(57)【要約】      （修正有）【課題】製造コストが安価である高電圧ゲート駆動集積回路を有する高電圧インバータを提供する。【解決手段】インバータ１００は、ゲート駆動部１１０、１２０、１３０と、インバータ部１４０と、ブートストラップ部１５０、１６０、１７０と、を含む。ゲート駆動部１１０、１２０、１３０は同一構成であり、例えば、ゲート駆動部１１０では、高電圧ゲート駆動部１１１、１１２と、高電圧ゲート駆動器１１３と、低電圧ゲート駆動器１１４とを含む。ブートストラップ部１５０、１６０、１７０は、ゲート駆動部１１０、１２０、１３０のスイッチング制御に応じて、インバータ部１４０の複数のスイッチのスイッチング時に発生する電圧を分圧して、例えば、ゲート駆動部１１０の複数の高電圧ゲート駆動器１１１ー１、１１１ー２、１１２ー１、１１２ー２に印加される電源の電圧レベルを均等に分圧する。【選択図】図１
2014075960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチを有する少なくとも一つのインバータアームを備え、制御に応じて入力電源をスイッチングして交流電源を出力するインバータ部のスイッチング制御を指示する指示信号の入力端と前記インバータ部のスイッチングを制御する制御信号の出力端との間に直列連結された複数の高電圧ゲート駆動器を有する少なくとも一つの高電圧ゲート駆動部を備えて前記複数のスイッチのうちハイサイド（ｈｉｇｈ  ｓｉｄｅ）スイッチのゲート駆動を制御し、少なくとも一つの低電圧ゲート駆動器を備えて前記複数のスイッチのうちローサイド（ｌｏｗ  ｓｉｄｅ）スイッチのゲート駆動を制御する少なくとも一つのゲート駆動部と、
前記ゲート駆動部のスイッチング制御に応じて、前記複数のスイッチのスイッチング時に発生する電圧を各スイッチに分圧する少なくとも一つのブートストラップ部と、
を含む、ゲート駆動回路。
【請求項２】
前記インバータアームは、前記入力電源端と接地との間に順次に直列連結された前記ハイサイドスイッチと、第１ミドルサイドスイッチ及び第２ミドルサイドスイッチと、前記ローサイドスイッチと、を含む、請求項１に記載のゲート駆動回路。
【請求項３】
前記ゲート駆動部は、
前記指示信号の入力端と前記制御信号の出力端との間に直列連結された複数の高電圧ゲート駆動器を有し、前記ハイサイドスイッチのスイッチングを制御する第１高電圧ゲート駆動部と、
前記指示信号の入力端と前記制御信号の出力端との間に直列連結された複数の高電圧ゲート駆動器を有し、前記第１ミドルサイドスイッチのスイッチングを制御する第２高電圧ゲート駆動部と、
前記第２ミドルサイドスイッチのスイッチングを制御する高電圧ゲート駆動器と、
前記ローサイドスイッチのスイッチングを制御する低電圧ゲート駆動器と、を含む、請求項２に記載のゲート駆動回路。
【請求項４】
前記ブートストラップ部は、
前記第１高電圧ゲート駆動部の最終段の高電圧ゲート駆動器の駆動電源端と接地との間に連結された第１キャパシタ、前記第２高電圧ゲート駆動部の最終段の高電圧ゲート駆動器の駆動電源端と接地との間に連結された第２キャパシタ及び前記第２ミドルサイドスイッチのスイッチングを制御する前記高電圧ゲート駆動器の駆動電源端と接地との間に連結され、前記第１高電圧ゲート駆動部の最終段の高電圧ゲート駆動器に駆動電源が入力される駆動電源入力端と前記第２高電圧ゲート駆動部の最終段の高電圧ゲート駆動器に駆動電源が入力される駆動電源入力端に連結された第３キャパシタを有するキャパシタグループと、
第１高電圧ゲート駆動部の最終段の高電圧ゲート駆動器の駆動電源端と前記第２高電圧ゲート駆動部の最終段の高電圧ゲート駆動器の駆動電源端との間に連結された第１ダイオード、前記第２高電圧ゲート駆動部の最終段の高電圧ゲート駆動器の駆動電源端と前記第２ミドルサイドスイッチのスイッチングを制御する前記高電圧ゲート駆動器の駆動電源端との間に連結された第２ダイオード及び前記第２ミドルサイドスイッチのスイッチングを制御する前記高電圧ゲート駆動器の駆動電源端と前記低電圧ゲート駆動器の駆動電源端との間に連結された第３ダイオードを有するダイオードグループと、を含む、請求項３に記載のゲート駆動回路。
【請求項５】
前記ハイサイドスイッチ及び前記第１ミドルサイドスイッチがスイッチングオンされ、前記第２ミドルサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチがスイッチングオフされることで、前記インバータ部からプラス電圧レベルを有する交流電源が出力され、前記第１キャパシタに電源が充電される第１動作モードと、
前記第１ミドルサイドスイッチ及び前記第２ミドルサイドスイッチがスイッチングオンされ、前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチがスイッチングオフされることで、前記インバータ部から零電圧レベルを有する交流電源が出力され、前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタに電源が充電される第２動作モードと、
