(57)【要約】  高周波動作する電力変換回路において、下アーム側ゲート駆動回路２４ｕのオフ電圧制御回路１０１ｕは、下アーム２２ｕのターンオフ動作が終了した時点から上アーム２１ｕのターンオン動作が開始するまでの間において、ゲート駆動電源１０３ｕが出力する電圧を所定のオフ電圧よりも低い電圧に変化させ、その後、上アーム２１ｕのターンオン動作が終了すると、直ぐに前記ゲート駆動電源１０３ｕが出力する電圧を所定のオフ電圧に戻すように制御する。従って、高電圧変化ｄｖ／ｄｔに起因して発生する上下アームの短絡動作を抑制でき、かつ電力変換回路を構成するスイッチング素子の寿命が向上して、電力変換回路の高信頼性化が実現される。
2010070899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧側に接続される上アーム及び低電圧側に接続される下アームと、前記上アームを駆動する上アーム側ゲート駆動回路及び前記下アームを駆動する下アーム側ゲート駆動回路とを備えた電力変換回路において、
前記上アーム側ゲート駆動回路及び前記下アーム側ゲート駆動回路は、各々、上アーム側ゲート駆動電源及び下アーム側ゲート駆動電源と、上アーム側アーム駆動回路及び下アーム側アーム駆動回路とを有し、
前記上アーム側ゲート駆動電源及び下アーム側ゲート駆動電源は、自己の前記上アーム又は下アームの制御端子に電圧を供給し、
前記上アーム側アーム駆動回路及び下アーム側アーム駆動回路は、自己の前記上アーム又は下アームを制御する制御信号を受け、この制御信号に応じてアーム駆動信号を出力し、
更に、前記下アーム側ゲート駆動回路は、信号出力回路と、オフ電圧制御回路とを有し、
前記信号出力回路は、前記下アームのターンオフ動作の終了及び前記上アームのターンオン動作の終了に応じた電圧調整信号を出力し、
前記オフ電圧制御回路は、前記信号出力回路の電圧調整信号を受け、前記下アームのターンオフ動作の終了から前記上アームのターンオン動作の開始までの期間において、前記下アームのオフ状態を満足する第１の電圧よりも低い第２の電圧を生成し、かつ前記上アームのターンオン動作の終了以後において、前記第２の電圧から前記第１の電圧に戻すように前記下アーム側ゲート駆動電源の出力電圧を制御する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項２】
前記請求項１記載の電力変換回路において、
前記信号出力回路は、タイマ回路を有し、
前記タイマ回路は、前記上アーム及び下アームの両制御信号を受け、この両制御信号が共にオフである前記下アーム及び上アームが共にターンオフ状態の期間でオン動作となり、前記上アームのターンオン動作の終了以後となる前記オン動作の所定期間経過後にオフ動作となるタイマ信号を出力し、
前記オフ電圧制御回路は、前記タイマ回路のタイマ信号を受け、このタイマ信号に基づいて前記下アーム側ゲート駆動電源の出力電圧を制御する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項３】
前記請求項１記載の電力変換回路において、
前記信号出力回路は、上アーム側主端子電圧検出回路及び下アーム側主端子電圧検出回路と、上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路とを有し、
前記上アーム側主端子電圧検出回路及び下アーム側主端子電圧検出回路は、各々、自己の前記上アーム又は前記下アームの主端子電圧値を検出し、
前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、前記自己の上アーム側主端子電圧検出回路又は下アーム側主端子電圧検出回路で検出された主端子電圧信号を受け、この主端子電圧信号に基づいて、自己の前記上アーム又は下アームのターンオフ動作及びターンオン動作の終了を検出する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項４】
前記請求項３記載の電力変換回路において、
前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、自己の前記上アーム側主端子電圧検出回路又は下アーム側主端子電圧検出回路で検出された主端子電圧信号を受け、この主端子電圧信号の電圧値と所定の基準電圧との比較に基づいて、自己のアームのターンオン動作及びターンオフ動作の終了を判定する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項５】
前記請求項１記載の電力変換回路において、
前記信号出力回路は、上アーム側主端子電流検出回路及び下アーム側主端子電流検出回路と、上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路とを有し、
前記上アーム側主端子電流検出回路及び下アーム側主端子電流検出回路は、各々、自己の前記上アーム又は前記下アームの主端子電流値を検出し、
前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、前記自己の上アーム側主端子電流検出回路又は下アーム側主端子電流検出回路で検出された主端子電流信号に基づいて、自己の前記上アーム又は下アームのターンオフ動作及びターンオン動作の終了を検出する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項６】
前記請求項５記載の電力変換回路において、
前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、前記上アーム側主端子電流検出回路又は下アーム側主端子電流検出回路からの主端子電流信号を受け、この主端子電流信号の電流値と所定の基準電圧との比較に基づいて、自己のアームのターンオン動作及びターンオフ動作の終了を判定する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項７】
前記請求項１記載の電力変換回路において、
前記信号出力回路は、上アーム側制御端子電圧検出回路及び下アーム側制御端子電圧検出回路と、上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路とを有し、
前記上アーム側制御端子電圧検出回路及び下アーム側制御端子電圧検出回路は、各々、自己の前記上アーム又は前記下アームの制御端子の電圧値を検出し、
前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、前記自己の上アーム側制御端子電圧検出回路又は下アーム側制御端子電圧検出回路で検出された制御端子電圧信号に基づいて、自己の前記上アーム又は下アームのターンオフ動作及びターンオン動作の終了を検出する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項８】
前記請求項７記載の電力変換回路において、
前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、自己のアームの制御端子電圧検出回路で検出された制御端子電圧信号を受け、この制御端子電圧信号の電圧と所定の基準電圧との比較に基づいて、自己のアームのターンオン動作及びターンオフ動作の終了を判定する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項９】
前記請求項３記載の電力変換回路において、
前記信号出力回路は、更に、下アーム側主端子電圧変化率検出回路を有し、
前記下アーム側主端子電圧変化率検出回路は、自己の前記下アームの主端子電圧の変化率を検出し、
前記オフ電圧制御回路は、前記下アーム側主端子電圧変化率検出回路の検出結果を受け、この検出結果に基づいて、前記下アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を変更する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項１０】
前記請求項９記載の電力変換回路において、
前記オフ電圧制御回路は、前記下アーム側主端子電圧の変化率が大きいほど、前記下アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を、一層低い電圧値に調整する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項１１】
前記請求項９記載の電力変換回路において、
前記オフ電圧制御回路は、前記下アーム側主端子電圧の変化率が所定変化率よりも小さいときには、前記下アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を前記第１の電圧に維持する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項１２】
前記請求項３記載の電力変換回路において、
前記信号出力回路は、更に、下アーム側アーム温度検出回路を有し、
前記下アーム側アーム温度検出回路は、自己の前記下アームの温度を検出し、
前記オフ電圧制御回路は、前記下アーム側アーム温度検出回路の検出結果を受け、この検出結果に基づいて、前記下アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を変更する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項１３】
前記請求項１２記載の電力変換回路において、
前記オフ電圧制御回路は、前記下アーム側アーム温度検出回路で検出した下アームのアーム温度が高いほど、前記下アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧を一層低い電圧値に調整する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項１４】
高電圧側に接続される上アーム及び低電圧側に接続される下アームと、前記上アームを駆動する上アーム側ゲート駆動回路及び前記下アームを駆動する下アーム側ゲート駆動回路とを備えた電力変換回路において、
前記上アーム側ゲート駆動回路及び前記下アーム側ゲート駆動回路は、各々、上アーム側ゲート駆動電源及び下アーム側ゲート駆動電源と、上アーム側アーム駆動回路及び下アーム側アーム駆動回路とを有し、
前記上アーム側ゲート駆動電源及び下アーム側ゲート駆動電源は、自己の前記上アーム又は下アームの制御端子に電圧を供給し、
前記上アーム側アーム駆動回路及び下アーム側アーム駆動回路は、自己の前記上アーム又は下アームを制御する制御信号を受け、この制御信号に応じてアーム駆動信号を出力し、
更に、前記上アーム側ゲート駆動回路は、信号出力回路と、オフ電圧制御回路とを有し、
前記信号出力回路は、前記上アームのターンオフ動作の終了及び前記下アームのターンオン動作の終了に応じた電圧調整信号を出力し、
前記オフ電圧制御回路は、前記信号出力回路の電圧調整信号を受け、前記上アームのターンオフ動作の終了から前記下アームのターンオン動作の開始までの期間において、前記上アームのオフ状態を満足する第１の電圧よりも低い第２の電圧を生成し、かつ前記下アームのターンオン動作の終了以後において、前記第２の電圧から前記第１の電圧に戻すように前記上アーム側ゲート駆動電源の出力電圧を制御する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項１５】
前記請求項１４記載の電力変換回路において、
前記信号出力回路は、タイマ回路を有し、
前記タイマ回路は、前記上アーム及び下アームの両制御信号を受け、この両制御信号が共にオフである前記下アーム及び上アームが共にターンオフ状態の期間でオン動作となり、前記下アームのターンオン動作の終了以後となる前記オン動作の所定期間経過後にオフ動作となるタイマ信号を出力し、
前記オフ電圧制御回路は、前記タイマ回路のタイマ信号を受け、このタイマ信号に基づいて前記下アーム側ゲート駆動電源の出力電圧を制御する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項１６】
前記請求項１４記載の電力変換回路において、
前記信号出力回路は、上アーム側主端子電圧検出回路及び下アーム側主端子電圧検出回路と、上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路とを有し、
前記上アーム側主端子電圧検出回路及び下アーム側主端子電圧検出回路は、各々、自己の前記上アーム又は前記下アームの主端子電圧値を検出し、
前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、前記自己の上アーム側主端子電圧検出回路又は下アーム側主端子電圧検出回路で検出された主端子電圧信号を受け、この主端子電圧信号に基づいて、自己の前記上アーム又は下アームのターンオフ動作及びターンオン動作の終了を検出する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項１７】
前記請求項１６記載の電力変換回路において、
前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、自己の前記上アーム側主端子電圧検出回路又は下アーム側主端子電圧検出回路で検出された主端子電圧信号を受け、この主端子電圧信号の電圧値と所定の基準電圧との比較に基づいて、自己のアームのターンオン動作及びターンオフ動作の終了を判定する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項１８】
前記請求項１４記載の電力変換回路において、
前記信号出力回路は、上アーム側主端子電流検出回路及び下アーム側主端子電流検出回路と、上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路とを有し、
前記上アーム側主端子電流検出回路及び下アーム側主端子電流検出回路は、各々、自己の前記上アーム又は前記下アームの主端子電流値を検出し、
前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、前記自己の上アーム側主端子電流検出回路又は下アーム側主端子電流検出回路で検出された主端子電流信号に基づいて、自己の前記上アーム又は下アームのターンオフ動作及びターンオン動作の終了を検出する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項１９】
前記請求項１８記載の電力変換回路において、
前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、前記上アーム側主端子電流検出回路又は下アーム側主端子電流検出回路からの主端子電流信号を受け、この主端子電流信号の電流値と所定の基準電圧との比較に基づいて、自己のアームのターンオン動作及びターンオフ動作の終了を判定する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項２０】
前記請求項１４記載の電力変換回路において、
前記信号出力回路は、上アーム側制御端子電圧検出回路及び下アーム側制御端子電圧検出回路と、上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路とを有し、
前記上アーム側制御端子電圧検出回路及び下アーム側制御端子電圧検出回路は、各々、自己の前記上アーム又は前記下アームの制御端子の電圧値を検出し、
前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、前記自己の上アーム側制御端子電圧検出回路又は下アーム側制御端子電圧検出回路で検出された制御端子電圧信号に基づいて、自己の前記上アーム又は下アームのターンオフ動作及びターンオン動作の終了を検出する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項２１】
前記請求項２０記載の電力変換回路において、
前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、自己のアームの制御端子電圧検出回路で検出された制御端子電圧信号を受け、この制御端子電圧信号の電圧と所定の基準電圧との比較に基づいて、自己のアームのターンオン動作及びターンオフ動作の終了を判定する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項２２】
前記請求項１６記載の電力変換回路において、
前記信号出力回路は、更に、上アーム側主端子電圧変化率検出回路を有し、
前記上アーム側主端子電圧変化率検出回路は、自己の前記上アームの主端子電圧の変化率を検出し、
前記オフ電圧制御回路は、前記上アーム側主端子電圧変化率検出回路の検出結果を受け、この検出結果に基づいて、前記上アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を変更する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項２３】
前記請求項２２記載の電力変換回路において、
前記オフ電圧制御回路は、前記上アーム側主端子電圧の変化率が大きいほど、前記上アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を、一層低い電圧値に調整する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項２４】
前記請求項２２記載の電力変換回路において、
前記オフ電圧制御回路は、前記上アーム側主端子電圧の変化率が所定変化率よりも小さいときには、前記上アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を前記第１の電圧に維持する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項２５】
前記請求項１６記載の電力変換回路において、
前記信号出力回路は、更に、上アーム側アーム温度検出回路を有し、
前記上アーム側アーム温度検出回路は、自己の前記上アームの温度を検出し、
前記オフ電圧制御回路は、前記上アーム側アーム温度検出回路の検出結果を受け、この検出結果に基づいて、前記上アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を変更する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項２６】
前記請求項２５記載の電力変換回路において、
前記オフ電圧制御回路は、前記上アーム側アーム温度検出回路で検出した上アームのアーム温度が高いほど、前記上アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧を一層低い電圧値に調整する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項２７】
前記請求項１〜２６記載の電力変換回路において、
前記上アーム及び下アームは、ＭＯＳＦＥＴで構成される
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項２８】
前記請求項１〜２６記載の電力変換回路において、
前記上アーム及び下アームは、炭化ケイ素又は窒化ガリウムを含むワイドバンドギャップ半導体により構成される
ことを特徴とする電力変換回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の上下アームにより構成され、特に、大電力かつ高周波動作する電力変換回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、インバータ及びコンバータなどの電力変換器に搭載されるスイッチング素子（ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ）の高耐圧化及び高速化が進み、スイッチング素子の高耐圧化による電力変換器の大電力化及び、スイッチング素子の高速化、すなわち電力変換器の高周波動作による電力変換器の小型化などの研究開発が盛んに行われている。【０００３】
