(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コレクタが直流電圧手段に接続された第１のＩＧＢＴ（２１）と、
該第１のＩＧＢＴ（２１）のエミッタにコレクタが接続され、エミッタが接地（ＧＮＤ）された第２のＩＧＢＴ（２２）と、
前記第１および第２のＩＧＢＴ（２１，２２）のゲート−エミッタ間に第１および第２のゲート抵抗（Ｒｇ２１，Ｒｇ２２）を介して連結され、駆動直流電圧をそれぞれ供給する第１および第２の駆動回路（２３，２４）と、
前記第１および第２のＩＧＢＴ（２１，２２）のゲート−エミッタと前記第１および第２の駆動回路（２３，２４）との間にそれぞれ接続され、スイッチング制御によりノイズを遮断する第１および第２のノイズ遮断回路（３０，４０）と、を備え、前記第１のノイズ遮断回路（３０）は、
前記第１のＩＧＢＴ（２１）のゲート−エミッタ間に直列接続され、前記第１の駆動回路（２３）の駆動直流電圧を印加するダイオード（Ｄ１０１，Ｄ１０２）と、
前記駆動直流電圧を分圧する第１の抵抗手段（Ｒ１０３，Ｒ１０４）と、
前記分圧された駆動直流電圧により導通制御される第１のスイッチ（ＳＷ１０１）と、
電源電圧と前記第１のＩＧＢＴ（２１）のエミッタ間に直列接続されて、前記第１のスイッチ（ＳＷ１０１）のスイッチング状態によって、前記電源電圧を分圧する第２の抵抗手段（Ｒ１０１，Ｒ１０２）と、
前記分圧された電源電圧により導通制御される第２のスイッチ（ＳＷ１０２）と、を備えることを特徴とするＩＧＢＴインバータのゲート駆動回路。
【請求項２】
コレクタが直流電圧手段に接続された第１のＩＧＢＴ（２１）と、
該第１のＩＧＢＴ（２１）のエミッタにコレクタが接続され、エミッタが接地（ＧＮＤ）された第２のＩＧＢＴ（２２）と、
前記第１および第２のＩＧＢＴ（２１，２２）のゲート−エミッタ間に第１および第２のゲート抵抗（Ｒｇ２１，Ｒｇ２２）を介して連結され、駆動直流電圧をそれぞれ供給する第１および第２の駆動回路（２３，２４）と、
前記第１および第２のＩＧＢＴ（２１，２２）のゲート−エミッタと前記第１および第２の駆動回路（２３，２４）との間にそれぞれ接続され、スイッチング制御によりノイズを遮断する第１および第２のノイズ遮断回路（３０，４０）と、を備え、前記第２のノイズ遮断回路（４０）は、
前記第２のＩＧＢＴ（２２）のゲート−エミッタ間に直列接続され、前記第２の駆動回路（２４）の駆動直流電圧を印加するダイオード（Ｄ１０１，Ｄ１０２）と、
前記駆動直流電圧を分圧する第１の抵抗手段（Ｒ１０３，Ｒ１０４）と、
前記分圧された駆動直流電圧により導通制御される第１のスイッチ（ＳＷ１０１）と、
電源電圧と前記第１のＩＧＢＴ（２１）のエミッタ間に直列接続されて、前記第１のスイッチ（ＳＷ１０１）のスイッチング状態によって、前記電源電圧を分圧する第２の抵抗手段（Ｒ１０１，Ｒ１０２）と、
前記分圧された電源電圧により導通制御される第２のスイッチ（ＳＷ１０２）と、を備えることを特徴とするＩＧＢＴインバータのゲート駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）インバータのゲート駆動回路に係るもので、詳しくは、ＩＧＢＴインバータの単電源ゲート駆動回路において、ゲート駆動距離が長くなることによって発生するノイズを除去することで、遠距離ゲート駆動を行い得るＩＧＢＴインバータのゲート駆動回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＩＧＢＴ素子を示す等価回路においては、図２に示すように、単電源駆動方式としてＩＧＢＴインバータに、正の電圧および零（０）の電圧のみが印加される駆動方式と、正電源駆動方式として、ＩＧＢＴ素子に正の電圧または零の電圧若しくは、負の電圧が印加される駆動方式とがあって、ゲート−エミッタ間に直流電圧が印加されると、コレクタ−エミッタ間が電気的に導通（ＯＮ）され、ゲート−エミッタ間に零の電圧が印加されると、コレクタ−エミッタ間が電気的に遮断（ＯＦＦ）される。