前記第２ミドルサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチがスイッチングオンされ、前記ハイサイドスイッチ及び前記第１ミドルサイドスイッチがスイッチングオフされることで、前記インバータ部からマイナス電圧レベルを有する交流電源が出力され、前記第２キャパシタ及び前記第３キャパシタに電源が充電される第３動作モードと、を有する、請求項４に記載のゲート駆動回路。
【請求項６】
前記第１動作モードの動作時において、前記第１キャパシタは前記第２キャパシタから電源を受けて充電され、
前記第２動作モードの動作時において、前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタは前記第３キャパシタから電源を受けて充電され、
前記第３動作モードの動作時において、前記第２キャパシタ及び前記第３キャパシタは前記駆動電源を受けて充電される、請求項５に記載のゲート駆動回路。
【請求項７】
前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチはスイッチングオンされ、前記第１ミドルサイドスイッチ及び前記第２ミドルサイドスイッチはスイッチングオフされることで、前記第３キャパシタに電源が充電される第１動作モードと、
前記第１ミドルサイドスイッチはスイッチングオンされ、前記ハイサイドスイッチ、前記ローサイドスイッチ及び前記第２ミドルサイドスイッチはスイッチングオフされることで、前記第１キャパシタに電源が充電される第２動作モードと、
前記第２ミドルサイドスイッチはスイッチングオンされ、前記ハイサイドスイッチ、前記ローサイドスイッチ及び前記第１ミドルサイドスイッチはスイッチングオフされることで、前記第２キャパシタに電源が充電される第３動作モードと、
前記ローサイドスイッチはスイッチングオンされ、前記ハイサイドスイッチ、前記第１ミドルサイドスイッチ及び前記第２ミドルサイドスイッチはスイッチングオフされることで、前記第３キャパシタに電源が充電される第４動作モードと、を有する、請求項４に記載のゲート駆動回路。
【請求項８】
第１動作モードの動作時において、前記第３キャパシタは前記駆動電源を受けて充電され、
第２動作モードの動作時において、前記第１キャパシタは前記第２キャパシタから電源を受けて充電され、
第３動作モードの動作時において、前記第２キャパシタは前記第３キャパシタから電源を受けて充電され、
第４動作モードの動作時において、前記第３キャパシタは前記駆動電源を受けて充電される、請求項７に記載のゲート駆動回路。
【請求項９】
前記インバータ部は、並列連結される三つのインバータアームを含む、請求項１から８の何れか１項に記載のゲート駆動回路。
【請求項１０】
前記三つのインバータアームのスイッチを駆動する第１ゲート駆動部、第２ゲート駆動部及び第３ゲート駆動部をさらに含む、請求項９に記載のゲート駆動回路。
【請求項１１】
前記三つのインバータアームの複数のスイッチのスイッチング時に発生する電圧を各スイッチに分圧印加し、前記第１ゲート駆動部、前記第２ゲート駆動部及び前記第３ゲート駆動部に印加される電圧を分圧する第１ブートストラップ部、第２ブートストラップ部及び第３ブートストラップ部をさらに含む、請求項１０に記載のゲート駆動回路。
【請求項１２】
予め設定された電圧レベルを有する入力電源を提供する入力電源端と接地との間に順次に直列連結されたハイサイドスイッチ、第１ミドルサイドスイッチ及び第２ミドルサイドスイッチ並びにローサイドスイッチを含む複数のスイッチを有する少なくとも一つのインバータアームを備え、制御に応じて前記入力電源をスイッチングして交流電源を出力するインバータ部と、
前記インバータ部のスイッチング制御を指示する指示信号の入力端と前記インバータ部のスイッチングを制御する制御信号の出力端との間に直列連結された複数の高電圧ゲート駆動器を有して前記ハイサイドスイッチのゲート駆動を制御する第１高電圧ゲート駆動部、前記指示信号の入力端と前記制御信号の出力端との間に直列連結された複数の高電圧ゲート駆動器を有して前記第１ミドルサイドスイッチのゲート駆動を制御する第２高電圧ゲート駆動部、前記第２ミドルサイドスイッチのゲート駆動を制御する高電圧ゲート駆動器、前記ローサイドスイッチのゲート駆動を制御する低電圧ゲート駆動器を有する少なくとも一つのゲート駆動部と、
前記ゲート駆動部のスイッチング制御に応じて、前記複数のスイッチのスイッチング時に発生する電圧を各スイッチに分圧する少なくとも一つのブートストラップ部と、
を含む、インバータ。
【請求項１３】
前記ブートストラップ部は、
前記第１高電圧ゲート駆動部の最終段の高電圧ゲート駆動器の駆動電源端と接地との間に連結された第１キャパシタ、前記第２高電圧ゲート駆動部の最終段の高電圧ゲート駆動器の駆動電源端と接地との間に連結された第２キャパシタ及び前記第２ミドルサイドスイッチのスイッチングを制御する前記高電圧ゲート駆動器の駆動電源端と接地との間に連結され、前記第１高電圧ゲート駆動部の最終段の高電圧ゲート駆動器に駆動電源が入力される駆動電源入力端と前記第２高電圧ゲート駆動部の最終段の高電圧ゲート駆動器に駆動電源が入力される駆動電源入力端に連結された第３キャパシタを有するキャパシタグループと、
第１高電圧ゲート駆動部の最終段の高電圧ゲート駆動器の駆動電源端と前記第２高電圧ゲート駆動部の最終段の高電圧ゲート駆動器の駆動電源端との間に連結された第１ダイオード、前記第２高電圧ゲート駆動部の最終段の高電圧ゲート駆動器の駆動電源端と前記第２ミドルサイドスイッチのスイッチングを制御する前記高電圧ゲート駆動器の駆動電源端との間に連結された第２ダイオード及び前記第２ミドルサイドスイッチのスイッチングを制御する前記高電圧ゲート駆動器の駆動電源端と前記低電圧ゲート駆動器の駆動電源端との間に連結された第３ダイオードを有するダイオードグループと、を含む、請求項１２に記載のインバータ。
【請求項１４】
前記ハイサイドスイッチ及び前記第１ミドルサイドスイッチがスイッチングオンされ、前記第２ミドルサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチがスイッチングオフされることで、前記インバータ部からプラス電圧レベルを有する交流電源が出力され、前記第１キャパシタに電源が充電される第１動作モードと、
前記第１ミドルサイドスイッチ及び前記第２ミドルサイドスイッチがスイッチングオンされ、前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチがスイッチングオフされることで、前記インバータ部から零電圧レベルを有する交流電源が出力され、前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタに電源が充電される第２動作モードと、
前記第２ミドルサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチがスイッチングオンされ、前記ハイサイドスイッチ及び前記第１ミドルサイドスイッチがスイッチングオフされることで、前記インバータ部からマイナス電圧レベルを有する交流電源が出力され、前記第２キャパシタ及び前記第３キャパシタに電源が充電される第３動作モードと、を有する、
請求項１３に記載のインバータ。
【請求項１５】
前記第１動作モードの動作時において、前記第１キャパシタは前記第２キャパシタから電源を受けて充電され、
前記第２動作モードの動作時において、前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタは前記第３キャパシタから電源を受けて充電され、
前記第３動作モードの動作時において、前記第２キャパシタ及び前記第３キャパシタは前記駆動電源を受けて充電される、請求項１４に記載のインバータ。
【請求項１６】
前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチはスイッチングオンされ、前記第１ミドルサイドスイッチ及び前記第２ミドルサイドスイッチはスイッチングオフされることで、前記第３キャパシタに電源が充電される第１動作モードと、
前記第１ミドルサイドスイッチはスイッチングオンされ、前記ハイサイドスイッチ、前記ローサイドスイッチ及び前記第２ミドルサイドスイッチはスイッチングオフされることで、前記第１キャパシタに電源が充電される第２動作モードと、
前記第２ミドルサイドスイッチはスイッチングオンされ、前記ハイサイドスイッチ、前記ローサイドスイッチ及び前記第１ミドルサイドスイッチはスイッチングオフされることで、前記第２キャパシタに電源が充電される第３動作モードと、
前記ローサイドスイッチはスイッチングオンされ、前記ハイサイドスイッチ、前記第１ミドルサイドスイッチ及び前記第２ミドルサイドスイッチはスイッチングオフされることで、前記第３キャパシタに電源が充電される第４動作モードと、を有する、請求項１３に記載のインバータ。
【請求項１７】
第１動作モードの動作時において、前記第３キャパシタは前記駆動電源を受けて充電され、
第２動作モードの動作時において、前記第１キャパシタは前記第２キャパシタから電源を受けて充電され、
第３動作モードの動作時において、前記第２キャパシタは前記第３キャパシタから電源を受けて充電され、
第４動作モードの動作時において、前記第３キャパシタは前記駆動電源を受けて充電される、請求項１６に記載のインバータ。
【請求項１８】
前記インバータ部は、並列連結される三つのインバータアームを含む、請求項１２から１７の何れか１項に記載のインバータ。
【請求項１９】
前記三つのインバータアームのスイッチを駆動する第１ゲート駆動部、第２ゲート駆動部及び第３ゲート駆動部をさらに含む、請求項１８に記載のインバータ。
【請求項２０】
前記三つのインバータアームの複数のスイッチのスイッチング時に発生する電圧を各スイッチに分圧印加し、前記第１ゲート駆動部、前記第２ゲート駆動部及び前記第３ゲート駆動部に印加される電圧を分圧する第１ブートストラップ部、第２ブートストラップ部及び第３ブートストラップ部をさらに含む、請求項１９に記載のインバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧で駆動されるゲート駆動回路及びそれを有するインバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、インバータは、直流電源の入力を受けて交流電源を出力する回路であって、交流電源の電圧の大きさ、周波数などを制御して交流電源を出力したり、モータなどを駆動することができる。
【０００３】