このような電力変換器におけるスイッチング素子の動作としては、上下アームが同時導通し短絡動作することのないように、所定の休止期間（通常、デッドタイムといわれる）を介して、上下アームを交互にスイッチング動作するのが一般的である。ここで、スイッチング素子に印加される電圧が高くなればなるほど、又は、スイッチング素子の動作速度が速くなればなるほど、スイッチング素子に印加される電圧の変化率（通常、ｄｖ／ｄｔと呼ばれる）が大きくなる。その場合、他方のスイッチング素子の寄生容量Ｃを介して、主端子から制御端子に充電電流が流れることになり、制御端子の電圧が、充電電流の値に比例して変化する。このような動作をした場合、制御端子の電圧が、スイッチング素子のしきい値電圧を超えることもあり得る。仮に、所定の休止期間中に、制御端子の電圧が変化し、かつ、しきい値電圧を超えた場合、上下アームが同時導通し短絡状態となり、スイッチング素子の破壊、更には電力変換器の故障をもたらす。【０００４】
ここで、図４を用いて、上アーム２１ｕのターンオン動作による下アーム２２ｕの誤動作メカニズムについて説明する。最初に、上下アーム２１ｕ及び２２ｕは、共にオフしている休止区間（いわゆる、デッドタイム）とする。この休止区間は、例えばインバータにおけるスイッチング周波数の１／２０以下であり、また、一般的には、大電力の電力変換を行うインバータにおいては、スイッチング周波数は１５ｋＨｚ以下であるものが多い。【０００５】
前記休止期間の後、上アーム２１ｕがターンオン動作すると、下アーム２２ｕのドレイン−ソース間にバッテリ1の直流電圧Ｖｄｃが印加される。上アーム２１ｕのスイッチング速度に応じて、下アーム２２ｕの寄生容量２００に急速に充電され、下アーム側ゲート抵抗１０４ｕと下アーム側アーム駆動回路１０２ｕを介して、電流Ｉｇが流れる。電流Ｉｇが流れることにより、下アーム側ゲート抵抗１０４ｕの値に応じた電位差が下アーム側ゲート抵抗１０４ｕの両端に発生する。ここで、下アーム２２ｕのドレイン−ゲート間の寄生容量をＣｇｄとし、下アーム側ゲート抵抗１０４ｕをＲｇとすると、下アーム側ゲート抵抗１０４ｕの両端に発生する電位差、つまり下アーム２２ｕのゲート−ソース間の電位差Ｖｇｓは、下記の式で表せる。【０００６】
Ｖｇｓ  ＝  Ｒｇ  ×  Ｃｇｄ  ×  （ｄＶｄｃ／ｄｔ）
すなわち、下アーム２２ｕのスイッチング速度を決定する下アーム側ゲート抵抗１０４ｕの抵抗Ｒｇか、下アーム２１ｕの寄生容量Ｃｇｄか、上アーム２１ｕのスイッチング時間ｄＶｄｃ／ｄｔの値が、各々大きいほど、Ｖｇｓが大きくなり、下アーム２２ｕの誤動作が生じ易くなる。【０００７】
下アーム側ゲート抵抗１０４ｕの抵抗Ｒｇは、下アーム２２ｕのスイッチング速度を決定する値であるため、自由に小さくすることはできない。また、下アーム２１ｕの寄生容量Ｃｇｄは、下アーム２２ｕの内部構造により決まっているため、これも自由に変化させることができない。また、上アーム２１ｕのターンオン動作時のスイッチング時間ｄＶｄｃ／ｄｔは、小さくすると上アーム２１ｕのスイッチング速度を遅くすることになり、スイッチング損失の増大をもたらす。【０００８】
それらを回避するため、従来では、充電電流による制御端子の電圧変化があっても、短絡状態にならないように、電圧変化期間を含んだ、スイッチング素子がオフ動作中は、制御端子に負バイアス電圧を印加する。そうすることにより、同時導通の短絡動作を回避することが可能となる。たとえば下記特許文献１に提案されている。【０００９】
この公報のインバータは、スイッチング素子をオフさせるために、電源により負バイアス電圧を出力せずに、コンデンサ及びダイオード、ＦＥＴなどの回路のみで、負バイアス電圧を印加できるようにしているため、電源電圧の制約も低減でき、更には、駆動回路の発熱抑制も行えることも、前記公報は開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−１５９４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、この種のインバータでは、スイッチング素子がオフ動作中、全期間で、スイッチング素子の制御端子に負バイアスが印加されることになる。【００１２】
一般的に、スイッチング素子は、制御端子に負バイアス電圧を印加されることに弱く、負バイアス電圧の印加される時間が長ければ長いほど、スイッチング素子の劣化が進む。【００１３】
よって、従来の方法では、負バイアス電圧が印加される期間が必要以上に長いため、スイッチング素子の劣化を加速し、スイッチング素子及びそれを搭載する電力変換器の信頼性を損ねる。また、負バイアス回路を、コンデンサ及びダイオード、ＦＥＴなどの回路で構成しているため、スイッチング素子の動作状態及び周囲環境などによるスイッチング素子の特性変化に対応できない。更には、負バイアス回路を構成しているコンデンサ容量においても、駆動するスイッチング素子の特性に応じて決定する必要があり、汎用性に欠けるなどの問題がある。【００１４】
本発明は前記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、電力変換回路において、高ｄｖ／ｄｔ印加による誤動作を抑制し、かつスイッチング素子の寿命を大幅に改善した電力変換回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するため、本発明では、電力変換回路において、上アームの動作と下アームの動作との双方に対応して、オフ動作中のスイッチング素子への負バイアス電圧の印加期間を極く短期間に制限することとする。【００１６】
すなわち、本発明の電力変換回路は、高電圧側に接続される上アーム及び低電圧側に接続される下アームと、前記上アームを駆動する上アーム側ゲート駆動回路及び前記下アームを駆動する下アーム側ゲート駆動回路とを備えた電力変換回路において、前記上アーム側ゲート駆動回路及び前記下アーム側ゲート駆動回路は、各々、上アーム側ゲート駆動電源及び下アーム側ゲート駆動電源と、上アーム側アーム駆動回路及び下アーム側アーム駆動回路とを有し、前記上アーム側ゲート駆動電源及び下アーム側ゲート駆動電源は、自己の前記上アーム又は下アームの制御端子に電圧を供給し、前記上アーム側アーム駆動回路及び下アーム側アーム駆動回路は、自己の前記上アーム又は下アームを制御する制御信号を受け、この制御信号に応じてアーム駆動信号を出力し、更に、前記下アーム側ゲート駆動回路は、信号出力回路と、オフ電圧制御回路とを有し、前記信号出力回路は、前記下アームのターンオフ動作の終了及び前記上アームのターンオン動作の終了に応じた電圧調整信号を出力し、前記オフ電圧制御回路は、前記信号出力回路の電圧調整信号を受け、前記下アームのターンオフ動作の終了から前記上アームのターンオン動作の開始までの期間において、前記下アームのオフ状態を満足する第１の電圧よりも低い第２の電圧を生成し、かつ前記上アームのターンオン動作の終了以後において、前記第２の電圧から前記第１の電圧に戻すように前記下アーム側ゲート駆動電源の出力電圧を制御することを特徴とする。【００１７】
ここで、前記電力変換回路において、前記信号出力回路は、タイマ回路を有し、前記タイマ回路は、前記上アーム及び下アームの両制御信号を受け、この両制御信号が共にオフである前記下アーム及び上アームが共にターンオフ状態の期間でオン動作となり、前記上アームのターンオン動作の終了以後となる前記オン動作の所定期間経過後にオフ動作となるタイマ信号を出力し、前記オフ電圧制御回路は、前記タイマ回路のタイマ信号を受け、このタイマ信号に基づいて前記下アーム側ゲート駆動電源の出力電圧を制御することとしても良い。【００１８】
前記電力変換回路において、前記信号出力回路は、上アーム側主端子電圧検出回路及び下アーム側主端子電圧検出回路と、上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路とを有し、前記上アーム側主端子電圧検出回路及び下アーム側主端子電圧検出回路は、各々、自己の前記上アーム又は前記下アームの主端子電圧値を検出し、前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、前記自己の上アーム側主端子電圧検出回路又は下アーム側主端子電圧検出回路で検出された主端子電圧信号を受け、この主端子電圧信号に基づいて、自己の前記上アーム又は下アームのターンオフ動作及びターンオン動作の終了を検出することとしても良い。【００１９】
前記電力変換回路において、前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、自己の前記上アーム側主端子電圧検出回路又は下アーム側主端子電圧検出回路で検出された主端子電圧信号を受け、この主端子電圧信号の電圧値と所定の基準電圧との比較に基づいて、自己のアームのターンオン動作及びターンオフ動作の終了を判定することとしても良い。【００２０】
前記電力変換回路において、前記信号出力回路は、上アーム側主端子電流検出回路及び下アーム側主端子電流検出回路と、上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路とを有し、前記上アーム側主端子電流検出回路及び下アーム側主端子電流検出回路は、各々、自己の前記上アーム又は前記下アームの主端子電流値を検出し、前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、前記自己の上アーム側主端子電流検出回路又は下アーム側主端子電流検出回路で検出された主端子電流信号に基づいて、自己の前記上アーム又は下アームのターンオフ動作及びターンオン動作の終了を検出することとしても良い。【００２１】
前記電力変換回路において、前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、前記上アーム側主端子電流検出回路又は下アーム側主端子電流検出回路からの主端子電流信号を受け、この主端子電流信号の電流値と所定の基準電圧との比較に基づいて、自己のアームのターンオン動作及びターンオフ動作の終了を判定することとしても良い。【００２２】
前記電力変換回路において、前記信号出力回路は、上アーム側制御端子電圧検出回路及び下アーム側制御端子電圧検出回路と、上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路とを有し、前記上アーム側制御端子電圧検出回路及び下アーム側制御端子電圧検出回路は、各々、自己の前記上アーム又は前記下アームの制御端子の電圧値を検出し、前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、前記自己の上アーム側制御端子電圧検出回路又は下アーム側制御端子電圧検出回路で検出された制御端子電圧信号に基づいて、自己の前記上アーム又は下アームのターンオフ動作及びターンオン動作の終了を検出することとしても良い。【００２３】
前記電力変換回路において、前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、自己のアームの制御端子電圧検出回路で検出された制御端子電圧信号を受け、この制御端子電圧信号の電圧と所定の基準電圧との比較に基づいて、自己のアームのターンオン動作及びターンオフ動作の終了を判定することとしても良い。【００２４】
前記電力変換回路において、前記信号出力回路は、更に、下アーム側主端子電圧変化率検出回路を有し、前記下アーム側主端子電圧変化率検出回路は、自己の前記下アームの主端子電圧の変化率を検出し、前記オフ電圧制御回路は、前記下アーム側主端子電圧変化率検出回路の検出結果を受け、この検出結果に基づいて、前記下アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を変更することとしても良い。【００２５】
前記電力変換回路において、前記オフ電圧制御回路は、前記下アーム側主端子電圧の変化率が大きいほど、前記下アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を、一層低い電圧値に調整することとしても良い。【００２６】
前記電力変換回路において、前記オフ電圧制御回路は、前記下アーム側主端子電圧の変化率が所定変化率よりも小さいときには、前記下アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を前記第１の電圧に維持することとしても良い。【００２７】
前記電力変換回路において、前記信号出力回路は、更に、下アーム側アーム温度検出回路を有し、前記下アーム側アーム温度検出回路は、自己の前記下アームの温度を検出し、前記オフ電圧制御回路は、前記下アーム側アーム温度検出回路の検出結果を受け、この検出結果に基づいて、前記下アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を変更することとしても良い。【００２８】
前記電力変換回路において、前記オフ電圧制御回路は、前記下アーム側アーム温度検出回路で検出した下アームのアーム温度が高いほど、前記下アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧を一層低い電圧値に調整することとしても良い。【００２９】
また、本発明の電力変換回路は、高電圧側に接続される上アーム及び低電圧側に接続される下アームと、前記上アームを駆動する上アーム側ゲート駆動回路及び前記下アームを駆動する下アーム側ゲート駆動回路とを備えた電力変換回路において、前記上アーム側ゲート駆動回路及び前記下アーム側ゲート駆動回路は、各々、上アーム側ゲート駆動電源及び下アーム側ゲート駆動電源と、上アーム側アーム駆動回路及び下アーム側アーム駆動回路とを有し、前記上アーム側ゲート駆動電源及び下アーム側ゲート駆動電源は、自己の前記上アーム又は下アームの制御端子に電圧を供給し、前記上アーム側アーム駆動回路及び下アーム側アーム駆動回路は、自己の前記上アーム又は下アームを制御する制御信号を受け、この制御信号に応じてアーム駆動信号を出力し、更に、前記上アーム側ゲート駆動回路は、信号出力回路と、オフ電圧制御回路とを有し、前記信号出力回路は、前記上アームのターンオフ動作の終了及び前記下アームのターンオン動作の終了に応じた電圧調整信号を出力し、前記オフ電圧制御回路は、前記信号出力回路の電圧調整信号を受け、前記上アームのターンオフ動作の終了から前記下アームのターンオン動作の開始までの期間において、前記上アームのオフ状態を満足する第１の電圧よりも低い第２の電圧を生成し、かつ前記下アームのターンオン動作の終了以後において、前記第２の電圧から前記第１の電圧に戻すように前記上アーム側ゲート駆動電源の出力電圧を制御することを特徴とする。【００３０】
ここで、前記電力変換回路において、前記信号出力回路は、タイマ回路を有し、前記タイマ回路は、前記上アーム及び下アームの両制御信号を受け、この両制御信号が共にオフである前記下アーム及び上アームが共にターンオフ状態の期間でオン動作となり、前記下アームのターンオン動作の終了以後となる前記オン動作の所定期間経過後にオフ動作となるタイマ信号を出力し、前記オフ電圧制御回路は、前記タイマ回路のタイマ信号を受け、このタイマ信号に基づいて前記下アーム側ゲート駆動電源の出力電圧を制御することとしても良い。【００３１】
前記電力変換回路において、前記信号出力回路は、上アーム側主端子電圧検出回路及び下アーム側主端子電圧検出回路と、上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路とを有し、前記上アーム側主端子電圧検出回路及び下アーム側主端子電圧検出回路は、各々、自己の前記上アーム又は前記下アームの主端子電圧値を検出し、前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、前記自己の上アーム側主端子電圧検出回路又は下アーム側主端子電圧検出回路で検出された主端子電圧信号を受け、この主端子電圧信号に基づいて、自己の前記上アーム又は下アームのターンオフ動作及びターンオン動作の終了を検出することとしても良い。【００３２】
前記電力変換回路において、前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、自己の前記上アーム側主端子電圧検出回路又は下アーム側主端子電圧検出回路で検出された主端子電圧信号を受け、この主端子電圧信号の電圧値と所定の基準電圧との比較に基づいて、自己のアームのターンオン動作及びターンオフ動作の終了を判定することとしても良い。【００３３】
前記電力変換回路において、前記信号出力回路は、上アーム側主端子電流検出回路及び下アーム側主端子電流検出回路と、上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路とを有し、前記上アーム側主端子電流検出回路及び下アーム側主端子電流検出回路は、各々、自己の前記上アーム又は前記下アームの主端子電流値を検出し、前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、前記自己の上アーム側主端子電流検出回路又は下アーム側主端子電流検出回路で検出された主端子電流信号に基づいて、自己の前記上アーム又は下アームのターンオフ動作及びターンオン動作の終了を検出することとしても良い。【００３４】
前記電力変換回路において、前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、前記上アーム側主端子電流検出回路又は下アーム側主端子電流検出回路からの主端子電流信号を受け、この主端子電流信号の電流値と所定の基準電圧との比較に基づいて、自己のアームのターンオン動作及びターンオフ動作の終了を判定することとしても良い。【００３５】
前記電力変換回路において、前記信号出力回路は、上アーム側制御端子電圧検出回路及び下アーム側制御端子電圧検出回路と、上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路とを有し、前記上アーム側制御端子電圧検出回路及び下アーム側制御端子電圧検出回路は、各々、自己の前記上アーム又は前記下アームの制御端子の電圧値を検出し、前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、前記自己の上アーム側制御端子電圧検出回路又は下アーム側制御端子電圧検出回路で検出された制御端子電圧信号に基づいて、自己の前記上アーム又は下アームのターンオフ動作及びターンオン動作の終了を検出することとしても良い。【００３６】
前記電力変換回路において、前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、自己のアームの制御端子電圧検出回路で検出された制御端子電圧信号を受け、この制御端子電圧信号の電圧と所定の基準電圧との比較に基づいて、自己のアームのターンオン動作及びターンオフ動作の終了を判定することとしても良い。【００３７】
前記電力変換回路において、前記信号出力回路は、更に、上アーム側主端子電圧変化率検出回路を有し、前記上アーム側主端子電圧変化率検出回路は、自己の前記上アームの主端子電圧の変化率を検出し、前記オフ電圧制御回路は、前記上アーム側主端子電圧変化率検出回路の検出結果を受け、この検出結果に基づいて、前記上アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を変更することとしても良い。【００３８】
前記電力変換回路において、前記オフ電圧制御回路は、前記上アーム側主端子電圧の変化率が大きいほど、前記上アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を、一層低い電圧値に調整することとしても良い。【００３９】
前記電力変換回路において、前記オフ電圧制御回路は、前記上アーム側主端子電圧の変化率が所定変化率よりも小さいときには、前記上アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を前記第１の電圧に維持することとしても良い。【００４０】