すなわち、このＩＧＢＴ素子は、ゲートに印加される電圧によってスイッチング動作を行う。ここで、参照符号Ｃｃｅ、ＣｃｇおよびＣｇｅは、それぞれコレクタ−エミッタ間、コレクタ−ゲート間およびゲート−エミッタ間に存在する微小な容量の等価キャパシタンスを示す。
【０００３】
上述したように、ＩＧＢＴインバータのゲート駆動用直流電源として、正の直流電圧および負の直流電圧または零の電圧を備える正電源駆動方式を利用したが、複雑な回路を単純化させて、インバータを小型化して費用を節減するために、正の直流電圧および零（０）の電圧の二つの電圧のみを備える単電源駆動方式が商用化されている。
【０００４】
すなわち、ＩＧＢＴを利用したスイッチング素子においては、図３に示すように、コレクタが直流電圧手段に接続された（コレクタに直流電圧Ｖｄｃが印加された）第１のＩＧＢＴ１と、コレクタが第１のＩＧＢＴ１のエミッタに接続され、エミッタが接地ＧＮＤされた第２のＩＧＢＴ２と、を備えて構成され、それら第１のまたは第２のＩＧＢＴ１，２のゲートに相補の（相互反対の極性を有する）直流駆動信号３，４がそれぞれ印加されると、第１および第２のＩＧＢＴ１，２の接続点から出力信号Ｖｏｕｔが発生される。ここで、図３に示す回路は、インバータ回路の一部を示している。
【０００５】
このように構成されたＩＧＢＴを利用したスイッチング素子は、第１および第２のＩＧＢＴ１，２のゲートに印加される直流駆動信号３，４によって、それら第１および第２のＩＧＢＴ１，２を導通させるかまたは遮断させ、直流電圧Ｖｄｃまたは接地ＧＮＤの電位により出力信号Ｖｏｕｔを発生するようになっている。
【０００６】
すなわち、直流駆動信号３，４によって、第１のＩＧＢＴ１が導通されて第２のＩＧＢＴ２が遮断される場合、出力信号Ｖｏｕｔは直流電圧Ｖｄｃになる。
【０００７】
一方、直流駆動信号３，４によって、第１のＩＧＢＴ１が遮断されて第２のＩＧＢＴ２が導通される場合、出力信号Ｖｏｕｔは接地ＧＮＤの電位になる。
【０００８】
従って、第１および第２のＩＧＢＴ１，２が、導通および遮断されることで、インバータとしての機能が発揮される。
【０００９】
この時、直流駆動信号３，４は、第１および第２のＩＧＢＴ１，２が同時に導通されることを絶対的に防止するために、第１および第２のＩＧＢＴ１，２が相互に反対の極性を有するようにして、それら第１および第２のＩＧＢＴ１，２のゲート−エミッタ間に印加される電圧を臨界電圧以上に維持すべきである。
【００１０】
そして、従来のＩＧＢＴインバータにおいては、図４に示すように、コレクタが直流電圧手段（Ｖｄｃ）に接続された第１のＩＧＢＴ１１と、該第１のＩＧＢＴ１１のエミッタにコレクタが接続されて、エミッタが接地された第２のＩＧＢＴ１２と、前記第１のＩＧＢＴ１１のゲート−エミッタ間に接続されて、抵抗Ｒ１を通って該第１のＩＧＢＴ１１のゲートに駆動電圧（駆動直流電圧）Ｖｇｅを供給する第１の駆動回路１３と、前記第２のＩＧＢＴ１２のゲート−エミッタ間に接続されて、抵抗Ｒ２を通って前記第２のＩＧＢＴ１２のゲートに駆動電圧Ｖｇｅを供給する第２の駆動回路１４と、から構成され、そして、前記第１および第２のＩＧＢＴ１１，１２の接続点から出力信号Ｖｏｕｔが出力されるようになっている。
【００１１】
このように構成された従来のＩＧＢＴインバータは、図３に示すように、第１および第２の駆動回路１３，１４を通って、第１および第２のＩＧＢＴ１１，１２のゲート−エミッタ間に直流駆動電圧を印加し、第１および第２のＩＧＢＴ１１，１２の導通および遮断を制御する。