このようなインバータは、家庭用または産業分野などにおいて幅広く用いられることができる。
【０００４】
このようなインバータを駆動させるためには、駆動装置が採用されることができるが、駆動装置は、インバータで交流電源を提供するためのアーム（ａｒｍ）のスイッチをオン／オフさせて交流電源が提供されるようにインバータを駆動させることができる。
【０００５】
一方、インバータは、家庭用だけでなく産業用としても幅広く用いられているが、産業用の特性上、高電圧の交流電源が必要になる。
【０００６】
一般的なインバータには、下記の先行技術文献に記載されているように、インバータアームのハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチをそれぞれターンオン／ターンオフ制御するゲート駆動集積回路がそれぞれ採用されることができるが、ハイサイドスイッチをターンオン／ターンオフ制御するゲート駆動集積回路は、ハイサイドスイッチに高電圧が印加されるため、ハイサイドスイッチに印加される高電圧の電圧レベルに耐えることができるほどの耐圧特性を有しなければならない。
【０００７】
しかし、産業用の場合、約８００Ｖ以上の高電圧がハイサイドスイッチに印加されるため、ハイサイドスイッチの駆動を制御する高電圧ゲート駆動集積回路の耐圧特性も８００Ｖ以上の電圧レベルに耐えなければならないが、このような耐圧特性を有する高電圧ゲート駆動集積回路は、製造コストが高いという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】韓国公開特許公報  １０−２００５−００５２３３９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の問題点を解決するためのものであって、製造コストが安価である高電圧ゲート駆動回路及びそれを有する高電圧インバータを提案することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の本発明の課題を解決するために、本発明の一つの技術的な側面によると、複数のスイッチを有する少なくとも一つのインバータアームを備え、制御に応じて入力電源をスイッチングして交流電源を出力するインバータ部のスイッチング制御を指示する指示信号の入力端と上記インバータ部のスイッチングを制御する制御信号の出力端との間に直列連結された複数の高電圧ゲート駆動器を有する少なくとも一つの高電圧ゲート駆動部を備えて上記複数のスイッチのうちハイサイド（ｈｉｇｈ  ｓｉｄｅ）スイッチのゲート駆動を制御し、少なくとも一つの低電圧ゲート駆動器を備えて上記複数のスイッチのうちローサイド（ｌｏｗ  ｓｉｄｅ）スイッチのゲート駆動を制御する少なくとも一つのゲート駆動部と、上記ゲート駆動部のスイッチング制御に応じて、上記複数のスイッチのスイッチング時に発生する電圧を各スイッチに分圧する少なくとも一つのブートストラップ部と、を含むゲート駆動回路が提供される。
【００１１】
本発明の一つの技術的な側面によると、上記インバータアームは、上記入力電源端と接地との間に順次に直列連結された上記ハイサイドスイッチと、第１及び第２ミドルサイドスイッチと、上記ローサイドスイッチと、を含むことができる。
【００１２】
本発明の一つの技術的な側面によると、上記ゲート駆動部は、上記指示信号の入力端と上記制御信号の出力端との間に直列連結された複数の高電圧ゲート駆動器を有し、上記ハイサイドスイッチのスイッチングを制御する第１高電圧ゲート駆動部と、上記指示信号の入力端と上記制御信号の出力端との間に直列連結された複数の高電圧ゲート駆動器を有し、上記第１ミドルサイドスイッチのスイッチングを制御する第２高電圧ゲート駆動部と、上記第２ミドルサイドスイッチのスイッチングを制御する高電圧ゲート駆動器と、上記ローサイドスイッチのスイッチングを制御する低電圧ゲート駆動器と、を含むことができる。
【００１３】
本発明の一つの技術的な側面によると、上記ブートストラップ部は、上記第１高電圧ゲート駆動部の最終段の高電圧ゲート駆動器の駆動電源端と接地との間に連結された第１キャパシタ、上記第２高電圧ゲート駆動部の最終段の高電圧ゲート駆動器の駆動電源端と接地との間に連結された第２キャパシタ及び上記第２ミドルサイドスイッチのスイッチングを制御する上記高電圧ゲート駆動器の駆動電源端と接地との間に連結され、上記第１高電圧ゲート駆動部の最終段の高電圧ゲート駆動器に駆動電源が入力される駆動電源入力端と上記第２高電圧ゲート駆動部の最終段の高電圧ゲート駆動器に駆動電源が入力される駆動電源入力端に連結された第３キャパシタを有するキャパシタグループと、第１高電圧ゲート駆動部の最終段の高電圧ゲート駆動器の駆動電源端と上記第２高電圧ゲート駆動部の最終段の高電圧ゲート駆動器の駆動電源端との間に連結された第１ダイオード、上記第２高電圧ゲート駆動部の最終段の高電圧ゲート駆動器の駆動電源端と上記第２ミドルサイドスイッチのスイッチングを制御する上記高電圧ゲート駆動器の駆動電源端との間に連結された第２ダイオード及び上記第２ミドルサイドスイッチのスイッチングを制御する上記高電圧ゲート駆動器の駆動電源端と上記低電圧ゲート駆動器の駆動電源端との間に連結された第３ダイオードを有するダイオードグループと、を含むことができる。