前記電力変換回路において、前記信号出力回路は、更に、上アーム側アーム温度検出回路を有し、前記上アーム側アーム温度検出回路は、自己の前記上アームの温度を検出し、前記オフ電圧制御回路は、前記上アーム側アーム温度検出回路の検出結果を受け、この検出結果に基づいて、前記上アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を変更することとしても良い。【００４１】
前記電力変換回路において、前記オフ電圧制御回路は、前記上アーム側アーム温度検出回路で検出した上アームのアーム温度が高いほど、前記上アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧を一層低い電圧値に調整することとしても良い。【００４２】
前記電力変換回路において、前記上アーム及び下アームは、ＭＯＳＦＥＴで構成されることとしても良い。【００４３】
前記電力変換回路において、前記上アーム及び下アームは、炭化ケイ素又は窒化ガリウムを含むワイドバンドギャップ半導体により構成されることとしても良い。【００４４】
以上により、本発明では、自アームのターンオフ動作が終了した時点から他アームのターンオン動作が開始するまでの間において、所定のオフ電圧より低い電圧のアーム駆動信号を出力し、その後は、他アームのターンオン動作が終了後直ぐに、アーム駆動信号の電圧を所定のオフ電圧に戻したので、スイッチング素子より成るアームをオフ動作させるのにその制御端子に印加する所定のオフ電圧よりも低い電圧の印加時間を大幅に短縮して、高ｄｖ／ｄｔ印加による誤動作を抑制できる。その結果、電力変換回路における上下アーム短絡動作を抑制でき、かつスイッチング素子の寿命を大幅に改善した高信頼性な電力変換回路を提供できる。【００４５】
特に、自己のアームのターンオフ動作の終了時点や他のアームのターンオン動作の終了時点を、それ等アームの主端子電圧、主端子電流又は制御端子電圧を直接検出して把握したので、それ等アームのターンオフ動作や他のアームのターンオン動作の各終了時点を正確に検出して、アームのスイッチング素子の制御端子に印加する所定のオフ電圧よりも低い電圧の印加時間を最小限にして、高ｄｖ／ｄｔ印加による誤動作を有効に抑制できる。【００４６】
更に、オン動作中の他アームの主端子電圧の変化率が大きいほど、オフ動作中の自アームはオン動作し易くなって上下アームの短絡の可能性は高くなるものの、自アームの制御端子に印加するオフ電圧は所定のオフ電圧よりも一層低い電圧値に調整されるので、自アームの不要なオン動作がし難くなる。従って、主端子電圧の変化率に応じたオフ電圧を設定して、スイッチング素子の制御端子にかかる負荷を最小限にした上で、高ｄｖ／ｄｔ印加による誤動作を抑制できる。【００４７】
その場合、特に、主端子電圧の変化率が所定変化率よりも小さい場合には、自アームの制御端子に印加するオフ電圧は所定のオフ電圧に維持されるので、スイッチング素子の制御端子にかかる負荷を抑制した上で、高ｄｖ／ｄｔ印加による誤動作を抑制できる。【００４８】
加えて、アーム温度が高くなった場合には、アームのしきい値電圧（アームをオン動作させる基準電圧）が低くなるため、オフ動作中のアームは比較的低いオフ電圧でもターンオンし易くなるが、そのオフ動作中のアームの制御端子に印加するオフ電圧は一層低く制御されるので、その不要なターンオン動作がし難くなって、安定した高ｄｖ／ｄｔ印加による誤動作抑制が実現できる。
【発明の効果】
【００４９】
以上説明したように、本発明の電力変換回路によれば、アームであるスイッチング素子の制御端子に所定のオフ電圧よりも低い電圧を印加する場合にも、その印加する時間を大幅に短縮した上で、高ｄｖ／ｄｔ印加による誤動作を抑制できるので、電力変換回路における上下アーム短絡動作を抑制し、かつスイッチング素子の寿命を大幅に改善した高信頼性な電力変換回路を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は本発明の実施形態１の電力変換回路を説明するためのモータ駆動システムの全体概略構成を示す回路図である。
【図２】図２は同電力変換回路に備えるインバータのレグの内部構成を示す回路図である。
【図３】図３は同レグに備える下アーム側ゲート駆動回路の動作タイミングチャートを示す図である。
【図４】図４は上アームのターンオン動作による下アームの誤動作メカニズムを説明する図である。
【図５】図５は本発明の実施形態２の電力変換回路を説明するためのモータ駆動システムの全体概略構成を示す回路図である。
【図６】図６は同電力変換回路に備えるインバータのレグの内部構成を示す回路図である。
【図７】図７は同レグに備える上アーム側ゲート駆動回路と下アーム側ゲート駆動回路の動作タイミングチャートを示す図である。
【図８】図８は本発明の実施形態３の電力変換回路に備えるインバータのレグの内部構成を示す回路図である。
【図９】図９は本発明の実施形態４の電力変換回路に備えるインバータのレグの内部構成を示す回路図である。
【図１０】図１０は同レグに備える上アーム側ゲート駆動回路と下アーム側ゲート駆動回路の動作タイミングチャートを示す図である。
【図１１】図１１は本発明の実施形態５の電力変換回路に備えるインバータのレグの内部構成を示す回路図である。
【図１２】図１２は同レグに備える上アーム側ゲート駆動回路と下アーム側ゲート駆動回路の動作タイミングチャートを示す図である。
【図１３】図１３は本発明の実施形態６の電力変換回路のインバータのレグに備える上アーム側ゲート駆動回路と下アーム側ゲート駆動回路の動作タイミングチャートを示す図である。
【図１４】図１４は本発明の実施形態７の電力変換回路に備えるインバータのレグの内部構成を示す回路図である。
【図１５】図１５は一般的なスイッチング素子において横軸をスイッチング素子の温度、縦軸をしきい値電圧とした図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
以下、本発明の電力変換回路としてのゲート駆動回路の好ましい実施形態を以下に説明する。
【００５２】
（実施形態１）
図１は、本発明が適用されるインバータの実施形態１を説明するためのモータ駆動システム概略回路図である。ここでは、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いた例を説明する。モータ駆動システムは、バッテリ１、インバータ２、モータ３、制御回路４から構成されている。
【００５３】
バッテリ１は直流電力をインバータ２へ供給し、インバータ２はバッテリ１から供給される直流電力を直流交流変換し、モータ３に交流電力を供給する。モータ３は、インバータ２から供給される交流電力により回転駆動する。このとき、制御回路４は、モータ３が所望の動作をするようにインバータ２を制御する。インバータ２は、出力する交流電力の数と同数のレグ２５ｕ、２５ｖ、２５ｗで構成され、レグ２５ｕ、２５ｖ、２５ｗは、バッテリ１の正負間に直列接続された上アーム（正側に接続）２１ｕ、２１ｖ、２１ｗと下アーム（負側に接続）２２ｕ、２２ｖ、２２ｗと、各上アーム２１ｕ、２１ｖ、２１ｗと、下アーム２２ｕ、２２ｖ、２２ｗに対応した上アーム側ゲート駆動回路２３ｕ、２３ｖ、２３ｗと、下アーム側ゲート駆動回路２４ｕ、２４ｖ、２４ｗで構成される。
【００５４】
図２は、図１におけるレグ２５ｕを、詳細に説明するための回路図である。ここで、下アーム側ゲート駆動回路２４ｕは、信号出力回路としての下アーム側タイマ回路１００ｕ、下アーム側オフ電圧制御回路１０１ｕ、下アーム側アーム駆動回路１０２ｕ、下アーム側ゲート駆動電源１０３ｕ、下アーム側ゲート抵抗１０５ｕとで構成される。
【００５５】
下アーム側ゲート駆動電源１０３ｕは、下アーム側ゲート駆動回路２４ｕが駆動する下アーム２２ｕのソース電位を基準とした１０〜３０Ｖ程度のオン電圧を出力し、また、下アーム側ゲート駆動回路２４ｕが駆動する下アーム２２ｕのソース電位を基準とした０〜−３０Ｖ程度のオフ電圧を出力する。オフ電圧は、スイッチング素子のオン／オフ動作を制御するしきい値電圧及びスイッチング素子のデバイス特性により決定される。一般的に、しきい値電圧が３Ｖ程度のスイッチング素子においては、オフ電圧は、０〜−１５Ｖ程度に設定される。また、スイッチング素子の制御端子に印加する電圧が高くなるほど、スイッチング素子の信頼性が低下するため、一般的には、最大定格電圧を±３０Ｖ程度に規定している。
【００５６】
上アーム側ゲート駆動回路２３ｕ、下アーム側ゲート駆動回路２４ｕには、制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２が入力される。制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２は、制御回路４（ここでは図示しない）から出力される信号であり、かつ、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕのスイッチング動作を制御する信号である。
【００５７】
制御信号Ｖｇ＿ｕ２は、下アーム側ゲート駆動電源１０３ｕに入力され、ゲート駆動電源１０３ｕは、制御信号Ｖｇ＿ｕ２に応じた信号を出力する。次に、下アーム側ゲート駆動電源１０３ｕは、制御信号Ｖｇ＿ｕ２に応じた信号を、下アーム側アーム駆動回路１０２ｕへと出力する。また、下アーム側ゲート駆動電源１０３ｕは、下アーム側アーム駆動回路１０２へ、電力供給もあわせて行う。下アーム側アーム駆動回路１０２ｕは、入力された信号を電力増幅し、出力する。下アーム側アーム駆動回路１０２ｕから出力された信号は、下アーム側ゲート抵抗１０４ｕを経由して、下アーム２２ｕの制御端子に入力される。
【００５８】
次に、下アーム側タイマ回路（信号出力回路）１００ｕ及び下アーム側オフ電圧制御回路１０１ｕの動作について、説明する。下アーム側タイマ回路１００ｕには、制御回路４（ここでは図示しない）から出力された制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２が入力される。下アーム側タイマ回路１００ｕは、制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２のオン／オフ動作により決定されるｔｉｍｅｒ信号（電圧調整信号）を、下アーム側オフ電圧制御回路１０１ｕへと出力する。
【００５９】
下アーム側オフ電圧制御回路１０１ｕは、ｔｉｍｅｒ信号のオン／オフ動作により決定されるＶｇ＿ｏｆｆ信号を、下アーム側ゲート駆動電源１０３ｕへと出力する。そして、下アーム側ゲート駆動電源１０３ｕは、Ｖｇ＿ｏｆｆ信号に応じて、出力するオフ電圧を任意に変化させる。
【００６０】
ここで、上アーム側ゲート駆動回路２３ｕ、２３ｖ、２３ｗ及び下アーム側ゲート駆動回路２４ｕ、２４ｖ、２４ｗは、全て同一の回路構成でも良い。
【００６１】
次に、下アーム側ゲート駆動回路２４ｕの回路動作を説明する。図３は、回路動作を説明するための下アーム側ゲート駆動回路２４ｕのタイミングチャート図である。
【００６２】
図３において、Ｖｇ＿ｕ１及びＶｇ＿ｕ２は、制御回路４から上アーム側ゲート駆動回路２３ｕと下アーム側ゲート駆動回路２４ｕに入力される制御信号である。ｔｉｍｅｒ信号（電圧調整信号）は、制御信号Ｖｇ＿ｕ２の立下り時間ｔ１と制御信号Ｖｇ＿ｕ１の立上り時間ｔ３の間で立ち上がり、その後、前記制御信号Ｖｇ＿ｕ１の立上り時間ｔ３から所定時間（タイマー時間）Ｔｓだけ経過した時点で立ち下がる。この所定時間Ｔｓは、制御信号Ｖｇ＿ｕ１の立上りによって上アーム２１ｕが実際にターンオン動作を遂行し終えたターンオン動作終了時までの時間、又はこのターンオン動作終了時から若干長い時間に予め設定される。信号Ｖｇ＿ｏｆｆは、ｔｉｍｅｒ信号とほぼ同期して動作する。このような動作をすることにより、主に高速スイッチング動作において、上アーム２１ｕのターンオン動作時に、下アーム２２ｕの寄生容量が急速に充電されることで引き起こされる下アーム２２ｕの誤動作を抑制することができる。
【００６３】
尚、所定時間Ｔｓの期間は、制御信号Ｖｇ＿ｕ２の立下り時間ｔ１と制御信号Ｖｇ＿ｕ１の立上り時間ｔ３の期間の３倍以下であることが望ましい。そのように設定することにより、前記のような誤動作を抑制し、かつ、オフ電圧を可変する期間を極力短くできるので、スイッチング素子の信頼性向上が図れる。
【００６４】
本実施形態では、信号Ｖｇ＿ｏｆｆの立上り時間ｔ２を、制御信号の立下り時間ｔ１の後でかつ制御信号Ｖｇ＿ｕ１の立上り時間ｔ３より前に設定することにより、下アーム２２ｕのスイッチング動作を所望の速度に維持した状態で、かつ、確実に上述した誤動作を抑制することができる。更に、Ｖｇ＿ｏｆｆの立下り時間ｔ４を、制御信号Ｖｇ＿ｕ１の立上り時間ｔ３から所定時間Ｔｓ経過した後に設定する。ここで、タイマ回路１００ｕにより設定される所定時間Ｔｓは、制御信号Ｖｇ＿ｕ１の立上り時間ｔ３から上アーム２１ｕのターンオン動作が終了した後に設定することが望ましい。そうすることにより、上アーム２１ｕのスイッチング動作による上述した誤動作を抑制した高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。更に、下アーム２２ｕをオフに維持するゲート電圧よりも低い電圧を印加する時間を大幅に短縮できるため、下アーム２２ｕのデバイス寿命を長くすることが可能になる。
【００６５】
以上、下アーム２２ｕがオフ動作した後に上アーム２１ｕがオン動作する場合を説明したが、逆に、上アーム２１ｕがオフ動作した後に下アーム２２ｕがオン動作する場合の動作は、既述の動作と反対の動作であり、容易に推測できるので、その詳細な説明は省略する。
【００６６】
尚、本実施形態１では、図２において下アーム側ゲート駆動回路２４ｕの内部構成のみを示したが、この内部構成を上アーム側ゲート駆動回路２３ｕについて設けても良いし、下アーム側ゲート駆動回路２４ｕ及び上アーム側ゲート駆動回路２３ｕの双方に設けても良い。
【００６７】
また、本実施形態１では、一方のアームがターンオン動作する際に、上下アームの他方のアームのみ、所定のオフ電圧より低い電圧を印加するように制御したが、その他、例えば、上アームのターンオン動作時には、これと同一のレグに属する下アームだけでなく、他のレグに属する下アームの全てを同じタイミングで、所定のオフ電圧よりも低い電圧を印加するように制御しても良い。このようにすれば、インバータ回路において、他相のスイッチング動作の影響を抑制でき、高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。更に、オフに維持するゲート電圧よりも低い電圧を印加する時間を大幅に短縮できるため、デバイス寿命を長くすることが可能になる。
【００６８】
更に、他のレグのに属する下アームの全てを所定のオフ電圧よりも低い電圧を印加するように制御する場合には、それ等の下アーム別にオフ電圧を調整しても良い。このようにすれば、各レグの下アームを別種類のデバイスで構成する場合に、各レグの下アームを構成するデバイスの種類毎に、最適なオフ電圧を印加することが可能となり、高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。更に、オフに維持するゲート電圧よりも低い電圧を印加する時間を大幅に短縮できるので、アームのデバイス寿命を長くすることが可能になる。
【００６９】
加えて、所定時間Ｔｓは、アームを構成するデバイスに印加される電圧及び電流に応じて、任意に可変しても良い。このようにすれば、異なる電圧及び電流でのスイッチング動作の影響を抑制でき、より正確にターンオン動作又はターンオフ動作の終了を検出できる。よって、高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。
【００７０】
また、所定のオフ電圧より低い電圧は、デバイスに印加される電圧及び電流に応じて、任意に可変しても良い。このようにすれば、異なる電圧及び電流でのスイッチング動作の影響を抑制でき、より確実に誤動作を抑制できる。よって、高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。
【００７１】
（実施形態２）
図５は、本発明が適用されるインバータの実施形態２を説明するためのモータ駆動システム外略図である。図１に対して、レグ２５ｕ、２５ｖ、２５ｗをレグ２５０ｕ、２５０ｖ、２５０ｗに置き換えていることのみが異なり、それ以外は、同様の構成である。
【００７２】
図６は、図５におけるレグ２５０ｕを、詳細に説明するための回路図である。ここで、レグ２５０ｕは、上アーム２１ｕ及び下アーム２２ｕと、各々に対応した上アーム側ゲート駆動回路２００ｕ及び下アーム側ゲート駆動回路３００ｕで構成されている。
【００７３】
また、上アーム側ゲート駆動回路２００ｕは、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、上アーム側第１の判定回路２０３ｕ、上アーム側ゲート抵抗２０４ｕ、上アーム側アーム駆動回路２０５ｕ、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕ、上アーム側主端子電圧検出回路２０７ｕにより構成され、下アーム側ゲート駆動回路３００ｕは、下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕ、下アーム側第１の判定回路３０３ｕ、下アーム側ゲート抵抗３０４ｕ、下アーム側アーム駆動回路３０５ｕ、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕ、下アーム側主端子電圧検出回路３０７ｕにより構成される。前記上アーム側主端子電圧検出回路２０７ｕと上アーム側第１の判定回路２０３ｕと下アーム側主端子電圧検出回路３０７ｕと下アーム側第１の判定回路３０３ｕとにより、上アーム及び下アームのターンオフ動作の終了に応じた電圧調整信号をするための信号出力回路を構成する。
【００７４】
上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕは、上アーム側ゲート駆動回路２００ｕ、下アーム側ゲート駆動回路３００ｕが駆動する上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕの各々のソース電位を基準とした１０〜３０Ｖ程度のオン電圧を出力し、また、上アーム側ゲート駆動回路２００ｕ、下アーム側ゲート駆動回路３００ｕが駆動する上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕの各々のソース電位を基準とした０〜−３０Ｖ程度のオフ電圧を出力する。
【００７５】
上アーム側ゲート駆動回路２００ｕ、下アーム側ゲート駆動回路３００ｕには、制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２が入力される。制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２は、制御回路４（ここでは図示しない）から出力される信号であり、かつ、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕのスイッチング動作を制御する信号である。
【００７６】
制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２は、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕに入力され、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動電源は、各々、制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２に応じた信号を出力する。次に、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕは、制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２に応じた信号を、上アーム側アーム駆動回路２０５ｕ、下アーム側アーム駆動回路３０５ｕへと出力する。また、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側アーム駆動回路３０５ｕは、上アーム側アーム駆動回路２０５ｕ、下アーム側アーム駆動回路３０５ｕへ、電力供給もあわせて行う。上アーム側アーム駆動回路２０５ｕ、下アーム側アーム駆動回路は、入力された信号を電力増幅し、出力する。上アーム側アーム駆動回路２０５ｕ、下アーム側アーム駆動回路３０５ｕから出力された信号は、上アーム側ゲート抵抗２０４ｕ、下アーム側ゲート抵抗３０４ｕを経由して、各々、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕの制御端子に入力される。