【００１２】
この時、抵抗Ｒ１，Ｒ２の値を設定することにより、第１および第２のＩＧＢＴ１１，１２のゲートに印加される電流値を調節し、該第１および第２のＩＧＢＴ１１，１２のコレクタ−エミッタ間の導通および遮断速度を制御し、さらに、第１および第２の駆動回路１３，１４を通って印加される直流電圧の大きさによって、第１のまたは第２のＩＧＢＴ１１，１２が導通された時、コレクタ−エミッタ間の電圧を決定する。
【００１３】
以下、第１のＩＧＢＴが導通されて第２のＩＧＢＴが遮断される場合または第１のＩＧＢＴが遮断されて第２のＩＧＢＴが導通される場合の従来のＩＧＢＴインバータの動作について、図５および図６を参照して説明する。
【００１４】
先ず、図４に示す第１のＩＧＢＴ１１が駆動される場合の動作においては、図５に示すように、時間ｔ１の時点で駆動電圧が印加されて第１のＩＧＢＴ１１が導通されると、直流電圧Ｖｄｃが第２のＩＧＢＴ１２のコレクタ−エミッタ間に印加されて、出力電流Ｉ１が出力信号Ｖｏｕｔ側に流れると同時に第２のＩＧＢＴ１２のコレクタ−ゲート間の等価キャパシタンスＣｃｇを通って、ゲート−エミッタ間の等価キャパシタンスＣｇｅを充電させる電流Ｉ２が発生する。これにより、第２のＩＧＢＴ１２のゲート−エミッタ間の等価キャパシタンスＣｇｅに充電された電荷が接地ＧＮＤに放電される短い時間の間、第２のＩＧＢＴ１２の駆動信号からノイズが発生する。
【００１５】
また、第２のＩＧＢＴ１２が駆動される時の動作は、図６に示すように、時間ｔ２の時点で駆動電圧が印加されて第２のＩＧＢＴ１２が導通されるが、この時、直流電圧Ｖｄｃが第１のＩＧＢＴ１１のコレクタ−エミッタ間に印加されて、出力電流Ｉ１は出力信号Ｖｏｕｔ側から接地ＧＮＤに流れると同時に、第１のＩＧＢＴ１１のコレクタ−ゲート間の等価キャパシタンスＣｃｇによってゲート−エミッタ間の等価キャパシタンスＣｇｅを充電させる電流Ｉ２が発生する。これにより、第１のＩＧＢＴ１１のゲート−エミッタ間の等価キャパシタンスＣｇｅに充電された電荷が接地ＧＮＤに放電される短い時間の間、第１のＩＧＢＴ１１の駆動信号からノイズが発生する。
【００１６】
このように構成された従来のＩＧＢＴインバータは、第１または第２のＩＧＢＴのゲートの駆動信号から発生するノイズが臨界電圧を超える場合には、それら第１および第２のＩＧＢＴが全て導通されて直流電圧と接地とが短絡されることで、大きい電流が流れてＩＧＢＴが破壊される。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のＩＧＢＴインバータにおいては、上述したようなノイズが臨界電圧を超えないようにゲート駆動距離を最小化させるために、駆動回路（駆動集積回路）の選定およびゲート駆動抵抗の選定に格別な神経を使わなければならないという不都合な点があった。
【００１８】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、ゲート駆動抵抗またはゲート駆動回路の選定にあまり影響を及ぼすことなく、ゲート駆動距離を自由に調節し得るＩＧＢＴインバータのゲート駆動回路を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明に係るＩＧＢＴインバータのゲート駆動回路の第１の形態においては、コレクタが直流電圧手段に接続された第１のＩＧＢＴと、該第１のＩＧＢＴのエミッタにコレクタが接続され、エミッタが接地ＧＮＤされた第２のＩＧＢＴと、それら第１および第２のＩＧＢＴのゲート−エミッタ間に連結されて第１および第２のゲート抵抗を通って駆動直流電圧をそれぞれ供給する第１および第２の駆動回路と、前記第１および第２のＩＧＢＴのゲート−エミッタと第１および第２の駆動回路間にそれぞれ接続され、スイッチング制御によりノイズを遮断する第１および第２のノイズ遮断回路と、を備え、前記第１のノイズ遮断回路は、前記第１のＩＧＢＴのゲート−エミッタ間に直列接続され、前記第１の駆動回路の駆動直流電圧を印加するダイオードと、前記駆動直流電圧を分圧する第１の抵抗手段と、前記分圧された駆動直流電圧により導通制御される第１のスイッチと、電源電圧と前記第１のＩＧＢＴのエミッタ間に直列接続されて、前記第１のスイッチのスイッチング状態によって、前記電源電圧を分圧する第２の抵抗手段と、前記分圧された電源電圧により導通制御される第２のスイッチと、を備えることを特徴とする。
また、本発明に係るＩＧＢＴインバータのゲート駆動回路の第２の形態においては、コレクタが直流電圧手段に接続された第１のＩＧＢＴと、該第１のＩＧＢＴのエミッタにコレクタが接続され、エミッタが接地ＧＮＤされた第２のＩＧＢＴと、それら第１および第２のＩＧＢＴのゲート−エミッタ間に連結されて第１および第２のゲート抵抗を通って駆動直流電圧をそれぞれ供給する第１および第２の駆動回路と、前記第１および第２のＩＧＢＴのゲート−エミッタと第１および第２の駆動回路間にそれぞれ接続され、スイッチング制御によりノイズを遮断する第１および第２のノイズ遮断回路と、を備え、前記第２のノイズ遮断回路は、前記第２のＩＧＢＴのゲート−エミッタ間に直列接続され、前記第２の駆動回路の駆動直流電圧を印加するダイオードと、前記駆動直流電圧を分圧する第１の抵抗手段と、前記分圧された駆動直流電圧により導通制御される第１のスイッチと、電源電圧と前記第１のＩＧＢＴのエミッタ間に直列接続されて、前記第１のスイッチのスイッチング状態によって、前記電源電圧を分圧する第２の抵抗手段と、前記分圧された電源電圧により導通制御される第２のスイッチと、を備えることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るＩＧＢＴインバータのゲート駆動回路の実施例を、図面を参照して詳述する。
【００２１】
本発明に係るＩＧＢＴインバータのゲート駆動回路は、図１に示すように、コレクタが直流電圧手段に接続された（コレクタに直流電圧が印加された）第１のＩＧＢＴ２１と、該第１のＩＧＢＴ２１のエミッタにコレクタが接続され、その接続点から出力信号が出力されるように、エミッタが接地された第２のＩＧＢＴ２２と、それら第１および第２のＩＧＢＴ２１，２２のゲート−エミッタ間の第１および第２のゲート抵抗Ｒｇ２１，Ｒｇ２２を通って、駆動直流電圧をそれぞれ供給する第１および第２の駆動回路（駆動集積回路部）２３，２４と、それら第１および第２のＩＧＢＴ２１，２２のゲート−エミッタと第１および第２の駆動回路２３，２４との間にそれぞれ接続されてノイズを遮断する第１および第２のノイズ遮断回路３０，４０と、を備えて構成される。
【００２２】
ここで、第１のノイズ遮断回路３０は、電源電圧手段（電源電圧Ｖｃｃ）と第１のＩＧＢＴ２１のエミッタ間に直列接続された第１および第２の抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０２と、第１のＩＧＢＴ２１のゲート−エミッタ間に直列接続された第１のダイオードＤ１０１並びに第３および第４の抵抗Ｒ１０３，Ｒ１０４と、第１の駆動回路２３の駆動直流電圧を第１のダイオードＤ１０１および第３の抵抗Ｒ１０３の接続点に印加する第２のダイオードＤ１０２と、第１および第２の抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０２の接続点と第１のＩＧＢＴ２１のエミッタ間に接続された第３および第４の抵抗Ｒ１０３，Ｒ１０４を通って分圧された駆動直流電圧により導通および遮断制御される第１のスイッチＳＷ１０１と、第１のＩＧＢＴ２１のゲート−エミッタ間に接続されて第１および第２の抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０２の接続点電圧により導通および遮断制御される第２のスイッチＳＷ１０２と、を備えて構成される。
