(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された駆動信号にもとづいてパワーデバイスを駆動するドライブ制御回路と、
パワーデバイスを監視し異常発生の場合に異常検知信号を出力する異常検知・保護制御回路と、
前記異常検知信号および外部から入力された信号にもとづいて駆動信号を生成して前記ドライブ制御回路へ送るスイッチング制御回路と、
電源端子を介して前記ドライブ制御回路に接続されて駆動電力を供給するとともに接地側がパワーデバイスの接地端子と接続された外部電源と、
を備えたパワーデバイスの駆動回路において、
ドライブ制御回路に外部電源の接地側を接続するために設けられた第１の接地端子と、
異常検知・保護制御回路およびスイッチング制御回路に外部電源の接地側を接続するために設けられた第２の接地端子と、
第１の接地端子とパワーデバイスの接地端子とを接続する第１の配線と、
第２の接地端子とパワーデバイスの接地端子とを接続する第２の配線と、
外部電源と異常検知・保護制御回路との間に接続されて外部電源の電圧を所定電圧まで降圧して異常検知・保護制御回路へ供給する第２の降圧回路と、
外部電源とスイッチング制御回路との間に接続されて外部電源の電圧を所定電圧まで降圧してスイッチング制御回路へ供給する第１の降圧回路と、
を備えたことを特徴とするパワーデバイスの駆動回路。
【請求項２】
請求項１記載のパワーデバイスの駆動回路において、
パワーデバイスをＩＧＢＴとし、その接地端子をエミッタとしたパワーデバイスの駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワーデバイスの駆動回路に関し、とくに、インバータの電力スイッチング素子として用いられるＩＧＢＴ（絶縁ゲート形バイポーラモードトランジスタ）を駆動する場合の誤動作を防止することを可能にしたパワーデバイスの駆動回路に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
従来、ＩＧＢＴを駆動する駆動回路として、図２に示すものがある。この駆動回路１は、電流センス端子を内蔵したＩＧＢＴからなるパワーデバイス８のゲートを駆動するドライブ制御回路３と、パワーデバイス８の電流、電圧、温度等を監視するセンサ５と、このセンサ５等がパワーデバイス８の異常を検出したり、端子Ｓを介してパワーデバイス８の過電流を検出した場合に異常検出信号を出力する異常検知・保護制御回路４と、外部信号源９からの駆動信号と前記異常検知・保護制御回路４からの異常検出信号にもとづいてパワーデバイス８をオン・オフさせる信号をドライブ制御回路３へ出力するスイッチング制御回路２とから構成されている。これら各制御回路２〜４は、ともに電源端子Ｖ、接地端子ＥＧを介して外部電源ＶＤＤに接続されているとともに、接地側は、パワーデバイス８のエミッタとも接続されている。
【０００３】
しかしながら、このように構成された駆動回路１では、パワーデバイス８を駆動する際のターンオン・ターンオフの瞬間に、その駆動に必要なドライブ電流がピークで数１００ｍＡから数Ａ以上となる。また、この時の電流と駆動回路１内の電源配線および接地配線の抵抗成分やインダクタンス成分によって発生する過渡的な電圧降下や電圧振動と、パワーデバイス８のスイッチング時に主回路側に発生する電圧の大きな時間的変動（ｄｖ／ｄｔ）および電流の大きな時間的変動（ｄｉ／ｄｔ）の影響により、各制御回路２〜４の電源電圧が変動して駆動回路１が誤動作することがあった。
そこで、各制御回路２，４へ供給される電源電圧の変動を小さくするために、特開平５−２７６０００号公報に記載されたように、駆動回路内に降圧型レギュレータ回路を設けて、駆動回路に加えられた外部電源ＶＤＤの電圧を所定電圧まで降圧してから、制御回路２，４へ供給する構成とした駆動回路が提案されている。しかしながら、この場合も、各制御回路２，４が１つの降圧型レギュレータ回路に共通して接続されているため、１つの制御回路の電圧変動が他の制御回路に影響を及ぼすことがあり、誤動作を完全に防止することは難しかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで上記課題を解決するために、請求項１の発明は、入力された駆動信号にもとづいてパワーデバイスを駆動するドライブ制御回路と、パワーデバイスを監視し異常発生の場合に異常検知信号を出力する異常検知・保護制御回路と、前記異常検知信号および外部から入力された信号にもとづいて駆動信号を生成して前記ドライブ制御回路へ送るスイッチング制御回路と、電源端子を介して前記ドライブ制御回路に接続されて駆動電力を供給するとともに接地側がパワーデバイスの接地端子と接続された外部電源とを備えたパワーデバイスの駆動回路において、ドライブ制御回路に外部電源の接地側を接続するために設けられた第１の接地端子と、異常検知・保護制御回路およびスイッチング制御回路に外部電源の接地側を接続するために設けられた第２の接地端子と、第１の接地端子とパワーデバイスの接地端子とを接続する第１の配線と、第２の接地端子とパワーデバイスの接地端子とを接続する第２の配線と、外部電源と異常検知・保護制御回路との間に接続されて外部電源の電圧を所定電圧まで降圧して異常検知・保護制御回路へ供給する第２の降圧回路と、外部電源とスイッチング制御回路との間に接続されて外部電源の電圧を所定電圧まで降圧してスイッチング制御回路へ供給する第１の降圧回路とを備えたことを特徴とする。