【００７７】
次に、上アーム側第１の判定回路２０３ｕ、上アーム側主端子電圧検出回路２０７ｕの動作について、説明する。上アーム側第１の判定回路２０３ｕには、制御回路４（ここでは図示しない）から出力された制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２が入力され、更に、上アーム側主端子電圧検出回路２０７ｕから出力された信号も入力される。ここで、上アーム側主端子電圧検出回路２０７ｕは、上アーム２１ｕの主端子電圧Ｖｄｓ＿ｕ１の電圧値を検出し、検出値を上アーム側第１の判定回路２０３ｕへと出力する。次に、上アーム側第１の判定回路２０３ｕは、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕへと電圧調整信号を出力する。
【００７８】
ここで、上アーム側第１の判定回路２０３ｕが出力する電圧調整信号は、制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２のオン／オフ動作により立上がりタイミングを決定し、更に、入力される上アーム２１ｕの電圧値に応じて、立下りタイミングを決定する。そして、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕは、上アーム側第１判定回路２０３ｕから出力される信号に応じて、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕへとＶｇｏｆｆ（ｕ１）を出力する。
【００７９】
上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕから出力される信号のオン／オフ動作により決定されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）信号を、下アーム側ゲート駆動電源１０３ｕへと出力する。そして、下アーム側ゲート駆動電源１０３ｕは、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）信号に応じて、出力するオフ電圧を任意に変化させる
ここで、下アーム側第１の判定回路３０３ｕ、下アーム側主端子電圧検出回路３０７ｕの動作については、上アーム側第１の判定回路２０３ｕ、上アーム側主端子電圧検出回路２０７ｕの動作と同様であるため、省略する。
【００８０】
また、上アーム側ゲート駆動回路２３ｕ、２３ｖ、２３ｗ及び下アーム側ゲート駆動回路２４ｕ、２４ｖ、２４ｗは、全て同一の回路構成でも良い。
【００８１】
次に、上アーム側ゲート駆動回路２００ｕ及び下アーム側ゲート駆動回路３００ｕの回路動作を説明する。図７は、回路動作を説明するための上アーム側ゲート駆動回路２００ｕと下アーム側ゲート駆動回路３００ｕのタイミングチャートである。
【００８２】
図７のＶｇ＿ｕ１及びＶｇ＿ｕ２は、制御回路４から上アーム側ゲート駆動回路２３ｕと下アーム側ゲート駆動回路２４ｕに入力される制御信号である。Ｖｄｓ＿ｕ１、Ｖｄｓ＿ｕ２及びＩｄｓ＿ｕ１、Ｉｄｓ＿ｕ２は、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕ各々の主端子間における主端子電圧と主端子電流である。Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）及びＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）は、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕ、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕの出力信号である。
【００８３】
ここで、一般的にスイッチング素子の動作については、以下のようなことがいえる。即ち、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕ各々の主端子電圧Ｖｄｓ＿ｕ１、Ｖｄｓ＿ｕ２を検出し、基準値と比較することにより、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕのスイッチング動作状態を把握できる。すなわち、ターンオン動作及びターンオフ動作の終了時点を正確にかつ速やかに検出することが可能となる。
【００８４】
同様に、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕ各々の主端子電流Ｉｄｓ＿ｕ１、Ｉｄｓ＿ｕ２を検出し、基準値と比較することにより、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕのスイッチング動作状態を把握できる。すなわち、ターンオン動作及びターンオフ動作の終了時点を正確にかつ速やかに検出することが可能となる。
【００８５】
同様に、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕ各々の制御端子電圧Ｖｇｓ＿ｕ１、Ｖｇｓ＿ｕ２を検出し、基準値と比較することにより、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕのスイッチング動作状態を把握できる。すなわち、ターンオン動作及びターンオフ動作の終了時点を、正確にかつ速やかに検出することが可能となる。
【００８６】
前記のことを踏まえて、本実施形態について、具体的な動作を以下に説明する。先ず、制御信号Ｖｇ＿ｕ１がオフ状態でかつ制御信号Ｖｇ＿ｕ２がオン状態である場合から、制御信号Ｖｇ＿ｕ２がオフ状態に変化する（図中のｔ１時点）。すると、前記Ｖｇ＿ｕ２はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ２から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｄｓ＿ｕ２の電圧値が立上り始め、それに同期してＩｄｓ＿ｕ２の電流値は立下り始める。
【００８７】
そして、スイッチング動作が進み、最終的にはＶｄｓ＿ｕ２はバッテリ１の電圧値にほぼ等しくなり、Ｉｄｓ＿ｕ２はほぼ０になる（図中のｔ１‘時点）。このような状態になると、ターンオフ動作が終了したことになる。Ｖｄｓ＿ｕ２の電圧値は、下アーム側主端子電圧検出回路３０７ｕにより検出され、下アーム側第１の判定回路３０３ｕ内で所定値を超えたか否かを判定し、超えた場合には、下アーム側第１の判定回路３０３ｕから下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。次に、判定信号に応じて、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕから下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号がオン状態となる（図中のｔ２時点）。ここで、ｔ２時点は、ｔ１‘時点以降であれば良く、ほぼ同タイミングでも良い。そして、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号を入力された下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕは、出力電圧を、高ｄｖ／ｄｔによる電圧変動の影響がない電圧まで低くする。
【００８８】
次に、Ｖｇ＿ｕ１がオン状態に変化する（図中のｔ３時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ１はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ１から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｄｓ＿ｕ１の電圧値が立下り始め、それに同期してＩｄｓ＿ｕ１の電流値は立上り始める。そして、スイッチング動作が進み、最終的にはＶｄｓ＿ｕ１はバッテリ１の電圧値にほぼ等しくなり、Ｉｄｓ＿ｕ１はほぼ０になる（図中のｔ３‘時点）。このような状態になると、ターンオン動作が終了したことになる。
【００８９】
ここで、Ｖｄｓ＿ｕ１の電圧値は、上アーム側主端子電圧検出回路２０７ｕにより検出され、上アーム側第１の判定回路２０３ｕ内で第１Ａの基準値を下回ったか否かを判定し、下回った場合には上アーム側第１の判定回路２０３ｕから上アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。次に、判定信号に応じて、上アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕから上アーム側ゲート駆動電源３０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号がオフ状態となる。
【００９０】
上アーム側第１の判定回路２０３ｕの内部において、判定に使用する第１Ａの基準値に関しては、上アームのオフ時に印加されるバッテリ１の電圧値の１０％以下が望ましい。このように設定することにより、上アームのターンオン動作終了時を正確に検出できるので、スイッチング素子の信頼性向上が図れる。
【００９１】
その後、Ｖｇ＿ｕ１がオン状態でかつＶｇ＿ｕ２がオフ状態である場合がしばらく経過した後、Ｖｇ＿ｕ１がオフ状態に変化する（図中のｔ４時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ１はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ１から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｄｓ＿ｕ１の電圧値が立上り始め、それに同期してＩｄｓ＿ｕ１の電流値は立下り始める。そしてスイッチング動作が進み、最終的にはＶｄｓ＿ｕ１はバッテリ１の電圧値にほぼ等しくなり、Ｉｄｓ＿ｕ１はほぼ０になる（図中のｔ４‘時点）。
【００９２】
このような状態になると、ターンオフ動作が終了したことになる。Ｖｄｓ＿ｕ１の電圧値は、上アーム側主端子電圧検出回路２０７ｕにより検出され、上アーム側第１の判定回路２０３ｕ内で所定値を超えたか否かを判定し、超えた場合には、上アーム側第１の判定回路２０３ｕから上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。次に、判定信号に応じて、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕから上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）信号がオン状態となる（図中のｔ５時点）。ここで、ｔ５時点は、ｔ４‘時点以降であれば良く、ほぼ同タイミングでも良い。そして、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）信号を入力された上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕは、出力電圧を、高ｄｖ／ｄｔによる電圧変動の影響がない電圧まで低くする。
【００９３】
次に、Ｖｇ＿ｕ２がオン状態に変化する（図中のｔ６時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ２はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ２から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｄｓ＿ｕ２の電圧値が立下り始め、それに同期してＩｄｓ＿ｕ２の電流値は立上り始める。そしてスイッチング動作が進み、最終的にはＶｄｓ＿ｕ２はバッテリ１の電圧値にほぼ等しくなり、Ｉｄｓ＿ｕ２はほぼ０になる（図中のｔ６‘時点）。このような状態になると、ターンオン動作が終了したことになる。
【００９４】
ここで、Ｖｄｓ＿ｕ２の電圧値は、下アーム側主端子電圧検出回路３０７ｕにより検出され、下アーム側第１の判定回路３０３ｕ内で第１Ｂの基準値を下回ったか否かを判定し、下回った場合には、下アーム側第１の判定回路３０３ｕから下アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。次に、判定信号に応じて、下アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕから下アーム側ゲート駆動電源２０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）信号がオフ状態となる。
【００９５】
下アーム側第１の判定回路３０３ｕの内部において、判定に使用する第１Ｂの基準値に関しては、下アームのオフ時に印加されるバッテリ１の電圧値の１０％以下が望ましい。このように設定することにより、下アームのターンオン動作終了時を正確に検出できるので、スイッチング素子の信頼性向上が図れる。
【００９６】
ゆえに、高ｄｖ／ｄｔを発生させる高周波スイッチング動作などによる上下アーム短絡動作を抑制した高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。更に、アームをオフ状態に維持するゲート電圧よりも低い電圧を印加する時間を大幅に短縮できるため、デバイス寿命を長くすることが可能になる。
【００９７】
（実施形態３）
次に、本発明の別の実施形態について、図８を用いて説明する。
【００９８】
図８は、図５におけるレグ２５０ｕを、詳細に説明するための回路図である。図６と異なる点は、上アーム側主端子電圧検出回路２０７ｕ、下アーム側主端子電圧検出回路３０７ｕを、上アーム側主端子電流検出回路２１７ｕ、下アーム側主端子電流検出回路３１７ｕに置き換え、更に、上アーム側第１の判定回路２０３ｕ、下アーム側第１の判定回路３０３ｕを、上アーム側第２の判定回路２１３ｕ、下アーム側第２の判定回路３１３ｕに置き換えた点である。それ以外の構成は、図６と同じであるので、説明を省略する。
【００９９】
上アーム側主端子電流検出回路２１７ｕ、下アーム側主端子電流検出回路３１７ｕは、上アーム側ゲート駆動回路２００ｕ、下アーム側ゲート駆動回路３００ｕが各々対応したアームの主端子間電流を検出し、検出した値に応じた信号を上アーム側第２の判定回路２１３ｕ、下アーム側第２の判定回路３１３ｕへと出力する。上アーム側第２の判定回路２１３ｕ、下アーム側第２の判定回路３１３ｕは、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕをスイッチング動作を制御する制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２と、上アーム側主端子電流検出回路２１３ｕ、下アーム側主端子電流検出回路３１３ｕの出力信号に応じて、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕ、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕへと信号を出力する。上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕ、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕは、上アーム側第２の判定回路２１３ｕ、下アーム側第２の判定回路３１３ｕの出力信号に応じて、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕへとＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）を出力し、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕの出力電圧は任意の値に変化する。上アーム側アーム駆動回路２０５ｕ、下アーム側アーム駆動回路３０５ｕは、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕから電力を供給され、上アーム側ゲート抵抗２０４ｕ、下アーム側ゲート抵抗３０４ｕを介して、上アーム２１ｕ、下２２ｕをスイッチング動作するように、制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２に応じた信号を出力する。
【０１００】
上アーム側ゲート駆動回路２３ｕ、２３ｖ、２３ｗ及び下アーム側ゲート駆動回路２４ｕ、２４ｖ、２４ｗは、同一の回路構成が望ましい。
【０１０１】
次に、上アーム側ゲート駆動回路２００ｕと下アーム側ゲート駆動回路３００ｕの回路動作を説明する。図７は、回路動作を説明するための上アーム側ゲート駆動回路２００ｕと下アーム側ゲート駆動回路３００ｕのタイミングチャートである。
【０１０２】
図７において、Ｖｇ＿ｕ１とＶｇ＿ｕ２は、制御回路４から上アーム側ゲート駆動回路２３ｕと下アーム側ゲート駆動回路２４ｕに入力される制御信号である。Ｖｄｓ＿ｕ１及びＶｄｓ＿ｕ２、Ｉｄｓ＿ｕ１及びＩｄｓ＿ｕ２は、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕ各々の主端子間における主端子電圧と主端子電流である。Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）は、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕ、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕの出力信号である。
【０１０３】
次に、本実施形態について、具体的な動作を以下に説明する。
【０１０４】
先ず、Ｖｇ＿ｕ１がオフ状態でかつＶｇ＿ｕ２がオン状態である場合から、Ｖｇ＿ｕ２がオフ状態に変化する（図中のｔ１時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ２はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ２から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｄｓ＿ｕ２の電圧値が立上り始め、それに同期してＩｄｓ＿ｕ２の電流値は立下り始める。そして、スイッチング動作が進み、最終的にはＶｄｓ＿ｕ２はバッテリ１の電圧値にほぼ等しくなり、Ｉｄｓ＿ｕ２はほぼ０になる（図中のｔ１‘時点）。このような状態になると、ターンオフ動作が終了したことになる。Ｉｄｓ＿ｕ２の電流値は、下アーム側主端子電流検出回路３１７ｕにより検出され、下アーム側第２の判定回路３１３ｕ内で所定値を下回ったか否かを判定し、下回った場合には下アーム側第２の判定回路３１３ｕから下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。次に、判定信号に応じて、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕから下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号がオン状態となる（図中のｔ２時点）。ここで、ｔ２時点は、ｔ１‘時点以降であれば良く、ほぼ同タイミングでも良い。そして、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号を入力された下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕは、出力電圧を高ｄｖ／ｄｔによる電圧変動の影響がない電圧まで低くする。
【０１０５】