【００１４】
本発明の一つの技術的な側面によると、上記ハイサイドスイッチ及び第１ミドルサイドスイッチがスイッチングオンされ、上記第２ミドルサイドスイッチ及び上記ローサイドスイッチがスイッチングオフされることで、上記インバータ部からプラス電圧レベルを有する交流電源が出力され、上記第１キャパシタに電源が充電される第１動作モードと、上記第１及び第２ミドルサイドスイッチがスイッチングオンされ、上記ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチがスイッチングオフされることで、上記インバータ部から零電圧レベルを有する交流電源が出力され、上記第１及び第２キャパシタに電源が充電される第２動作モードと、上記第２ミドルサイドスイッチ及び上記ローサイドスイッチがスイッチングオンされ、上記ハイサイドスイッチ及び上記第１ミドルサイドスイッチがスイッチングオフされることで、上記インバータ部からマイナス電圧レベルを有する交流電源が出力され、上記第２及び第３キャパシタに電源が充電される第３動作モードと、を有することができる。
【００１５】
本発明の一つの技術的な側面によると、上記第１動作モードの動作時において、上記第１キャパシタは上記第２キャパシタから電源を受けて充電され、上記第２動作モードの動作時において、上記第１及び第２キャパシタは上記第３キャパシタから電源を受けて充電され、上記第３動作モードの動作時において、上記第２及び第３キャパシタは上記駆動電源を受けて充電されることができる。
【００１６】
本発明の一つの技術的な側面によると、上記ハイサイドスイッチ及び上記ローサイドスイッチはスイッチングオンされ、上記第１及び第２ミドルサイドスイッチはスイッチングオフされることで、上記第３キャパシタに電源が充電される第１動作モードと、上記第１ミドルサイドスイッチはスイッチングオンされ、上記ハイサイドスイッチ、ローサイドスイッチ及び第２ミドルサイドスイッチはスイッチングオフされることで、上記第１キャパシタに電源が充電される第２動作モードと、上記第２ミドルサイドスイッチはスイッチングオンされ、上記ハイサイドスイッチ、ローサイドスイッチ及び第１ミドルサイドスイッチはスイッチングオフされることで、上記第２キャパシタに電源が充電される第３動作モードと、上記ローサイドスイッチはスイッチングオンされ、上記ハイサイドスイッチ、上記第１及び第２ミドルサイドスイッチはスイッチングオフされることで、上記第３キャパシタに電源が充電される第４動作モードと、を有することができる。
【００１７】
本発明の一つの技術的な側面によると、第１動作モードの動作時において、上記第３キャパシタは上記駆動電源を受けて充電され、第２動作モードの動作時において、上記第１キャパシタは上記第２キャパシタから電源を受けて充電され、第３動作モードの動作時において、上記第２キャパシタは上記第３キャパシタから電源を受けて充電され、第４動作モードの動作時において、上記第３キャパシタは上記駆動電源を受けて充電されることができる。
【００１８】
本発明の一つの技術的な側面によると、上記インバータ部は、並列連結される三つのインバータアームを含むことができる。
【００１９】
本発明の一つの技術的な側面によると、上記三つのインバータアームのスイッチを駆動する第１、第２及び第３ゲート駆動部をさらに含むことができる。
【００２０】
本発明の一つの技術的な側面によると、上記三つのインバータアームの複数のスイッチのスイッチング時に発生する電圧を各スイッチに分圧印加し、上記第１、第２及び第３ゲート駆動部に印加される電圧を分圧する第１、第２及び第３ブートストラップ部をさらに含むことができる。
【００２１】
上記の本発明の課題を解決するための本発明の他の一つの技術的な側面によると、予め設定された電圧レベルを有する入力電源を提供する入力電源端と接地との間に順次に直列連結された上記ハイサイドスイッチ、第１及び第２ミドルサイドスイッチ及び上記ローサイドスイッチを有する少なくとも一つのインバータアームを備え、制御に応じて上記入力電源をスイッチングして交流電源を出力するインバータ部と、上記インバータ部のスイッチング制御を指示する指示信号の入力端と上記インバータ部のスイッチングを制御する制御信号の出力端との間に直列連結された複数の高電圧ゲート駆動器を有して上記ハイサイドスイッチのゲート駆動を制御する第１高電圧ゲート駆動部、上記指示信号の入力端と上記制御信号の出力端との間に直列連結された複数の高電圧ゲート駆動器を有して上記第１ミドルサイドスイッチのゲート駆動を制御する第２高電圧ゲート駆動部、上記第２ミドルサイドスイッチのゲート駆動を制御する高電圧ゲート駆動器、上記ローサイドスイッチのゲート駆動を制御する低電圧ゲート駆動器を有する少なくとも一つのゲート駆動部と、上記ゲート駆動部のスイッチング制御に応じて、上記複数のスイッチのスイッチング時に発生する電圧を各スイッチに分圧する少なくとも一つのブートストラップ部と、を含むインバータが提供される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、約８００Ｖの入力電源をスイッチングする場合、それより低い耐圧特性を有する複数の駆動回路を直列連結し、スイッチング時に複数の駆動回路に印加される電圧を分圧して駆動回路が安定して動作するようにすることで、８００Ｖの耐圧を有する高価の駆動回路を代替することができるため、製造コストが低減されると共に、単一電源を複数の駆動回路に供給することにより、回路構成が簡単となり、製造コストがさらに低減されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のインバータの概略的な回路図である。