【００２３】
また、第２のノイズ遮断部４０は、第２のＩＧＢＴ２２および第２の駆動回路２４間に接続され、第１のノイズ遮断回路と同様の構成とされている。従って、図面においては省略されている。
【００２４】
このように構成された本発明に係るＩＧＢＴインバータのゲート駆動回路の動作について、図面を参照して説明する。
【００２５】
先ず、第１の駆動回路２３から第１のＩＧＢＴ２１のゲート−エミッタ間に駆動直流電圧Ｖｇｅが印加される場合、駆動直流電圧Ｖｇｅが第２のダイオードＤ１０２を通って第３および第４の抵抗Ｒ１０３，Ｒ１０４に印加されて分圧されるため、下記の式（１）に示した分圧電圧Ｖ１が第１のスイッチＳＷ１０１の導通制御（オン／オフ制御）信号として入力される。
【００２６】
【数１】
0003566688.tif 000002
【００２７】
この時、分圧電圧Ｖ１は、第１のスイッチＳＷ１０１を導通するのに十分な値の電圧であるべきで、第１のスイッチＳＷ１０１の導通によって流れる電流があまり大きくならないように、電源電圧Ｖｃｃと第１のＩＧＢＴ２１間に直列接続された第１および第２の抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０２を通って調節される。この時、第１のスイッチＳＷ１０１を導通するための駆動直流電圧Ｖｇｅおよび分圧電圧Ｖ１の値は、ノイズ遮断回路３０として構成された回路素子の特性によって変わることがある。
【００２８】
また、第１のスイッチＳＷ１０１が導通されることで、第２のスイッチＳＷ１０２に導通制御信号である零（０）の電圧が印加されて第２のスイッチＳＷ１０２が遮断されるため、第１のＩＧＢＴ２１のゲート−エミッタ間に駆動直流電圧Ｖｇｅが印加される。また、第１の駆動回路２３から第１のＩＧＢＴ２１のゲート−エミッタ間に印加される駆動直流電圧Ｖｇｅが零の電圧に変わる瞬間、すなわち、第１の駆動回路２３の駆動直流電圧Ｖｇｅである零の電圧が印加される瞬間に、第１のＩＧＢＴ２１のゲート−エミッタ間の電圧は第１のゲート抵抗Ｒｇ２１によって、若干の時間的な傾斜を有して減少する。
【００２９】
この時、第１のＩＧＢＴ２１のゲート−エミッタ間の電圧は、第１のダイオードＤ１０１を通って、第３および第４の抵抗Ｒ１０３，Ｒ１０４に印加されて分圧されることで、上記の式（１）に示した分圧電圧Ｖ１が第１のスイッチＳＷ１０１に導通制御信号として入力されて、このような分圧電圧Ｖ１が第１のスイッチＳＷ１０１の臨界電圧以下に減少すると、第１のスイッチＳＷ１０１が遮断される。
【００３０】
従って、第２のスイッチＳＷ１０２は、下記の式（２）に示すように、電源電圧Ｖｃｃと第１のＩＧＢＴ２１のエミッタ間に直列接続された第１および第２の抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０２により分圧された分圧電圧Ｖ２により導通制御される。
【００３１】
【数２】
0003566688.tif 000003
【００３２】
この時、分圧された電圧Ｖ２が第２のスイッチＳＷ１０２を導通させるように、第１および第２の抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０２の値が調節されるべきである。
【００３３】
