２０１と駆動回路１２１は、ＩＣ１２３として一体に構成されている。そのため、このＩＣ化により部品点数を抑えることができる。ところで、トランジスタ１２００は、駆動時に大きな電流が流れ発熱する。しかし、トランジスタ１２００は、制御回路１２０１や駆動回路１２１とともにＩＣ化はされておらず、ＩＣ１２３に外付けとされている。そのため、ＩＣ１２３の発熱量を抑えることができる。これにより、放熱性の高いＩＣパッケージを用いる必要がなくなり、ＩＣ１２３の大型化を抑えることができる。従って、車両に搭載された電力変換回路１０のＩＧＢＴ１００〜１０５を駆動するＩＧＢＴ駆動回路１２〜１７において、ＩＣ化して部品点数を抑えるとともに、ＩＣ化した際のＩＣの大型化を抑えることができる。また、トランジスタ１２００が外付けであることから、このトランジスタを変えることで、シリーズレギュレータ回路の電流容量を容易に変えることができる。従って、ＩＣ１２３を様々な電流容量のシリーズレギュレータ回路に用いることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１・・・モータ制御装置、１０・・・電力変換回路、１００〜１０５・・・ＩＧＢＴ（スイッチング素子）、１１・・・電源回路、１１０・・・ＭＯＳＦＥＴ、１１１・・・トランス、１１１ａ・・・１次コイル、１１１ｂ〜１１１ｅ・・・２次コイル、１１２〜１１５・・・整流回路、１１２ａ〜１１５ａ・・・ダイオード、１１２ｂ〜１１５ｂ・・・コンデンサ、１２〜１７・・・ＩＧＢＴ駆動回路（スイッチング素子駆動装置）、１２０・・・シリーズレギュレータ回路（電源電圧安定化回路）、１２００・・・トランジスタ、１２０１・・・制御回路、１２０１ａ、１０２１ｂ・・・分圧抵抗、１２０１ｃ・・・調整抵抗、１２０１ｄ・・・ＭＯＳＦＥＴ、１２０１ｅ・・・基準電源、１２０１ｆ・・・オペアンプ、１２１・・・駆動回路、１２１ａ、１２１ｂ・・・ＭＯＳＦＥＴ、１２３・・・ＩＣ、１８・・・コントローラ、Ｂ１０、Ｂ１１・・・バッテリ、Ｍ１・・・３相交流モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2010283987.tif 000005