【０００５】
なおここで、パワーデバイスとしてＩＧＢＴを用い、その接地端子をエミッタとすることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。図において、１は駆動回路であり、電流センス端子を内蔵したＩＧＢＴからなるパワーデバイス８と、ゲート側の端子Ｇおよびエミッタ側の端子ＥＧ，ＳＧおよび電流センス側の端子Ｓを介して接続されている。また、駆動回路１は、電源端子Ｖおよび接地端子ＥＧを介して、外部電源ＶＤＤと接続されている。ここで、ＩＧＢＴのエミッタに相当するパワーデバイス８の接地端子Ｋは、配線１１，１２を介してそれぞれ接地端子ＥＧ，ＳＧと接続されているため、端子ＳＧにも外部電源ＶＤＤが接続されることになる。さらに、外部信号源９からの信号が端子Ｆを介して入力される。
【０００７】
駆動回路１は、パワーデバイス８および駆動回路１自体の異常（過電圧、電圧低下、過熱、負荷短絡等）を検知するために設置されたセンサ５と、端子Ｓを介して入力されるパワーデバイス８の電流値から過電流を検知するとともにセンサ５からの信号にもとづいて異常検知信号を出力する異常検知・保護制御回路４と、端子Ｆを介して外部信号源９から入力された信号と異常検知・保護制御回路４から入力された異常検知信号とによりパワーデバイス８をオン・オフする信号を生成してドライブ制御回路３へ送るスイッチング制御回路２と、スイッチング制御回路２から送られた信号にもとづいてパワーデバイス８を駆動するための駆動信号を端子Ｇを介してパワーデバイス８のゲートへ送るドライブ制御回路３と、電源端子Ｖと端子ＳＧの間に接続されて外部電源ＶＤＤより低く安定化された第１の電圧を出力してスイッチング制御回路２へ供給する第１降圧回路６と、同じく電源端子Ｖと端子ＳＧの間に接続されて外部電源ＶＤＤより低く安定化された第２の電圧を出力して異常検知・保護制御回路４へ供給する第２降圧回路７とから構成されている。
【０００８】
ここで、ドライブ制御回路３は、端子Ｖと端子ＥＧを介して、外部電源ＶＤＤに直接接続されており、パワーデバイス８を駆動するに充分な電源が供給される。また、スイッチング制御回路２および異常検知・保護制御回路４は、外部電源ＶＤＤから降圧回路６，７を介して低く安定化された電源が供給される。
このような構成において、パワーデバイス８のオン・オフ時に発生するゲート駆動電流による制御回路内電源配線での電圧降下・振動等の変動と、パワーデバイス８のスイッチング時に高い値が発生する電圧および電流の時間的変動ｄｖ／ｄｔ、ｄｉ／ｄｔの影響により駆動回路１内の端子Ｖにつながる各回路の電源端子では電位が変動するが、この変動は降圧回路６，７で吸収されるため、この電源電位の変動はスイッチング制御回路２、異常検知・保護制御回路４には伝わることがなく、電源電位の変動による誤動作の発生がなくなる。
【０００９】
また、スイッチング制御回路２の動作によって生じる電源電位の変動は降圧回路６との間で吸収され、他の制御回路に影響を及ぼすことはない。同様に、異常検知・保護制御回路４の動作によって生じる電源電位の変動は降圧回路７との間で吸収され、他の制御回路に影響を及ぼすことはない。また、異常検知・保護制御回路４とスイッチング制御回路２の間やスイッチング制御回路２とドライブ制御回路３との間などの異なる電源系の制御回路間の信号伝達では、レベルシフト伝達、２値信号伝達、プルアップ、プルダウン、インピーダンス整合、フィルタによるノイズ除去等で信号の品質を向上させてから伝達しており、スイッチング以外の突発的なノイズ印加による誤動作の誘発をも防いでいる。
【００１０】
また、この駆動回路１を集積回路で構成する場合は、制御回路２〜４、降圧回路６，７を、誘電体分離や接合分離等の分離技術によって、各電源系毎にウェルを分離して構成する。さらに、ハイブリッドＩＣやプリント基板上に駆動回路１を構成する場合は、各制御回路２〜４、降圧回路６，７ごとに周辺回路を集中して配置し、各回路間を接続する。また、いずれの場合も、電源端子は途中で分岐させずに端子Ｖで１点となるように接続し、端子Ｖでの電源変動が降圧回路６、７に同程度に加わり不均衡を生じないようにし、同時に、配線インピーダンスの不均衡による反射を増長させないようにする。
【００１１】