【図２ａ】本発明のインバータに採用されたブートストラップ部の概略的な充電動作を示す図面である。
【図２ｂ】本発明のインバータに採用されたブートストラップ部の概略的な充電動作を示す図面である。
【図２ｃ】本発明のインバータに採用されたブートストラップ部の概略的な充電動作を示す図面である。
【図２ｄ】本発明のインバータに採用されたブートストラップ部の概略的な充電動作を示す図面である。
【図３】本発明のインバータの電気的特性を示す電圧波形である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下では、添付された図面を参照して、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができるように、好ましい実施例を詳細に説明する。
【００２５】
但し、本発明の好ましい実施例を詳細に説明するにあたり、係わる公知技術または構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にする可能性があると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。
【００２６】
また、類似の機能及び作用をする部分に対しては図面全体にわたって同一または類似の符号を用いる。
【００２７】
なお、明細書の全体において、ある部分が他の部分と「連結」されているとする場合、これは「直接的に連結」されている場合だけでなく、その間に他の構成を介して「間接的に連結」されている場合も含む。
【００２８】
また、ある構成要素を「含む」とすることは、特別に反対される記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むことができるということを意味する。
【００２９】
以下では、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００３０】
図１は、本発明のインバータの概略的な回路図である。
【００３１】
図１を参照すると、本発明によるインバータ１００は、少なくとも一つのゲート駆動部１１０、１２０、１３０と、インバータ部１４０と、少なくとも一つのブートストラップ部１５０、１６０、１７０と、を含むことができる。
【００３２】
まず、インバータ部１４０は、入力電源をスイッチングして交流電源を出力する少なくとも一つのインバータアームを含むことができる。単相の交流電源を出力する場合には一つのインバータアームを必要とする。これにより、本発明のインバータ１００は、一つのゲート駆動部１１０及び一つのブートストラップ部１５０を含むことができる。
【００３３】
また、インバータ部１４０が三相の交流電源を出力する場合には各相当り一つのインバータアームが必要になるため、インバータ部１４０は少なくとも三つのインバータアームを含むことができる。従って、本発明のインバータ１００は、各インバータアームを駆動させる第１、第２及び第３ゲート駆動部１１０、１２０、１３０を含むことができ、インバータアームのスイッチング時に発生する電圧を第１、第２及び第３ゲート駆動部１１０、１２０、１３０に分圧させるために、第１、第２及び第３ブートストラップ部１５０、１６０、１７０を含むことができる。
【００３４】
第１から第３ゲート駆動部１１０、１２０、１３０の構成及び機能は同一であるため、第１ゲート駆動部１１０を基準として説明する。
【００３５】
第１ゲート駆動部１１０は、少なくとも一つの高電圧ゲート駆動部１１１、１１２と、高電圧ゲート駆動器１１３と、低電圧ゲート駆動器１１４と、を含むことができる。インバータ部１４０のインバータアーム１４１、１４２、１４３が入力電源端と接地との間に順次に直列連結されたハイサイドスイッチＳＡ１、第１及び第２ミドルサイドスイッチＳＡ２、ＳＡ３及びローサイドスイッチＳＡ４を含む場合、第１ゲート駆動部１１０は第１及び第２高電圧ゲート駆動部１１１、１１２を含むことができる。
【００３６】
第１及び第２高電圧ゲート駆動部１１１、１１２は、それぞれ複数の高電圧ゲート駆動器１１１ー１、１１１ー２、１１２ー１、１１２ー２を含むことができ、スイッチング制御を指示する指示信号ＰＷＭが入力される指示信号入力端とインバータ部１４０のスイッチングを制御する制御信号Ｓｂが出力される制御信号出力端との間に直列連結されることができる。高電圧ゲート駆動部１１１は、インバータ部１４０のスイッチングを制御することができる。これによって、第１高電圧ゲート駆動器１１１ー１に指示信号Ｓａが入力されると、指示信号Ｓａに含まれたスイッチング制御に関する情報をそのまま後段の高電圧ゲート駆動器に伝達し、最終段の第Ｎ高電圧ゲート駆動器は、第１高電圧ゲート駆動器１１１ー１に入力された指示信号Ｓａが制御しようとするスイッチング制御の意図に応じた制御信号Ｓｂをインバータ部１４０に伝達することにより、インバータ部１４０のスイッチングを制御することができる。ここでは図面記載の便宜性のために、第１及び第２高電圧ゲート駆動器のみを図示しているが、これに限定されない。