次に、Ｖｇ＿ｕ１がオン状態に変化する（図中のｔ３時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ１はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ１から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｄｓ＿ｕ１の電圧値が立下り始め、それに同期してＩｄｓ＿ｕ１の電流値は立上り始める。そしてスイッチング動作が進み、最終的にはＶｄｓ＿ｕ１はバッテリ１の電圧値にほぼ等しくなり、Ｉｄｓ＿ｕ１はほぼ０になる（図中のｔ３‘時点）。このような状態になると、ターンオン動作が終了したことになる。
【０１０６】
ここで、Ｉｄｓ＿ｕ１の電流値は、上アーム側主端子電流検出回路２１７ｕにより検出され、上アーム側第２の判定回路２１３ｕ内で第２Ａの基準値を超えたか否かを判定し、超えた場合には上アーム側第２の判定回路２１３ｕから下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。
【０１０７】
上アーム側第２の判定回路２１３ｕの内部において、判定に使用する第２Ａの基準値に関しては、上アームがオフ時に印加される最大電流値の９０％以上が望ましい。このように設定することにより、上アームのターンオン動作終了時を正確に検出できるので、スイッチング素子の信頼性向上が図れる。
【０１０８】
次に、判定信号に応じて、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕから下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号がオフ状態となる。次に、Ｖｇ＿ｕ１がオン状態でかつＶｇ＿ｕ２がオフ状態である場合がしばらく経過した後、Ｖｇ＿ｕ１がオフ状態に変化する（図中のｔ４時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ１はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ１から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｄｓ＿ｕ１の電圧値が立上り始め、それに同期してＩｄｓ＿ｕ１の電流値は立下り始める。そして、スイッチング動作が進み、最終的にはＶｄｓ＿ｕ１はバッテリ１の電圧値にほぼ等しくなり、Ｉｄｓ＿ｕ１はほぼ０になる（図中のｔ４‘時点）。このような状態になると、ターンオフ動作が終了したことになる。Ｉｄｓ＿ｕ１の電流値は、上アーム側主端子電流検出回路２１７ｕにより検出され、上アーム側第２の判定回路２１３ｕ内で第２Ｂの基準値を下回ったか否かを判定し、下回った場合には、上アーム側第２の判定回路２１３ｕから上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。
【０１０９】
上アーム側第２の判定回路２１３ｕの内部において、判定に使用する第２Ｂの基準値に関しては、上アームがオン時に印加される最大電流値の１０％以上が望ましい。このように設定することにより、上アームのターンオフ動作終了時を正確に検出できるので、スイッチング素子の信頼性向上が図れる。
【０１１０】
次に、判定信号に応じて、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕから上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）信号がオン状態となる（図中のｔ５時点）。ここで、ｔ５時点は、ｔ４‘時点以降であれば良く、ほぼ同タイミングでも良い。そして、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）信号を入力された上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕは、出力電圧を高ｄｖ／ｄｔによる電圧変動の影響がない電圧まで低くする。次に、Ｖｇ＿ｕ２がオン状態に変化する（図中のｔ６時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ２はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ２から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｄｓ＿ｕ２の電圧値が立下り始め、それに同期してＩｄｓ＿ｕ２の電流値は立上り始める。そして、スイッチング動作が進み、最終的にはＶｄｓ＿ｕ２はバッテリ１の電圧値にほぼ等しくなり、Ｉｄｓ＿ｕ２はほぼ０になる（図中のｔ６‘時点）。このような状態になると、ターンオン動作が終了したことになる。
【０１１１】
ここで、Ｉｄｓ＿ｕ２の電流値は、下アーム側主端子電流検出回路３１７ｕにより検出され、下アーム側第２の判定回路３１３ｕ内で所定値を超えたか否かを判定し、超えた場合には下アーム側第２の判定回路３１３ｕからオフ電圧制御回路２０６ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。次に、判定信号に応じて、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕから上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）信号がオフ状態となる。
【０１１２】
ゆえに、高ｄｖ／ｄｔを発生させる高周波スイッチング動作などによる上下アーム短絡動作を抑制した高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。更に、アームをオフ状態に維持するゲート電圧よりも低い電圧を印加する時間を大幅に短縮できるので、デバイス寿命を長くすることが可能になる。
【０１１３】
（実施形態４）
次に、本発明の別の実施形態について、図９を用いて説明する。
【０１１４】
図９は、図５におけるレグ２５０ｕを詳細に説明するための回路図である。
【０１１５】
図６と異なる点は、上アーム側主端子電圧検出回路２０７ｕ、下アーム側主端子電圧検出回路３０７ｕを、上アーム側制御端子電圧検出回路２２７ｕ、下アーム側３２７ｕに置き換え、更に、上アーム側第１の判定回路２０３ｕ、下アーム側第１の判定回路３０３ｕを、上アーム側第３の判定回路２２３ｕ、下アーム側第３の判定回路３２３ｕに置き換えた点である。それ以外の構成は、図６と同じであるので、説明を省略する。
【０１１６】
上アーム側制御端子電圧検出回路２２７ｕ及び下アーム側制御端子電圧検出回路３２７ｕは、上アーム側ゲート駆動回路２００ｕ、下アーム側ゲート駆動回路３００ｕが各々対応したアームの制御端子間電圧（ゲート−ソース間電圧Ｖｇｓ）を検出し、検出した値に応じた信号を上アーム側第３の判定回路２２３ｕ、下アーム側第３の判定回路３２３ｕへと出力する。上アーム側第３の判定回路２２３ｕ、下アーム側第３の判定回路３２３ｕは、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕのスイッチング動作を制御する制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２と、上アーム側制御端子電圧検出回路２２３ｕ、下アーム側制御端子電圧検出回路３２３ｕの出力信号とに応じて、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕ、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕへと信号を出力する。上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕ、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕは、上アーム側第３の判定回路２２３ｕ、下アーム側第３の判定回路３２３ｕの出力信号に応じて、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕへとＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）を出力し、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕの出力電圧は任意の値に変化する。上アーム側アーム駆動回路２０５ｕ、下アーム側アーム駆動回路３０５ｕは、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕから電力を供給され、上アーム側ゲート抵抗２０４ｕ、下アーム側３０４ｕを介して、上アーム２１ｕ、下２２ｕをスイッチング動作するように、制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２に応じた信号を出力する。
【０１１７】
上アーム側ゲート駆動回路２３ｕ、２３ｖ、２３ｗ及び下アーム側ゲート駆動回路２４ｕ、２４ｖ、２４ｗは、同一の回路構成が望ましい。
【０１１８】
次に、上アーム側ゲート駆動回路２００ｕと下アーム側ゲート駆動回路３００ｕの回路動作を説明する。図１０は、回路動作を説明するための上アーム側ゲート駆動回路２００ｕ及び下アーム側ゲート駆動回路３００ｕの動作タイミングチャートである。
【０１１９】
図１０において、Ｖｇ＿ｕ１とＶｇ＿ｕ２は、制御回路４から上アーム側ゲート駆動回路２３ｕと下アーム側ゲート駆動回路２４ｕに入力される制御信号である。Ｖｇｓ＿ｕ１とＶｇｓ＿ｕ２、Ｉｄｓ＿ｕ１とＩｄｓ＿ｕ２は、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕ各々の制御端子電圧と主端子電流である。
【０１２０】
Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）は、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕ、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕの出力信号である。
【０１２１】
続いて、本実施形態について、具体的な動作を以下に説明する。
【０１２２】
先ず、Ｖｇ＿ｕ１がオフ状態でかつＶｇ＿ｕ２がオン状態である場合から、Ｖｇ＿ｕ２がオフ状態に変化する（図中のｔ１時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ２はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ２から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｇｓ＿ｕ２の電圧値が立上り始め、それに同期してＩｄｓ＿ｕ２の電流値は立下り始める。そしてスイッチング動作が進み、最終的にはＶｇｓ＿ｕ２はオン用電源３０１ｕの電圧値にほぼ等しくなり、Ｉｄｓ＿ｕ２はほぼ０になる（図中のｔ１‘時点）。このような状態になると、ターンオフ動作が終了したことになる。Ｖｇｓ＿ｕ２の電圧値は、下アーム側制御端子電圧検出回路３２７ｕにより検出され、下アーム側第３の判定回路３２３ｕ内で所定値を超えたか否かを判定し、超えた場合には、下アーム側第３の判定回路３２３ｕから下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。次に、判定信号に応じて、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕから下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号がオン状態となる（図中のｔ２時点）。ここで、ｔ２時点は、ｔ１‘時点以降であれば良く、ほぼ同タイミングでも良い。そして、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号を入力された下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕは、出力電圧を高ｄｖ／ｄｔによる電圧変動の影響がない電圧まで低くする。
【０１２３】
次に、Ｖｇ＿ｕ１がオン状態に変化する（図中のｔ３時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ１はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ１から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｇｓ＿ｕ１の電圧値が立下り始め、それに同期してＩｄｓ＿ｕ１の電流値は立上り始める。そして、スイッチング動作が進み、最終的にはＶｇｓ＿ｕ１はオン用電源２０１ｕの電圧値にほぼ等しくなり、Ｉｄｓ＿ｕ１はほぼ０になる（図中のｔ３‘時点）。このような状態になると、ターンオン動作が終了したことになる。
【０１２４】
ここで、Ｖｇｓ＿ｕ１の電圧値は、上アーム側制御端子電圧検出回路２２７ｕにより検出され、上アーム側第３の判定回路２２３ｕ内で所定値を下回ったか否かを判定し、下回った場合には、上アーム側第３の判定回路２２３ｕから下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。
【０１２５】
次に、判定信号に応じて、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕから下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号がオフ状態となる。
【０１２６】
次に、Ｖｇ＿ｕ１がオン状態でかつＶｇ＿ｕ２がオフ状態である場合がしばらく経過した後、Ｖｇ＿ｕ１がオフ状態に変化する（図中のｔ４時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ１はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ１から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｇｓ＿ｕ１の電圧値が立上り始め、それに同期してＩｄｓ＿ｕ１の電流値は立下り始める。そして、スイッチング動作が進み、最終的にはＶｇｓ＿ｕ１は上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕの電圧値にほぼ等しくなり、Ｉｄｓ＿ｕ１はほぼ０になる（図中のｔ４‘時点）。このような状態になると、ターンオフ動作が終了したことになる。Ｖｇｓ＿ｕ１の電圧値は、上アーム側制御端子電圧検出回路２２７ｕにより検出され、上アーム側第３の判定回路２２３ｕ内で第３Ａの基準値を超えたか否かを判定し、超えた場合には、上アーム側第３の判定回路２２３ｕから上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。
【０１２７】
上アーム側第３の判定回路２２３ｕの内部において、判定に使用する第３Ａの基準値に関しては、上アームがターンオン動作時に印加される制御端子の電圧値の９０％以上が望ましい。このように設定することにより、上アームのターンオフ動作終了時を正確に検出できるので、スイッチング素子の信頼性向上が図れる。更に、第３Ａの基準値は、制御端子に接続されるゲート抵抗値に応じて設定することが望ましい。一般的に、ゲート抵抗値が大きいほど、スイッチング素子のターンオン又はオフ動作するタイミングは、制御端子のオン又はオフするタイミングに対し、遅延する。よって、制御端子に接続されるゲート抵抗値が大きいほど、第３Ａの基準値をバッテリ１の電圧値に対し高い比率に設定することが望ましい。そのようにすることにより、スイッチング素子の信頼性の向上が図れる。
【０１２８】
次に、判定信号に応じて、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕから上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）信号がオン状態となる（図中のｔ５時点）。ここで、ｔ５時点は、ｔ４‘時点以降であれば良く、ほぼ同タイミングでも良い。そして、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）信号を入力された上アーム側オフ用電源２０２ｕは、出力電圧を高ｄｖ／ｄｔによる電圧変動の影響がない電圧まで低くする。
【０１２９】
次に、Ｖｇ＿ｕ２がオン状態に変化する（図中のｔ６時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ２はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ２から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｇｓ＿ｕ２の電圧値が立下り始め、それに同期してＩｄｓ＿ｕ２の電流値は立上り始める。そして、スイッチング動作が進み、最終的にはＶｇｓ＿ｕ２は下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕの電圧値にほぼ等しくなり、Ｉｄｓ＿ｕ２はほぼ０になる（図中のｔ６‘時点）。このような状態になると、ターンオン動作が終了したことになる。
【０１３０】
ここで、Ｖｇｓ＿ｕ２の電圧値は、下アーム側制御端子電圧検出回路３２７ｕにより検出され、下アーム側第３の判定回路３２３ｕ内で第３Ｂの基準値を下回ったか否かを判定し、下回った場合には、下アーム側第３の判定回路３２３ｕから上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。
【０１３１】
上アーム側第３の判定回路３２３ｕの内部において、判定に使用する第３Ｂの基準値に関しては、上アームがターンオフ動作時に印加される制御端子の電圧値の１０％以上が望ましい。このように設定することにより、上アームのターンオフ動作終了時を正確に検出できるので、スイッチング素子の信頼性向上が図れる。更に、第３Ｂの基準値は、制御端子に接続されるゲート抵抗値に応じて設定することが望ましい。一般的に、ゲート抵抗値が大きいほど、スイッチング素子のターンオン又はオフ動作するタイミングは、制御端子のオン又はオフするタイミングに対し、遅延する。よって、制御端子に接続されるゲート抵抗値が大きいほど、第３Ｂの基準値をバッテリ１の電圧値に対し高い比率に設定することが望ましい。そのようにすることにより、スイッチング素子の信頼性の向上が図れる。
【０１３２】
次に、判定信号に応じて、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕから上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）信号がオフ状態となる。
【０１３３】
ゆえに、高ｄｖ／ｄｔを発生させる高周波スイッチング動作などによる上下アーム短絡動作を抑制した高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。更に、アームをオフ状態に維持するゲート電圧よりも低い電圧を印加する時間を大幅に短縮できるので、デバイス寿命を長くすることが可能になる。
【０１３４】
（実施形態５）
次に、本発明の別の実施形態について、図１１を用いて説明する。
【０１３５】
図１１は、図５におけるレグ２５０ｕを、詳細に説明するための回路図である。図６と異なる点は、上アーム側主端子電圧変化率検出回路２０８ｕ、下アーム側主端子電圧変化率検出回路３０８ｕを追加した点と、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕ、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕを、上アーム側第１のオフ電圧調整回路２０９ｕ、下アーム側第１のオフ電圧調整回路３０９ｕに置き換えた点である。それ以外の構成は、図６と同じであるので、説明を省略する。請求項における「オフ電圧制御回路」は、本実施形態５においては、上アーム側第１のオフ電圧調整回路２０９ｕと、下アーム側第１のオフ電圧調整回路３０９ｕに対応する。
【０１３６】