従って、第２のスイッチＳＷ１０２が導通されて、第１のＩＧＢＴ２１のゲート−エミッタ間が短絡（ショート）されるので、ゲート−エミッタ間が零の電圧により拘束されて、ゲート−エミッタ間の等価キャパシタンスＣｇｅによるノイズが放電されることで、ノイズの発生が抑制される。
【００３４】
次いで、第１の駆動回路２３から第１のＩＧＢＴ２１のゲート−エミッタ間に印加される駆動直流電圧Ｖｇｅが零の電圧から駆動電圧に変わる瞬間に駆動電圧が第２のダイオードＤ１０２を通って、第３および第４の抵抗Ｒ１Ｏ３，Ｒ１０４に印加されて前述した式（１）のように分圧されることで、分圧電圧Ｖ１が第１のスイッチＳＷ１０１を導通させる。この時、第１のゲート抵抗Ｒｇ２１によって駆動電圧が遅延されることで、第１のダイオードＤ１０１を通った駆動電圧が先に印加されることはない。
【００３５】
また、第１のスイッチＳＷ１０１が導通されることで、第２のスイッチＳＷ１０２の導通制御信号に零の電圧が印加され、第２のスイッチＳＷ１０２が遮断された後、第１のＩＧＢＴ２１のゲート−エミッタ間に第１のゲート抵抗Ｒｇ２１により遅延された駆動直流電圧Ｖｇｅが正常に印加される。
【００３６】
さらに、第２のノイズ遮断回路４０の動作が、第１のノイズ遮断回路３０と同様に行われて、結果的に第１および第２のＩＧＢＴは、第１および第２のノイズ遮断回路３０，４０がゲート−エミッタ間の等価キャパシタンスＣｇｅによるノイズの発生を抑制することで、破壊の危険が低減されることになる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るＩＧＢＴインバータのゲート駆動回路においては、ＩＧＢＴおよび駆動回路間に接続されるノイズ遮断回路を用いて、駆動直流電圧が遷移する時に発生するノイズを遮断することにより、ゲート駆動抵抗またはゲート駆動回路の選定にあまり影響を及ぼすことなく、ゲート駆動距離を自由に調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＩＧＢＴインバータのゲート駆動回路を示す図である。
【図２】一般のＩＧＢＴ素子を示す等価回路図である。
【図３】従来のＩＧＢＴを利用したスイッチング素子の一例を示す図である。
【図４】従来のＩＧＢＴインバータを示す回路図である。
【図５】図４の第１のＩＧＢＴ（１１）の動作を説明するための図である。
【図６】図４の第２のＩＧＢＴ（１２）の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
２１…第１のＩＧＢＴ
２２…第２のＩＧＢＴ
２３…第１の駆動回路
２４…第２の駆動回路
３０…第１のノイズ遮断回路
４０…第２のノイズ遮断回路
Ｃｃｅ…ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間の等価キャパシタンス
Ｃｃｇ…ＩＧＢＴのコレクタ−ゲート間の等価キャパシタンス
Ｃｇｅ…ＩＧＢＴのゲート−エミッタ間の等価キャパシタンス
Ｄ１０１…第１のダイオード
Ｄ１０２…第２のダイオード
ＧＮＤ…接地
Ｒ１０１…第１の抵抗（第２の抵抗手段）
Ｒ１０２…第２の抵抗（第２の抵抗手段）
Ｒ１０３…第３の抵抗（第１の抵抗手段）
Ｒ１０４…第４の抵抗（第１の抵抗手段）
Ｒｇ２１…第１のゲート抵抗
Ｒｇ２２…第２のゲート抵抗
ＳＷ１０１…第１のスイッチ
ＳＷ１０２…第２のスイッチ
Ｖｃｃ…電源電圧
Ｖｄｃ…直流電圧（直流電圧手段）
Ｖｇｅ…駆動直流電圧
Ｖｏｕｔ…出力信号
【図１】
0003566688.tif 000004
【図２】
0003566688.tif 000005
【図３】
0003566688.tif 000006
【図４】
0003566688.tif 000007
【図５】
0003566688.tif 000008
【図６】
0003566688.tif 000009