【００３７】
上記の通り、ブートストラップ部１５０、１６０、１７０は、ゲート駆動部のスイッチング制御に応じて、インバータ部１４０の複数のスイッチのスイッチング時に発生する電圧を分圧することにより、第１から第３ゲート駆動部１１０、１２０、１３０の複数の高電圧ゲート駆動器１１１ー１、１１１ー２、１１２ー１、１１２ー２に印加される電源の電圧レベルを均等に分圧することができる。これにより、例えば、１２００Ｖ以上の電圧レベルを有する入力電源が入力され、インバータ部１４０の複数のスイッチのスイッチングオン／オフによって印加される電源の電圧レベルが均等に分圧されることにより、図１に示されているように、６００Ｖの耐圧を有する二つの高電圧ゲート駆動器１１１ー１、１１１ー２が直列連結されたり、または図面に示されてはいないが、４００Ｖの耐圧を有する三つの高電圧ゲート駆動器が直列連結されることで、高価である１２００Ｖの高電圧ゲート駆動器を代替することができるため、製造コストが低減されることができる。
【００３８】
ブートストラップ部１５０、１６０、１７０は、第１から第３ゲート駆動部１１０、１２０、１３０にそれぞれ対応する第１から第３ブートストラップ部１５０、１６０、１７０であることができる。第１から第３ブートストラップ１５０、１６０、１７０の構成は同一であるため、第１ブートストラップ部１５０について詳細に説明する。
【００３９】
第１ブートストラップ部１５０は、第１ゲート駆動部１１０の第１高電圧ゲート駆動部１１１の最終段の高電圧ゲート駆動器（例えば、図１に示される第２高電圧ゲート駆動器１１１ー２）の駆動電源端と接地との間に連結された第１キャパシタＣＧ１と、第２高電圧ゲート駆動部１１２の最終段の高電圧ゲート駆動器（例えば、図１に示される第２高電圧ゲート駆動器１１２ー２）の駆動電源端と接地との間に連結された第２キャパシタＣＧ２と、第２ミドルサイドスイッチＳＡ３のスイッチングを制御する高電圧ゲート駆動器１１３の駆動電源端と接地との間に連結され、第１高電圧ゲート駆動部１１１の最終段の高電圧ゲート駆動器１１１ー２に駆動電源が入力される駆動電源入力端と第２高電圧ゲート駆動部１１２の最終段の高電圧ゲート駆動器１１２ー２に駆動電源が入力される駆動電源入力端に連結された第３キャパシタＣＧ３と、を有するキャパシタグループを備えることができる。
【００４０】
また、第１ブートストラップ部１５０は、第１ゲート駆動部１１０の第１高電圧ゲート駆動部１１１の最終段の高電圧ゲート駆動器１１１ー２の駆動電源端と第２高電圧ゲート駆動部１１２の最終段の高電圧ゲート駆動器１１２ー２の駆動電源端との間に連結された第１ダイオードＤＧ１と、第２高電圧ゲート駆動部１１２の最終段の高電圧ゲート駆動器１１２ー２の駆動電源端と高電圧ゲート駆動器１１３の駆動電源端との間に連結された第２ダイオードＤＧ２と、高電圧ゲート駆動器１１３の駆動電源端と低電圧ゲート駆動器１１４の駆動電源端との間に連結された第３ダイオードＤＧ３と、を有するダイオードグループを備えることができる。
【００４１】
図２ａから図２ｄは、本発明のインバータに採用されたブートストラップ部の概略的な充電動作を示す図面である。
【００４２】
図２ａから図２ｄを参照すると、インバータ部１４０の三つのアーム（ａｒｍ）のうち第１インバータアーム１４１が示されているが、残りの第２及び第３インバータアーム１４２、１４３の動作は第１インバータアーム１４１と同一であり、１２０度の電源の位相差のみ存在するため、第１インバータアーム１４１についてのみ説明する。同様に、第１から第３ブートストラップ部１５０、１６０、１７０はそれぞれ第１から第３インバータアーム１４１、１４２、１４３を担当し、上記の通り、第１から第３ブートストラップ部１５０、１６０、１７０は同一の動作を行うため、以下では、第１インバータアーム１４１を担当する第１ブートストラップ部１５０についてのみ説明する。
【００４３】
第１インバータアーム１４１のスイッチＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３、ＳＡ４及び第１ブートストラップ部１５０は、第１から第３動作モードまたは第１から第４動作モードで動作することができる。
【００４４】
まず、第１から第３動作モードの場合において、第１動作モードについて説明すると、ハイサイドスイッチＳＡ１及び第１ミドルサイドスイッチＳＡ２がスイッチングオンされ、第２ミドルサイドスイッチＳＡ３及びローサイドスイッチＳＡ４がスイッチングオフされることで、インバータ部１４０の第１インバータアーム１４１からプラス電圧レベルを有する交流電源が出力され、第１キャパシタＣＧ１に電源が充電されることができる。第１動作モードの動作時において、第１キャパシタＣＧ１は上記第２キャパシタＣＧ２から電源を受けて充電されることができる。
【００４５】