上アーム側主端子電圧変化率検出回路２０８ｕ、下アーム側主端子電圧変化率検出回路３０８ｕは、上アーム側主端子電圧検出回路２０７ｕ、下アーム側主端子電圧検出回路３０７ｕで検出される主端子電圧の時間変化率（いわゆる、ｄｖ／ｄｔ）を検出する。
【０１３７】
また、上アーム側第１のオフ電圧調整回路２０９ｕ、下アーム側第１のオフ電圧調整回路３０９ｕは、上アーム側第１の判定回路２０３ｕ、下アーム側第１の判定回路３０３ｕと、上アーム側主端子電圧変化率検出回路２０８ｕ、下アーム側主端子電圧変化率検出回路３０８ｕの両出力信号が入力され、それらの信号に応じて、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動回路３０１ｕの出力電圧を調整する。
【０１３８】
次に、上アーム側ゲート駆動回路２００ｕと下アーム側ゲート駆動回路３００ｕの回路動作を説明する。図１２は、回路動作を説明するための上アーム側ゲート駆動回路２００ｕと下アーム側ゲート駆動回路３００ｕのタイミングチャートである。
【０１３９】
図１２において、Ｖｇ＿ｕ１とＶｇ＿ｕ２は、制御回路４から上アーム側ゲート駆動回路２３ｕと下アーム側ゲート駆動回路２４ｕに入力される制御信号である。Ｖｄｓ＿ｕ１とＶｄs＿ｕ２は、アーム２１ｕ、２２ｕ各々の主端子電圧である。
【０１４０】
Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）は、上アーム側第１のオフ電圧調整回路２０９ｕ、下アーム側第１のオフ電圧調整回路３０９ｕの出力信号である。
【０１４１】
ここで、本実施形態について、具体的な動作を以下に説明する。
【０１４２】
先ず、Ｖｇ＿ｕ１がオフ状態でかつＶｇ＿ｕ２がオン状態である場合から、Ｖｇ＿ｕ２がオフ状態に変化する（図中のｔ１時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ２はアームを直接駆動する信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ２から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｄｓ＿ｕ２の電圧値が立上り始める。そして、スイッチング動作が進み、最終的にはＶｄｓ＿ｕ２は下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕの電圧値にほぼ等しくなる（図中のｔ１‘時点）。このような状態になると、ターンオフ動作が終了したことになる。ここで、下アーム側主端子電圧変化率検出回路３０８ｕにより、主端子電圧の変化率を検出し、検出信号ｄＶｄｓ／ｄｔ＿ｕ２を出力する。検出信号ｄＶｄｓ／ｄｔ＿ｕ２の出力値は、主端子電圧の変化率に依存する。
【０１４３】
Ｖｄｓ＿ｕ２の電圧値は、下アーム側第１の判定回路３０３ｕ内で所定値を超えたか否かを判定され、超えた場合には、下アーム側第１の判定回路３０３ｕから下アーム側第１のオフ電圧調整回路３０９ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。次に、判定信号に応じて、下アーム側第１のオフ電圧調整回路３０９ｕから下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号がオン状態となる（図中のｔ２時点）。ここで、ｔ２時点は、ｔ１‘時点以降であれば良く、ほぼ同タイミングでも良い。
【０１４４】
また、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号の出力電圧値は、下アーム側主端子電圧変化率検出回路３０８ｕの出力信号ｄＶｄｓ／ｄｔ＿ｕ２の出力電圧値に応じた値とする（図中では、ｄＶｄｓ／ｄｔ＿ｕ２信号がｄＶ／ｄｔ＿ｓ１の場合、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号は、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）＿ｓ１としている）。
【０１４５】
次に、Ｖｇ＿ｕ１がオン状態に変化する（図中のｔ３時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ１はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ１から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｄｓ＿ｕ１の電圧値が立下り始める。そして、スイッチング動作が進み、最終的にはＶｄｓ＿ｕ１はバッテリ１の電圧値にほぼ等しくなる（図中のｔ３‘時点）。このような状態になると、ターンオン動作が終了したことになる。
【０１４６】
ここで、Ｖｄｓ＿ｕ１の電圧値は、上アーム側主端子電圧検出回路２０７ｕにより検出され、上アーム側第１の判定回路２０３ｕ内で所定値を下回ったか否かを判定し、下回った場合には、上アーム側第１の判定回路２０３ｕから下アーム側第１のオフ電圧調整回路３０９ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。次に、判定信号に応じて、下アーム側第１のオフ電圧調整回路３０９ｕから下アーム側ゲート駆動電源３０２ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号がオフ状態となる。
【０１４７】
ゆえに、高ｄｖ／ｄｔを発生させる高周波スイッチング動作などによる上下アーム短絡動作を抑制した高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。更に、アームオフ状態に維持するゲート電圧よりも低い電圧を印加する時間を大幅に短縮できるので、デバイス寿命を長くすることが可能になる。
【０１４８】
また、主端子電圧の変化率に応じた、必要最低限のオフ電圧に設定することができるので、上述した効果を更に向上できる。
【０１４９】
尚、主端子電圧変化率により、オフ電源の出力電圧を調整する例を説明したが、主端子電流の変化率によっても、同様の効果を得ることができる。
【０１５０】
（実施形態６）
次に、本発明の別の実施形態について、図１３を用いて説明する。
【０１５１】
図１３は、回路動作を説明するための上アーム側ゲート駆動回路２００ｕと下アーム側ゲート駆動回路３００ｕのタイミングチャートである。図中の信号は、図１２と同じであるので、説明を省略する。
【０１５２】
ここで、下アーム側主端子電圧変化率検出回路３０８ｕの出力信号ｄＶｄｓ／ｄｔ＿ｕ２の出力電圧値が、所定の基準値ｄＶ／ｄｔ＿０よりも小さい場合には、下アーム側第１のオフ電圧調整回路３０９ｕの出力信号を停止する。
【０１５３】
ゆえに、高ｄｖ／ｄｔを発生させる高周波スイッチング動作などによる上下アーム短絡動作を抑制した高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。更に、アームをオフ状態に維持するゲート電圧よりも低い電圧を印加する時間を大幅に短縮できるので、デバイス寿命を長くすることが可能になる。
【０１５４】
また、主端子電圧の変化率が基準値より小さい場合に、所定のオフ電圧より低い電圧を印加することを制御できるので、上述した効果を更に向上できる。
【０１５５】
（実施形態７）
次に、本発明の実施形態７について、図１４を用いて説明する。
【０１５６】
図１４は、図５におけるレグ２５０ｕを、詳細に説明するための回路図である。図６と異なる点は、上アーム側アーム温度検出回路２１０ｕ、下アーム側アーム温度検出回路３１０ｕを追加した点と、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕ、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕを、上アーム側第２のオフ電圧調整回路２１９ｕ、下アーム側第２のオフ電圧調整回路３１９ｕに置き換えた点である。それ以外の構成は、図６と同じであるので、説明を省略する。請求項における「オフ電圧制御回路」は、本実施形態７においては、上アーム側第２のオフ電圧調整回路２１９ｕと、下アーム側第２のオフ電圧調整回路３１９ｕに対応する。
【０１５７】
アーム温度検出回路２１０ｕ、３１０ｕは、各々アーム２１ｕ、２２ｕの温度を検出し、検出した値を上アーム側第２のオフ電圧調整回路２１９ｕ、下アーム側第２のオフ電圧調整回路３１９ｕへと出力する。
【０１５８】
上アーム側第２のオフ電圧調整回路２１９ｕ、下アーム側第２のオフ電圧調整回路３１９ｕは、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕの検出されたアーム温度に応じて、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕの出力電圧を調整する。
【０１５９】
ここで、アームとなるスイッチング素子の温度としきい値電圧との関係について説明する。
【０１６０】
図１５は、一般的なスイッチング素子における、横軸をスイッチング素子の温度、縦軸をしきい値電圧としたグラフである。同図からも判るように、スイッチング素子の温度が高くなるにつれてしきい値電圧は徐々に低くなる。よって、スイッチング素子が高温状態にある場合には、比較的低い制御端子電圧においても、ターンオン動作する可能性がある。
【０１６１】
従って、アームの温度を検出し、検出した値に応じて、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕの出力電圧を、しきい値電圧が低下した値以上に低い値に調整することにより、この問題を解決できる。
【０１６２】
尚、検出するスイッチング素子の温度は、ジャンクション温度が望ましいが、それ以外でもスイッチング素子近傍でかつ、しきい値電圧と相関のある温度であれば良い。
【０１６３】
以上、本発明の各実施形態を具体的に説明した。しかし、前記実施形態２〜７では、上アームがターンオン動作する際に下アームに所定のオフ電圧より低い電圧を印加するように制御すると共に、下アームがターンオン動作する際に上アームに所定のオフ電圧より低い電圧を印加するように制御したが、その何れか一方の場合のみに本発明を適用しても良いのは勿論である。
【０１６４】
また、実施形態２〜７では、一方のアームがターンオン動作する際に、上下アームの他方のアームのみ、所定のオフ電圧より低い電圧を印加するように制御したが、その他、例えば、上アームのターンオン動作時には、これと同一のレグに属する下アームだけでなく、他のレグに属する下アームの全てを同じタイミングで、所定のオフ電圧よりも低い電圧を印加するように制御しても良い。このようにすれば、インバータ回路において、他相のスイッチング動作の影響を抑制でき、高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。更に、オフに維持するゲート電圧よりも低い電圧を印加する時間を大幅に短縮できるため、デバイス寿命を長くすることが可能になる。
【０１６５】
更に、他のレグのに属する下アームの全てを所定のオフ電圧よりも低い電圧を印加するように制御する場合には、それ等の下アーム別にオフ電圧を調整しても良い。このようにすれば、各レグの下アームを別種類のデバイスで構成する場合に、各レグの下アームを構成するデバイスの種類毎に、最適なオフ電圧を印加することが可能となり、高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。更に、オフに維持するゲート電圧よりも低い電圧を印加する時間を大幅に短縮できるので、アームのデバイス寿命を長くすることが可能になる。
【０１６６】
加えて、所定のオフ電圧より低い電圧は、デバイスに印加される電圧及び電流に応じて、任意に可変しても良い。このようにすれば、異なる電圧及び電流でのスイッチング動作の影響を抑制でき、より確実に誤動作を抑制できる。よって、高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。
【０１６７】
尚、インバータを構成する６個の上アーム及び下アームは、全て同じスイッチング素子で構成する必要はない。その場合、高速スイッチング動作をし、高ｄｖ／ｄｔによる誤動作を引き起こす可能性のあるゲート駆動回路においてのみ、本発明を適用すれば良い。
【０１６８】
更に、インバータを構成する上アーム及び下アームの少なくとも１つは、ＭＯＳＦＥＴであっても良い。一般的にＭＯＳＦＥＴのスイッチング動作は高速で、かつ、寄生容量が大きいため、高ｄｖ／ｄｔによる誤動作を引き起こし易いが、ＭＯＳＦＥＴを駆動するゲート駆動回路に本発明を適用することにより、信頼性の高い電力変換回路を提供できる。
【０１６９】
加えて、インバータを構成する上アーム及び下アームの少なくとも１つは、炭化ケイ素又は窒化ガリウムを含むワイドバンドギャップ半導体であっても良い。ワイドギャップ半導体は、材料及び構造上、一般的なシリコン半導体よりも高速スイッチング動作でかつ寄生容量が大きいため、高ｄｖ／ｄｔによる誤動作を引き起こし易いが、ワイドギャップ半導体を駆動するゲート駆動回路に本発明を適用することにより、信頼性の高い電力変換回路を提供できる。
【０１７０】
また、ワイドギャップ半導体においては、制御端子の信頼性が重要課題であるため、本発明で実施するように、デバイス寿命に影響を与える過大な電圧を制御端子に印加する時間を大幅に短縮することにより、デバイス寿命を長くでき、信頼性の高い電力変換器を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【０１７１】
以上説明したように、本発明は、高周波駆動するインバータやコンバータ等の電力変換回路の高速スイッチング（高ｄｖ／ｄｔ）に伴う上下アーム短絡動作を抑制した高信頼性のゲート駆動回路を実現できると共に、アームをオフ状態に維持するゲート電圧よりも低い電圧を印加する時間を大幅に短縮できて、デバイス寿命を長くできるので、小型化が強く要求されるハイブリッド電気自動車及び電気自動車、電動コンプレッサ、電動パワーステアリング、エレベータを含めたあらゆるモータ駆動システム、また同じく小型化が強く望まれる風力発電システムなどの発電システム、等々に有用である。
【符号の説明】
【０１７２】
１                     バッテリ
２                     インバータ
３                     モータ
４                     制御回路
２１ｕ〜２１ｗ         上アーム
２２ｕ〜２２ｗ         下アーム
２３ｕ〜２３ｗ、
２００ｕ〜２００ｗ   上アーム側ゲート駆動回路
２４ｕ〜２４ｗ、
３００ｕ〜３００ｗ   下アーム側ゲート駆動回路
２５ｕ〜２５ｗ、
２５０ｕ〜２５０ｗ    レグ
１００ｕ               下アーム側タイマ回路（信号出力回路）
１０１ｕ、３０６ｕ     下アーム側オフ電圧制御回路
２０６ｕ               上アーム側オフ電圧制御回路
１０２ｕ、３０５ｕ     下アーム側アーム駆動回路
２０５ｕ               上アーム側アーム駆動回路
１０３ｕ、３０１ｕ     下アーム側ゲート駆動電源
２０１ｕ               上アーム側ゲート駆動電源
１０４ｕ、１０５ｕ、３０４ｕ     下アーム側ゲート抵抗
２０４ｕ               上アーム側ゲート抵抗
２００                 寄生容量
２０３ｕ               上アーム側第１の判定回路
３０３ｕ               下アーム側第１の判定回路
２１３ｕ               上アーム側第２の判定回路
３１３ｕ               下アーム側第２の判定回路
２２３ｕ               上アーム側第３の判定回路
３２３ｕ               下アーム側第３の判定回路
２０６ｕ               上アーム側オフ電圧制御回路
３０６ｕ               下アーム側オフ電圧制御回路
２０７ｕ               上アーム側主端子電圧検出回路
３０７ｕ               下アーム側主端子電圧検出回路
２０８ｕ               上アーム側主端子電圧変化率検出回路
３０８ｕ               下アーム側主端子電圧変化率検出回路
２０９ｕ               上アーム側第１のオフ電圧調整回路
（オフ電圧制御回路）
３０９ｕ               下アーム側第１のオフ電圧調整回路
（オフ電圧制御回路）
２１９ｕ               上アーム側第２のオフ電圧調整回路
（オフ電圧制御回路）
３１９ｕ               下アーム側第２のオフ電圧調整回路
（オフ電圧制御回路）
２１０ｕ               上アーム側アーム温度検出回路
３１０ｕ               下アーム側アーム温度検出回路
２１７ｕ               上アーム側主端子電流検出回路
３１７ｕ               下アーム側主端子電流検出回路
２２７ｕ               上アーム側制御端子電圧検出回路
３２７ｕ               下アーム側制御端子電圧検出回路
【図１】
2010070899.tif 000003
【図２】
2010070899.tif 000004
【図３】
2010070899.tif 000005
【図４】
2010070899.tif 000006
【図５】
2010070899.tif 000007
【図６】
2010070899.tif 000008
【図７】
2010070899.tif 000009
【図８】
2010070899.tif 000010
【図９】
2010070899.tif 000011
【図１０】
2010070899.tif 000012
【図１１】
2010070899.tif 000013
【図１２】
2010070899.tif 000014
【図１３】
2010070899.tif 000015
【図１４】
2010070899.tif 000016
【図１５】
2010070899.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月25日(2010.2.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の上下アームにより構成され、特に、大電力かつ高周波動作する電力変換回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、インバータ及びコンバータなどの電力変換器に搭載されるスイッチング素子（ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ）の高耐圧化及び高速化が進み、スイッチング素子の高耐圧化による電力変換器の大電力化及び、スイッチング素子の高速化、すなわち電力変換器の高周波動作による電力変換器の小型化などの研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
このような電力変換器におけるスイッチング素子の動作としては、上下アームが同時導通し短絡動作することのないように、所定の休止期間（通常、デッドタイムといわれる）を介して、上下アームを交互にスイッチング動作するのが一般的である。ここで、スイッチング素子に印加される電圧が高くなればなるほど、又は、スイッチング素子の動作速度が速くなればなるほど、スイッチング素子に印加される電圧の変化率（通常、ｄｖ／ｄｔと呼ばれる）が大きくなる。その場合、他方のスイッチング素子の寄生容量Ｃを介して、主端子から制御端子に充電電流が流れることになり、制御端子の電圧が、充電電流の値に比例して変化する。このような動作をした場合、制御端子の電圧が、スイッチング素子のしきい値電圧を超えることもあり得る。仮に、所定の休止期間中に、制御端子の電圧が変化し、かつ、しきい値電圧を超えた場合、上下アームが同時導通し短絡状態となり、スイッチング素子の破壊、更には電力変換器の故障をもたらす。
【０００４】