接地端子については、大電流が流れるドライブ制御回路３の接地端子ＥＧとそれほど大きな電流の流れないその他の制御回路２，４の接地端子ＳＧとに分け、パワーデバイス８の接地端子Ｋまでを、互いに異なる配線１１，１２により接続することで、前述した電源端子Ｖの場合と同様の効果が得られる。即ち、ドライブ制御回路３の接地端子ＥＧからパワーデバイス８の接地端子Ｋにつながる配線１１の電位がパワーデバイス８のスイッチングにより変動しても、スイッチング制御回路２及び異常検知・保護制御回路４の接地端子ＳＧの電位はその変動の影響を受けないため、スイッチング制御回路２及び異常検知・保護制御回路４は、電源電圧の変動を原因とした誤動作がなくなる。
【００１２】
上述したように、本発明の駆動回路１は、パワーデバイス８を駆動するドライブ制御回路３と、そのパワーデバイス８や駆動回路１の異常を検知して保護を行う異常検知・保護制御回路４と、入力信号と異常検知・保護制御回路４の出力によりドライブ制御回路３の出力を制御するスイッチング制御回路２と、外部電源ＶＤＤより低い第１の電圧を発生させる第１降圧回路６と、外部電源ＶＤＤより低い第２の電圧を発生させる第２降圧回路７とから構成し、パワーデバイス８を充分駆動できるだけの電圧を必要とするドライブ制御回路３には外部電源ＶＤＤを直接接続し、スイッチング制御回路２には外部電源ＶＤＤから第１降圧回路６によりその外部電源ＶＤＤより低く安定化された第１の電圧を供給し、異常検知・保護制御回路４には外部電源ＶＤＤから第２降圧回路７によりその外部電源ＶＤＤより低く安定化された第２の電圧を供給し、ドライブ制御回路３の接地端子ＥＧとその他の制御回路２，４の接地端子ＳＧを分離し、両者がパワーデバイス８の接地端子Ｋにおいて１点で接続するようにしたものである。
【００１３】
そのため、第１及び第２の降圧回路６，７により、外部電源ＶＤＤから供給される電圧よりも低く安定化した電圧がスイッチング制御回路２及び異常検知・保護制御回路４に供給され、外部電源ＶＤＤにつながる駆動回路１内の電源配線での電位がパワーデバイス８のスイッチングにより変動しても、スイッチング制御回路２及び異常検知・保護制御回路４に供給される電圧は外部電源ＶＤＤより低く安定したままである。
【００１４】
また、スイッチング制御回路２と異常検知・保護制御回路４の電源を２つの降圧回路６，７によって分離したことにより、例えばスイッチング制御回路２が動作することで生じるこの部分での電源電圧変動が、異常検知・保護制御回路４の電源電圧に影響を及ぼすことがなくなる。同様に、異常検知・保護制御回路４が動作することで生じるこの部分での電源電圧変動が、スイッチング制御回路２の電源電圧に影響を及ぼすことがなくなる。
【００１５】
さらにまた、ドライブ制御回路３の接地端子ＥＧとその他の制御回路２，４の接地端子ＳＧを分離し、両者をパワーデバイス８の接地端子Ｋにおいて１点で接続するようにしたことにより、ドライブ制御回路３の接地端子ＥＧからパワーデバイス８の接地端子Ｋにつながる配線１１上の電位がパワーデバイス８のスイッチングにより変動しても、スイッチング制御回路２及び異常検知・保護制御回路４の接地端子ＳＧの電位は、その変動の影響を受けない。
【００１６】
従って、パワーデバイス８のスイッチングにより駆動回路１内部の電源・接地電位が変動したり、各制御回路２〜４の電源電圧が変動しても、駆動回路１全体としての動作が安定し、パワーデバイス８の駆動制御に関して誤動作を発生することが少なくなる。
なお、実施形態では、ＩＧＢＴからなるパワーデバイス８を駆動する駆動回路について説明したが、他のパワーデバイスについても同様に適用可能である。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、ドライブ制御回路は外部電源の電圧により直接駆動され、異常検知・保護制御回路およびスイッチング制御回路はそれぞれ専用の降圧回路により外部電源の電圧よりも低い電圧で駆動されるため、ドライブ制御回路のオン・オフ時の電圧変動が他の制御回路へ及ぼす影響が少なくなる。また、ドライブ制御回路の接地端子とパワーデバイスの接地端子との間を接続する配線と、異常検知・保護制御回路およびスイッチング制御回路の接地端子とパワーデバイスの接地端子との間を接続する配線とを全く別な配線として分離したたため、ドライブ制御回路のオン・オフ時の電圧変動が他の制御回路へ及ぼす影響がさらに少なくなる。その結果、誤動作の発生の少ないパワーデバイスの駆動回路が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】従来例を示す図である。
【符号の説明】
１  駆動回路
２  スイッチング制御回路
３  ドライブ制御回路
４  異常検知・保護制御回路
５  センサ
６  第１降圧回路
７  第２降圧回路
８  パワーデバイス
９  外部信号源
１１，１２  配線
ＥＧ，ＳＧ  接地端子
Ｇ，Ｓ  端子
Ｋ  接地端子
ＶＤＤ  外部電源
Ｖ  電源端子
Ｆ  端子
【図１】
0003589273.tif 000002
【図２】
0003589273.tif 000003