また、第２動作モードについて説明すると、第１及び第２ミドルサイドスイッチＳＡ２、ＳＡ３がスイッチングオンされ、ハイサイドスイッチＳＡ１及びローサイドスイッチＳＡ４がスイッチングオフされることで、インバータ部１４０から零電圧レベルを有する交流電源が出力され、第１及び第２キャパシタＣＧ１、ＣＧ２が充電されることができる。第２動作モードの動作時において、第１及び第２キャパシタＣＧ１、ＣＧ２は第３キャパシタＣＧ３から電源を受けて充電されることができる。
【００４６】
なお、第３動作モードについて説明すると、第２ミドルサイドスイッチＳＡ３及びローサイドスイッチＳＡ４がスイッチングオンされ、ハイサイドスイッチＳＡ１及び第１ミドルサイドスイッチＳＡ２がスイッチングオフされることで、インバータ部１４０の第１インバータアーム１４１からマイナス電圧レベルを有する交流電源が出力され、第２及び第３キャパシタＣＧ２、ＣＧ３に電源が充電されることができる。第３動作モードの動作時において、第２及び第３キャパシタＣＧ２、ＣＧ３は駆動電源Ｖｃｃを直接受けて充電されることができる。
【００４７】
上述の動作を簡略にまとめると、次の表１の通りである。
【００４８】
【表１】
2014075960.tif 000003
【００４９】
この際の第１インバータアーム１４１のスイッチに印加されることができる最大ゲート電圧をまとめると、次の表２の通りである。
【００５０】
【表２】
2014075960.tif 000004
【００５１】
次に、第１から第４動作モードの場合において、第１動作モードについて説明すると、ハイサイドスイッチＳＡ１及びローサイドスイッチＳＡ４はスイッチングオンされ、第１及び第２ミドルサイドスイッチＳＡ２、ＳＡ３はスイッチングオフされることで、第３キャパシタＣＧ３に電源が充電されることができる。第１動作モードの動作時において、第３キャパシタＣＧ３は駆動電源Ｖｃｃを直接受けて充電されることができる。
【００５２】
また、第２動作モードについて説明すると、第１ミドルサイドスイッチＳＡ２はスイッチングオンされ、ハイサイドスイッチＳＡ１、ローサイドスイッチＳＡ４及び第２ミドルサイドスイッチＳＡ３はスイッチングオフされることで、第１キャパシタＣＧ１に電源が充電されることができる。第２動作モードの動作時において、第１キャパシタＣＧ１は第２キャパシタＣＧ２から電源を受けて充電されることができる。
【００５３】
なお、第３動作モードについて説明すると、第２ミドルサイドスイッチＳＡ３はスイッチングオンされ、ハイサイドスイッチＳＡ１、ローサイドスイッチＳＡ４及び第１ミドルサイドスイッチＳＡ２はスイッチングオフされることで、第２キャパシタＣＧ２に電源が充電されることができる。第３動作モードの動作時において、第２キャパシタＣＧ２は第３キャパシタＣＧ３から電源を受けて充電されることができる。
【００５４】
さらに、第４動作モードについて説明すると、ローサイドスイッチＳＡ４はスイッチングオンされ、ハイサイドスイッチＳＡ１、第１及び第２ミドルサイドスイッチＳＡ２、ＳＡ３はスイッチングオフされることで、第３キャパシタＣＧ３に電源が充電されることができる。第４動作モードの動作時において、第３キャパシタＣＧ３は駆動電源Ｖｃｃを直接受けて充電されることができる。
【００５５】
上述の動作を簡略にまとめると、次の表３の通りである。
【００５６】
【表３】
2014075960.tif 000005
【００５７】
図３は、本発明のインバータの電気的特性を示す電圧波形である。
【００５８】
図３に示されているように、図１に示される本発明のインバータ１００を基準として入力電源ＶＤＣが１２００Ｖである場合、ハイサイドスイッチのスイッチングオン／オフによって印加される電源の電圧レベルが高電圧ゲート駆動器１１１ー１、１１１ー２に６００Ｖずつ均等に分圧されることで、６００Ｖの耐圧を有する高電圧ゲート駆動器を１２００Ｖの入力電源のインバータ回路に採用できることが分かる。
【００５９】
上記の通り、本発明によると、約８００Ｖ以上の入力電源をスイッチングする場合、それより低い耐圧特性を有する複数のゲート駆動回路を直列連結し、スイッチング時に複数のゲート駆動回路に印加される電圧を分圧してゲート駆動回路が安定して動作するようにすることで、８００Ｖ以上、例えば１２００Ｖの耐圧を有する高価のゲート駆動回路を代替することができるため、製造コストが低減されると共に、単一駆動電源を複数のゲート駆動回路に供給することにより、回路構成が簡単となり、製造コストがさらに低減されることができる。
【００６０】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有するものには明らかである。
【符号の説明】
【００６１】
１００  インバータ
１１０、１２０、１３０  第１、第２及び第３ゲート駆動部
１１１、１１２  第１及び第２高電圧ゲート駆動部
１１３  高電圧ゲート駆動器
１１４  低電圧ゲート駆動器
１４０  インバータ部
１４１、１４２、１４３  第１、第２及び第３インバータアーム
１５０、１６０、１７０  第１、第２及び第３ブートストラップ部
【図１】
2014075960.tif 000006
【図２ａ】
2014075960.tif 000007
【図２ｂ】
2014075960.tif 000008
【図２ｃ】
2014075960.tif 000009
【図２ｄ】
2014075960.tif 000010
【図３】
2014075960.tif 000011