ここで、図４を用いて、上アーム２１ｕのターンオン動作による下アーム２２ｕの誤動作メカニズムについて説明する。最初に、上下アーム２１ｕ及び２２ｕは、共にオフしている休止区間（いわゆる、デッドタイム）とする。この休止区間は、例えばインバータにおけるスイッチング周波数の１／２０以下であり、また、一般的には、大電力の電力変換を行うインバータにおいては、スイッチング周波数は１５ｋＨｚ以下であるものが多い。
【０００５】
前記休止期間の後、上アーム２１ｕがターンオン動作すると、下アーム２２ｕのドレイン−ソース間にバッテリ1の直流電圧Ｖｄｃが印加される。上アーム２１ｕのスイッチング速度に応じて、下アーム２２ｕの寄生容量２００に急速に充電され、下アーム側ゲート抵抗１０４ｕと下アーム側アーム駆動回路１０２ｕを介して、電流Ｉｇが流れる。電流Ｉｇが流れることにより、下アーム側ゲート抵抗１０４ｕの値に応じた電位差が下アーム側ゲート抵抗１０４ｕの両端に発生する。ここで、下アーム２２ｕのドレイン−ゲート間の寄生容量をＣｇｄとし、下アーム側ゲート抵抗１０４ｕをＲｇとすると、下アーム側ゲート抵抗１０４ｕの両端に発生する電位差、つまり下アーム２２ｕのゲート−ソース間の電位差Ｖｇｓは、下記の式で表せる。
【０００６】
Ｖｇｓ  ＝  Ｒｇ  ×  Ｃｇｄ  ×  （ｄＶｄｃ／ｄｔ）
すなわち、下アーム２２ｕのスイッチング速度を決定する下アーム側ゲート抵抗１０４ｕの抵抗Ｒｇか、下アーム２１ｕの寄生容量Ｃｇｄか、上アーム２１ｕのスイッチング時間ｄＶｄｃ／ｄｔの値が、各々大きいほど、Ｖｇｓが大きくなり、下アーム２２ｕの誤動作が生じ易くなる。
【０００７】
下アーム側ゲート抵抗１０４ｕの抵抗Ｒｇは、下アーム２２ｕのスイッチング速度を決定する値であるため、自由に小さくすることはできない。また、下アーム２１ｕの寄生容量Ｃｇｄは、下アーム２２ｕの内部構造により決まっているため、これも自由に変化させることができない。また、上アーム２１ｕのターンオン動作時のスイッチング時間ｄＶｄｃ／ｄｔは、小さくすると上アーム２１ｕのスイッチング速度を遅くすることになり、スイッチング損失の増大をもたらす。
【０００８】
それらを回避するため、従来では、充電電流による制御端子の電圧変化があっても、短絡状態にならないように、電圧変化期間を含んだ、スイッチング素子がオフ動作中は、制御端子に負バイアス電圧を印加する。そうすることにより、同時導通の短絡動作を回避することが可能となる。たとえば下記特許文献１に提案されている。
【０００９】
この公報のインバータは、スイッチング素子をオフさせるために、電源により負バイアス電圧を出力せずに、コンデンサ及びダイオード、ＦＥＴなどの回路のみで、負バイアス電圧を印加できるようにしているため、電源電圧の制約も低減でき、更には、駆動回路の発熱抑制も行えることも、前記公報は開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−１５９４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、この種のインバータでは、スイッチング素子がオフ動作中、全期間で、スイッチング素子の制御端子に負バイアスが印加されることになる。
【００１２】
一般的に、スイッチング素子は、制御端子に負バイアス電圧を印加されることに弱く、負バイアス電圧の印加される時間が長ければ長いほど、スイッチング素子の劣化が進む。
【００１３】
よって、従来の方法では、負バイアス電圧が印加される期間が必要以上に長いため、スイッチング素子の劣化を加速し、スイッチング素子及びそれを搭載する電力変換器の信頼性を損ねる。また、負バイアス回路を、コンデンサ及びダイオード、ＦＥＴなどの回路で構成しているため、スイッチング素子の動作状態及び周囲環境などによるスイッチング素子の特性変化に対応できない。更には、負バイアス回路を構成しているコンデンサ容量においても、駆動するスイッチング素子の特性に応じて決定する必要があり、汎用性に欠けるなどの問題がある。
【００１４】
本発明は前記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、電力変換回路において、高ｄｖ／ｄｔ印加による誤動作を抑制し、かつスイッチング素子の寿命を大幅に改善した電力変換回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するため、本発明では、電力変換回路において、上アームの動作と下アームの動作との双方に対応して、オフ動作中のスイッチング素子への負バイアス電圧の印加期間を極く短期間に制限することとする。
【００１６】
すなわち、請求項１記載の発明の電力変換回路は、高電圧側に接続される上アーム及び低電圧側に接続される下アームと、前記上アームを駆動する上アーム側ゲート駆動回路及び前記下アームを駆動する下アーム側ゲート駆動回路とを備えた電力変換回路において、前記上アーム側ゲート駆動回路及び前記下アーム側ゲート駆動回路は、各々、上アーム側ゲート駆動電源及び下アーム側ゲート駆動電源と、上アーム側アーム駆動回路及び下アーム側アーム駆動回路とを有し、前記上アーム側ゲート駆動電源及び下アーム側ゲート駆動電源は、自己の前記上アーム又は下アームの制御端子に電圧を供給し、前記上アーム側アーム駆動回路及び下アーム側アーム駆動回路は、自己の前記上アーム又は下アームを制御する制御信号を受け、この制御信号に応じてアーム駆動信号を出力し、更に、前記下アーム側ゲート駆動回路は、信号出力回路と、オフ電圧制御回路とを有し、前記信号出力回路は、前記下アームのターンオフ動作の終了及び前記上アームのターンオン動作の終了に応じた電圧調整信号を出力し、前記オフ電圧制御回路は、前記信号出力回路の電圧調整信号を受け、前記下アームのターンオフ動作の終了から前記上アームのターンオン動作の開始までの期間において、前記下アームのオフ状態を満足する第１の電圧よりも低い第２の電圧を生成し、かつ前記上アームのターンオン動作の終了以後において、前記第２の電圧から前記第１の電圧に戻すように前記下アーム側ゲート駆動電源の出力電圧を制御することを特徴とする。
【００１７】
ここで、請求項２記載の発明では、前記請求項１記載の電力変換回路において、前記信号出力回路は、タイマ回路を有し、前記タイマ回路は、前記上アーム及び下アームの両制御信号を受け、この両制御信号が共にオフである前記下アーム及び上アームが共にターンオフ状態の期間でオン動作となり、前記上アームのターンオン動作の終了以後となる前記オン動作の所定期間経過後にオフ動作となるタイマ信号を出力し、前記オフ電圧制御回路は、前記タイマ回路のタイマ信号を受け、このタイマ信号に基づいて前記下アーム側ゲート駆動電源の出力電圧を制御することとしても良い。
【００１８】
請求項３記載の発明では、前記請求項１記載の電力変換回路において、前記信号出力回路は、上アーム側主端子電圧検出回路及び下アーム側主端子電圧検出回路と、上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路とを有し、前記上アーム側主端子電圧検出回路及び下アーム側主端子電圧検出回路は、各々、自己の前記上アーム又は前記下アームの主端子電圧値を検出し、前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、前記自己の上アーム側主端子電圧検出回路又は下アーム側主端子電圧検出回路で検出された主端子電圧信号を受け、この主端子電圧信号に基づいて、自己の前記上アーム又は下アームのターンオフ動作及びターンオン動作の終了を検出することとしても良い。
【００１９】
請求項４記載の発明では、前記請求項３記載の電力変換回路において、前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、自己の前記上アーム側主端子電圧検出回路又は下アーム側主端子電圧検出回路で検出された主端子電圧信号を受け、この主端子電圧信号の電圧値と所定の基準電圧との比較に基づいて、自己のアームのターンオン動作及びターンオフ動作の終了を判定することとしても良い。
【００２０】
請求項５記載の発明では、前記請求項１記載の電力変換回路において、前記信号出力回路は、上アーム側主端子電流検出回路及び下アーム側主端子電流検出回路と、上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路とを有し、前記上アーム側主端子電流検出回路及び下アーム側主端子電流検出回路は、各々、自己の前記上アーム又は前記下アームの主端子電流値を検出し、前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、前記自己の上アーム側主端子電流検出回路又は下アーム側主端子電流検出回路で検出された主端子電流信号に基づいて、自己の前記上アーム又は下アームのターンオフ動作及びターンオン動作の終了を検出することとしても良い。
【００２１】
請求項６記載の発明では、前記請求項５記載の電力変換回路において、前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、前記上アーム側主端子電流検出回路又は下アーム側主端子電流検出回路からの主端子電流信号を受け、この主端子電流信号の電流値と所定の基準電圧との比較に基づいて、自己のアームのターンオン動作及びターンオフ動作の終了を判定することとしても良い。
【００２２】
請求項７記載の発明では、前記請求項１記載の電力変換回路において、前記信号出力回路は、上アーム側制御端子電圧検出回路及び下アーム側制御端子電圧検出回路と、上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路とを有し、前記上アーム側制御端子電圧検出回路及び下アーム側制御端子電圧検出回路は、各々、自己の前記上アーム又は前記下アームの制御端子の電圧値を検出し、前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、前記自己の上アーム側制御端子電圧検出回路又は下アーム側制御端子電圧検出回路で検出された制御端子電圧信号に基づいて、自己の前記上アーム又は下アームのターンオフ動作及びターンオン動作の終了を検出することとしても良い。
【００２３】
請求項８記載の発明では、前記請求項７記載の電力変換回路において、前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、自己のアームの制御端子電圧検出回路で検出された制御端子電圧信号を受け、この制御端子電圧信号の電圧と所定の基準電圧との比較に基づいて、自己のアームのターンオン動作及びターンオフ動作の終了を判定することとしても良い。
【００２４】
請求項９記載の発明では、前記請求項３記載の電力変換回路において、前記信号出力回路は、更に、下アーム側主端子電圧変化率検出回路を有し、前記下アーム側主端子電圧変化率検出回路は、自己の前記下アームの主端子電圧の変化率を検出し、前記オフ電圧制御回路は、前記下アーム側主端子電圧変化率検出回路の検出結果を受け、この検出結果に基づいて、前記下アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を変更することとしても良い。
【００２５】
請求項１０記載の発明では、前記請求項９記載の電力変換回路において、前記オフ電圧制御回路は、前記下アーム側主端子電圧の変化率が大きいほど、前記下アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を、一層低い電圧値に調整することとしても良い。
【００２６】
請求項１１記載の発明では、前記請求項９記載の電力変換回路において、前記オフ電圧制御回路は、前記下アーム側主端子電圧の変化率が所定変化率よりも小さいときには、前記下アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を前記第１の電圧に維持することとしても良い。
【００２７】
請求項記１２記載の発明では、前記請求項３記載の電力変換回路において、前記信号出力回路は、更に、下アーム側アーム温度検出回路を有し、前記下アーム側アーム温度検出回路は、自己の前記下アームの温度を検出し、前記オフ電圧制御回路は、前記下アーム側アーム温度検出回路の検出結果を受け、この検出結果に基づいて、前記下アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を変更することとしても良い。
【００２８】
請求項１３記載の発明では、前記請求項１２記載の電力変換回路において、前記オフ電圧制御回路は、前記下アーム側アーム温度検出回路で検出した下アームのアーム温度が高いほど、前記下アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧を一層低い電圧値に調整することとしても良い。
【００２９】
また、請求項１４記載の発明の電力変換回路は、高電圧側に接続される上アーム及び低電圧側に接続される下アームと、前記上アームを駆動する上アーム側ゲート駆動回路及び前記下アームを駆動する下アーム側ゲート駆動回路とを備えた電力変換回路において、前記上アーム側ゲート駆動回路及び前記下アーム側ゲート駆動回路は、各々、上アーム側ゲート駆動電源及び下アーム側ゲート駆動電源と、上アーム側アーム駆動回路及び下アーム側アーム駆動回路とを有し、前記上アーム側ゲート駆動電源及び下アーム側ゲート駆動電源は、自己の前記上アーム又は下アームの制御端子に電圧を供給し、前記上アーム側アーム駆動回路及び下アーム側アーム駆動回路は、自己の前記上アーム又は下アームを制御する制御信号を受け、この制御信号に応じてアーム駆動信号を出力し、更に、前記上アーム側ゲート駆動回路は、信号出力回路と、オフ電圧制御回路とを有し、前記信号出力回路は、前記上アームのターンオフ動作の終了及び前記下アームのターンオン動作の終了に応じた電圧調整信号を出力し、前記オフ電圧制御回路は、前記信号出力回路の電圧調整信号を受け、前記上アームのターンオフ動作の終了から前記下アームのターンオン動作の開始までの期間において、前記上アームのオフ状態を満足する第１の電圧よりも低い第２の電圧を生成し、かつ前記下アームのターンオン動作の終了以後において、前記第２の電圧から前記第１の電圧に戻すように前記上アーム側ゲート駆動電源の出力電圧を制御することを特徴とする。
【００３０】
ここで、請求項１５記載の発明では、前記請求項１４記載の電力変換回路において、前記信号出力回路は、タイマ回路を有し、前記タイマ回路は、前記上アーム及び下アームの両制御信号を受け、この両制御信号が共にオフである前記下アーム及び上アームが共にターンオフ状態の期間でオン動作となり、前記下アームのターンオン動作の終了以後となる前記オン動作の所定期間経過後にオフ動作となるタイマ信号を出力し、前記オフ電圧制御回路は、前記タイマ回路のタイマ信号を受け、このタイマ信号に基づいて前記下アーム側ゲート駆動電源の出力電圧を制御することとしても良い。
【００３１】
請求項１６記載の発明では、前記請求項１４記載の電力変換回路において、前記信号出力回路は、上アーム側主端子電圧検出回路及び下アーム側主端子電圧検出回路と、上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路とを有し、前記上アーム側主端子電圧検出回路及び下アーム側主端子電圧検出回路は、各々、自己の前記上アーム又は前記下アームの主端子電圧値を検出し、前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、前記自己の上アーム側主端子電圧検出回路又は下アーム側主端子電圧検出回路で検出された主端子電圧信号を受け、この主端子電圧信号に基づいて、自己の前記上アーム又は下アームのターンオフ動作及びターンオン動作の終了を検出することとしても良い。
【００３２】
請求項１７記載の発明では、前記請求項１６記載の電力変換回路において、前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、自己の前記上アーム側主端子電圧検出回路又は下アーム側主端子電圧検出回路で検出された主端子電圧信号を受け、この主端子電圧信号の電圧値と所定の基準電圧との比較に基づいて、自己のアームのターンオン動作及びターンオフ動作の終了を判定することとしても良い。
【００３３】
請求項１８記載の発明では、前記請求項１４記載の電力変換回路において、前記信号出力回路は、上アーム側主端子電流検出回路及び下アーム側主端子電流検出回路と、上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路とを有し、前記上アーム側主端子電流検出回路及び下アーム側主端子電流検出回路は、各々、自己の前記上アーム又は前記下アームの主端子電流値を検出し、前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、前記自己の上アーム側主端子電流検出回路又は下アーム側主端子電流検出回路で検出された主端子電流信号に基づいて、自己の前記上アーム又は下アームのターンオフ動作及びターンオン動作の終了を検出することとしても良い。
【００３４】
請求項１９記載の発明では、前記請求項１８記載の電力変換回路において、前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、前記上アーム側主端子電流検出回路又は下アーム側主端子電流検出回路からの主端子電流信号を受け、この主端子電流信号の電流値と所定の基準電圧との比較に基づいて、自己のアームのターンオン動作及びターンオフ動作の終了を判定することとしても良い。
【００３５】
請求項２０記載の発明では、前記請求項１４記載の電力変換回路において、前記信号出力回路は、上アーム側制御端子電圧検出回路及び下アーム側制御端子電圧検出回路と、上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路とを有し、前記上アーム側制御端子電圧検出回路及び下アーム側制御端子電圧検出回路は、各々、自己の前記上アーム又は前記下アームの制御端子の電圧値を検出し、前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、前記自己の上アーム側制御端子電圧検出回路又は下アーム側制御端子電圧検出回路で検出された制御端子電圧信号に基づいて、自己の前記上アーム又は下アームのターンオフ動作及びターンオン動作の終了を検出することとしても良い。
【００３６】
請求項２１記載の発明では、前記請求項２０記載の電力変換回路において、前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、自己のアームの制御端子電圧検出回路で検出された制御端子電圧信号を受け、この制御端子電圧信号の電圧と所定の基準電圧との比較に基づいて、自己のアームのターンオン動作及びターンオフ動作の終了を判定することとしても良い。
【００３７】
請求項２２記載の発明では、前記請求項１６記載の電力変換回路において、前記信号出力回路は、更に、上アーム側主端子電圧変化率検出回路を有し、前記上アーム側主端子電圧変化率検出回路は、自己の前記上アームの主端子電圧の変化率を検出し、前記オフ電圧制御回路は、前記上アーム側主端子電圧変化率検出回路の検出結果を受け、この検出結果に基づいて、前記上アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を変更することとしても良い。
【００３８】
請求項２３記載の発明では、前記請求項２２記載の電力変換回路において、前記オフ電圧制御回路は、前記上アーム側主端子電圧の変化率が大きいほど、前記上アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を、一層低い電圧値に調整することとしても良い。
【００３９】
請求項２４記載の発明では、前記請求項２２記載の電力変換回路において、前記オフ電圧制御回路は、前記上アーム側主端子電圧の変化率が所定変化率よりも小さいときには、前記上アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を前記第１の電圧に維持することとしても良い。
【００４０】
請求項２５記載の発明では、前記請求項１６記載の電力変換回路において、前記信号出力回路は、更に、上アーム側アーム温度検出回路を有し、前記上アーム側アーム温度検出回路は、自己の前記上アームの温度を検出し、前記オフ電圧制御回路は、前記上アーム側アーム温度検出回路の検出結果を受け、この検出結果に基づいて、前記上アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を変更することとしても良い。
【００４１】
請求項２６記載の発明では、前記請求項２５記載の電力変換回路において、前記オフ電圧制御回路は、前記上アーム側アーム温度検出回路で検出した上アームのアーム温度が高いほど、前記上アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧を一層低い電圧値に調整することとしても良い。
【００４２】
請求項２７記載の発明では、前記請求項１〜２６記載の電力変換回路において、前記上アーム及び下アームは、ＭＯＳＦＥＴで構成されることとしても良い。
【００４３】
請求項２８記載の発明では、前記請求項１〜２６記載の電力変換回路において、前記上アーム及び下アームは、炭化ケイ素又は窒化ガリウムを含むワイドバンドギャップ半導体により構成されることとしても良い。
【００４４】
以上により、本発明では、自アームのターンオフ動作が終了した時点から他アームのターンオン動作が開始するまでの間において、所定のオフ電圧より低い電圧のアーム駆動信号を出力し、その後は、他アームのターンオン動作が終了後直ぐに、アーム駆動信号の電圧を所定のオフ電圧に戻したので、スイッチング素子より成るアームをオフ動作させるのにその制御端子に印加する所定のオフ電圧よりも低い電圧の印加時間を大幅に短縮して、高ｄｖ／ｄｔ印加による誤動作を抑制できる。その結果、電力変換回路における上下アーム短絡動作を抑制でき、かつスイッチング素子の寿命を大幅に改善した高信頼性な電力変換回路を提供できる。
【００４５】
特に、自己のアームのターンオフ動作の終了時点や他のアームのターンオン動作の終了時点を、それ等アームの主端子電圧、主端子電流又は制御端子電圧を直接検出して把握したので、それ等アームのターンオフ動作や他のアームのターンオン動作の各終了時点を正確に検出して、アームのスイッチング素子の制御端子に印加する所定のオフ電圧よりも低い電圧の印加時間を最小限にして、高ｄｖ／ｄｔ印加による誤動作を有効に抑制できる。
【００４６】
更に、オン動作中の他アームの主端子電圧の変化率が大きいほど、オフ動作中の自アームはオン動作し易くなって上下アームの短絡の可能性は高くなるものの、自アームの制御端子に印加するオフ電圧は所定のオフ電圧よりも一層低い電圧値に調整されるので、自アームの不要なオン動作がし難くなる。従って、主端子電圧の変化率に応じたオフ電圧を設定して、スイッチング素子の制御端子にかかる負荷を最小限にした上で、高ｄｖ／ｄｔ印加による誤動作を抑制できる。
【００４７】
その場合、特に、主端子電圧の変化率が所定変化率よりも小さい場合には、自アームの制御端子に印加するオフ電圧は所定のオフ電圧に維持されるので、スイッチング素子の制御端子にかかる負荷を抑制した上で、高ｄｖ／ｄｔ印加による誤動作を抑制できる。
【００４８】
加えて、アーム温度が高くなった場合には、アームのしきい値電圧（アームをオン動作させる基準電圧）が低くなるため、オフ動作中のアームは比較的低いオフ電圧でもターンオンし易くなるが、そのオフ動作中のアームの制御端子に印加するオフ電圧は一層低く制御されるので、その不要なターンオン動作がし難くなって、安定した高ｄｖ／ｄｔ印加による誤動作抑制が実現できる。
【発明の効果】
【００４９】
以上説明したように、本発明の電力変換回路によれば、アームであるスイッチング素子の制御端子に所定のオフ電圧よりも低い電圧を印加する場合にも、その印加する時間を大幅に短縮した上で、高ｄｖ／ｄｔ印加による誤動作を抑制できるので、電力変換回路における上下アーム短絡動作を抑制し、かつスイッチング素子の寿命を大幅に改善した高信頼性な電力変換回路を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態１の電力変換回路を説明するためのモータ駆動システムの全体概略構成を示す回路図である。
【図２】同電力変換回路に備えるインバータのレグの内部構成を示す回路図である。
【図３】同レグに備える下アーム側ゲート駆動回路の動作タイミングチャートを示す図である。
【図４】上アームのターンオン動作による下アームの誤動作メカニズムを説明する図である。
【図５】本発明の実施形態２の電力変換回路を説明するためのモータ駆動システムの全体概略構成を示す回路図である。
【図６】同電力変換回路に備えるインバータのレグの内部構成を示す回路図である。
【図７】同レグに備える上アーム側ゲート駆動回路と下アーム側ゲート駆動回路の動作タイミングチャートを示す図である。
【図８】本発明の実施形態３の電力変換回路に備えるインバータのレグの内部構成を示す回路図である。
【図９】本発明の実施形態４の電力変換回路に備えるインバータのレグの内部構成を示す回路図である。
【図１０】同レグに備える上アーム側ゲート駆動回路と下アーム側ゲート駆動回路の動作タイミングチャートを示す図である。
【図１１】本発明の実施形態５の電力変換回路に備えるインバータのレグの内部構成を示す回路図である。
【図１２】同レグに備える上アーム側ゲート駆動回路と下アーム側ゲート駆動回路の動作タイミングチャートを示す図である。
【図１３】本発明の実施形態６の電力変換回路のインバータのレグに備える上アーム側ゲート駆動回路と下アーム側ゲート駆動回路の動作タイミングチャートを示す図である。
【図１４】本発明の実施形態７の電力変換回路に備えるインバータのレグの内部構成を示す回路図である。
【図１５】一般的なスイッチング素子において横軸をスイッチング素子の温度、縦軸をしきい値電圧とした図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
以下、本発明の電力変換回路としてのゲート駆動回路の好ましい実施形態を以下に説明する。
【００５２】
（実施形態１）
図１は、本発明が適用されるインバータの実施形態１を説明するためのモータ駆動システム概略回路図である。ここでは、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いた例を説明する。モータ駆動システムは、バッテリ１、インバータ２、モータ３、制御回路４から構成されている。
【００５３】
バッテリ１は直流電力をインバータ２へ供給し、インバータ２はバッテリ１から供給される直流電力を直流交流変換し、モータ３に交流電力を供給する。モータ３は、インバータ２から供給される交流電力により回転駆動する。このとき、制御回路４は、モータ３が所望の動作をするようにインバータ２を制御する。インバータ２は、出力する交流電力の数と同数のレグ２５ｕ、２５ｖ、２５ｗで構成され、レグ２５ｕ、２５ｖ、２５ｗは、バッテリ１の正負間に直列接続された上アーム（正側に接続）２１ｕ、２１ｖ、２１ｗと下アーム（負側に接続）２２ｕ、２２ｖ、２２ｗと、各上アーム２１ｕ、２１ｖ、２１ｗと、下アーム２２ｕ、２２ｖ、２２ｗに対応した上アーム側ゲート駆動回路２３ｕ、２３ｖ、２３ｗと、下アーム側ゲート駆動回路２４ｕ、２４ｖ、２４ｗで構成される。
【００５４】
図２は、図１におけるレグ２５ｕを、詳細に説明するための回路図である。ここで、下アーム側ゲート駆動回路２４ｕは、信号出力回路としての下アーム側タイマ回路１００ｕ、下アーム側オフ電圧制御回路１０１ｕ、下アーム側アーム駆動回路１０２ｕ、下アーム側ゲート駆動電源１０３ｕ、下アーム側ゲート抵抗１０５ｕとで構成される。
【００５５】
下アーム側ゲート駆動電源１０３ｕは、下アーム側ゲート駆動回路２４ｕが駆動する下アーム２２ｕのソース電位を基準とした１０〜３０Ｖ程度のオン電圧を出力し、また、下アーム側ゲート駆動回路２４ｕが駆動する下アーム２２ｕのソース電位を基準とした０〜−３０Ｖ程度のオフ電圧を出力する。オフ電圧は、スイッチング素子のオン／オフ動作を制御するしきい値電圧及びスイッチング素子のデバイス特性により決定される。一般的に、しきい値電圧が３Ｖ程度のスイッチング素子においては、オフ電圧は、０〜−１５Ｖ程度に設定される。また、スイッチング素子の制御端子に印加する電圧が高くなるほど、スイッチング素子の信頼性が低下するため、一般的には、最大定格電圧を±３０Ｖ程度に規定している。
【００５６】
上アーム側ゲート駆動回路２３ｕ、下アーム側ゲート駆動回路２４ｕには、制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２が入力される。制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２は、制御回路４（ここでは図示しない）から出力される信号であり、かつ、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕのスイッチング動作を制御する信号である。
【００５７】
制御信号Ｖｇ＿ｕ２は、下アーム側ゲート駆動電源１０３ｕに入力され、ゲート駆動電源１０３ｕは、制御信号Ｖｇ＿ｕ２に応じた信号を出力する。次に、下アーム側ゲート駆動電源１０３ｕは、制御信号Ｖｇ＿ｕ２に応じた信号を、下アーム側アーム駆動回路１０２ｕへと出力する。また、下アーム側ゲート駆動電源１０３ｕは、下アーム側アーム駆動回路１０２へ、電力供給もあわせて行う。下アーム側アーム駆動回路１０２ｕは、入力された信号を電力増幅し、出力する。下アーム側アーム駆動回路１０２ｕから出力された信号は、下アーム側ゲート抵抗１０４ｕを経由して、下アーム２２ｕの制御端子に入力される。
【００５８】
次に、下アーム側タイマ回路（信号出力回路）１００ｕ及び下アーム側オフ電圧制御回路１０１ｕの動作について、説明する。下アーム側タイマ回路１００ｕには、制御回路４（ここでは図示しない）から出力された制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２が入力される。下アーム側タイマ回路１００ｕは、制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２のオン／オフ動作により決定されるｔｉｍｅｒ信号（電圧調整信号）を、下アーム側オフ電圧制御回路１０１ｕへと出力する。
【００５９】
下アーム側オフ電圧制御回路１０１ｕは、ｔｉｍｅｒ信号のオン／オフ動作により決定されるＶｇ＿ｏｆｆ信号を、下アーム側ゲート駆動電源１０３ｕへと出力する。そして、下アーム側ゲート駆動電源１０３ｕは、Ｖｇ＿ｏｆｆ信号に応じて、出力するオフ電圧を任意に変化させる。
【００６０】
ここで、上アーム側ゲート駆動回路２３ｕ、２３ｖ、２３ｗ及び下アーム側ゲート駆動回路２４ｕ、２４ｖ、２４ｗは、全て同一の回路構成でも良い。
【００６１】
次に、下アーム側ゲート駆動回路２４ｕの回路動作を説明する。図３は、回路動作を説明するための下アーム側ゲート駆動回路２４ｕのタイミングチャート図である。
【００６２】
図３において、Ｖｇ＿ｕ１及びＶｇ＿ｕ２は、制御回路４から上アーム側ゲート駆動回路２３ｕと下アーム側ゲート駆動回路２４ｕに入力される制御信号である。ｔｉｍｅｒ信号（電圧調整信号）は、制御信号Ｖｇ＿ｕ２の立下り時間ｔ１と制御信号Ｖｇ＿ｕ１の立上り時間ｔ３の間で立ち上がり、その後、前記制御信号Ｖｇ＿ｕ１の立上り時間ｔ３から所定時間（タイマー時間）Ｔｓだけ経過した時点で立ち下がる。この所定時間Ｔｓは、制御信号Ｖｇ＿ｕ１の立上りによって上アーム２１ｕが実際にターンオン動作を遂行し終えたターンオン動作終了時までの時間、又はこのターンオン動作終了時から若干長い時間に予め設定される。信号Ｖｇ＿ｏｆｆは、ｔｉｍｅｒ信号とほぼ同期して動作する。このような動作をすることにより、主に高速スイッチング動作において、上アーム２１ｕのターンオン動作時に、下アーム２２ｕの寄生容量が急速に充電されることで引き起こされる下アーム２２ｕの誤動作を抑制することができる。
【００６３】
尚、所定時間Ｔｓの期間は、制御信号Ｖｇ＿ｕ２の立下り時間ｔ１と制御信号Ｖｇ＿ｕ１の立上り時間ｔ３の期間の３倍以下であることが望ましい。そのように設定することにより、前記のような誤動作を抑制し、かつ、オフ電圧を可変する期間を極力短くできるので、スイッチング素子の信頼性向上が図れる。
【００６４】
本実施形態では、信号Ｖｇ＿ｏｆｆの立上り時間ｔ２を、制御信号の立下り時間ｔ１の後でかつ制御信号Ｖｇ＿ｕ１の立上り時間ｔ３より前に設定することにより、下アーム２２ｕのスイッチング動作を所望の速度に維持した状態で、かつ、確実に上述した誤動作を抑制することができる。更に、Ｖｇ＿ｏｆｆの立下り時間ｔ４を、制御信号Ｖｇ＿ｕ１の立上り時間ｔ３から所定時間Ｔｓ経過した後に設定する。ここで、タイマ回路１００ｕにより設定される所定時間Ｔｓは、制御信号Ｖｇ＿ｕ１の立上り時間ｔ３から上アーム２１ｕのターンオン動作が終了した後に設定することが望ましい。そうすることにより、上アーム２１ｕのスイッチング動作による上述した誤動作を抑制した高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。更に、下アーム２２ｕをオフに維持するゲート電圧よりも低い電圧を印加する時間を大幅に短縮できるため、下アーム２２ｕのデバイス寿命を長くすることが可能になる。
【００６５】
以上、下アーム２２ｕがオフ動作した後に上アーム２１ｕがオン動作する場合を説明したが、逆に、上アーム２１ｕがオフ動作した後に下アーム２２ｕがオン動作する場合の動作は、既述の動作と反対の動作であり、容易に推測できるので、その詳細な説明は省略する。
【００６６】
尚、本実施形態１では、図２において下アーム側ゲート駆動回路２４ｕの内部構成のみを示したが、この内部構成を上アーム側ゲート駆動回路２３ｕについて設けても良いし、下アーム側ゲート駆動回路２４ｕ及び上アーム側ゲート駆動回路２３ｕの双方に設けても良い。
【００６７】
また、本実施形態１では、一方のアームがターンオン動作する際に、上下アームの他方のアームのみ、所定のオフ電圧より低い電圧を印加するように制御したが、その他、例えば、上アームのターンオン動作時には、これと同一のレグに属する下アームだけでなく、他のレグに属する下アームの全てを同じタイミングで、所定のオフ電圧よりも低い電圧を印加するように制御しても良い。このようにすれば、インバータ回路において、他相のスイッチング動作の影響を抑制でき、高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。更に、オフに維持するゲート電圧よりも低い電圧を印加する時間を大幅に短縮できるため、デバイス寿命を長くすることが可能になる。
【００６８】
更に、他のレグのに属する下アームの全てを所定のオフ電圧よりも低い電圧を印加するように制御する場合には、それ等の下アーム別にオフ電圧を調整しても良い。このようにすれば、各レグの下アームを別種類のデバイスで構成する場合に、各レグの下アームを構成するデバイスの種類毎に、最適なオフ電圧を印加することが可能となり、高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。更に、オフに維持するゲート電圧よりも低い電圧を印加する時間を大幅に短縮できるので、アームのデバイス寿命を長くすることが可能になる。
【００６９】
加えて、所定時間Ｔｓは、アームを構成するデバイスに印加される電圧及び電流に応じて、任意に可変しても良い。このようにすれば、異なる電圧及び電流でのスイッチング動作の影響を抑制でき、より正確にターンオン動作又はターンオフ動作の終了を検出できる。よって、高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。
【００７０】
また、所定のオフ電圧より低い電圧は、デバイスに印加される電圧及び電流に応じて、任意に可変しても良い。このようにすれば、異なる電圧及び電流でのスイッチング動作の影響を抑制でき、より確実に誤動作を抑制できる。よって、高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。
【００７１】
（実施形態２）
図５は、本発明が適用されるインバータの実施形態２を説明するためのモータ駆動システム外略図である。図１に対して、レグ２５ｕ、２５ｖ、２５ｗをレグ２５０ｕ、２５０ｖ、２５０ｗに置き換えていることのみが異なり、それ以外は、同様の構成である。
【００７２】
図６は、図５におけるレグ２５０ｕを、詳細に説明するための回路図である。ここで、レグ２５０ｕは、上アーム２１ｕ及び下アーム２２ｕと、各々に対応した上アーム側ゲート駆動回路２００ｕ及び下アーム側ゲート駆動回路３００ｕで構成されている。
【００７３】
また、上アーム側ゲート駆動回路２００ｕは、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、上アーム側第１の判定回路２０３ｕ、上アーム側ゲート抵抗２０４ｕ、上アーム側アーム駆動回路２０５ｕ、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕ、上アーム側主端子電圧検出回路２０７ｕにより構成され、下アーム側ゲート駆動回路３００ｕは、下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕ、下アーム側第１の判定回路３０３ｕ、下アーム側ゲート抵抗３０４ｕ、下アーム側アーム駆動回路３０５ｕ、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕ、下アーム側主端子電圧検出回路３０７ｕにより構成される。前記上アーム側主端子電圧検出回路２０７ｕと上アーム側第１の判定回路２０３ｕと下アーム側主端子電圧検出回路３０７ｕと下アーム側第１の判定回路３０３ｕとにより、上アーム及び下アームのターンオフ動作の終了に応じた電圧調整信号をするための信号出力回路を構成する。
【００７４】
上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕは、上アーム側ゲート駆動回路２００ｕ、下アーム側ゲート駆動回路３００ｕが駆動する上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕの各々のソース電位を基準とした１０〜３０Ｖ程度のオン電圧を出力し、また、上アーム側ゲート駆動回路２００ｕ、下アーム側ゲート駆動回路３００ｕが駆動する上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕの各々のソース電位を基準とした０〜−３０Ｖ程度のオフ電圧を出力する。
【００７５】
上アーム側ゲート駆動回路２００ｕ、下アーム側ゲート駆動回路３００ｕには、制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２が入力される。制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２は、制御回路４（ここでは図示しない）から出力される信号であり、かつ、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕのスイッチング動作を制御する信号である。
【００７６】
制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２は、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕに入力され、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動電源は、各々、制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２に応じた信号を出力する。次に、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕは、制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２に応じた信号を、上アーム側アーム駆動回路２０５ｕ、下アーム側アーム駆動回路３０５ｕへと出力する。また、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側アーム駆動回路３０５ｕは、上アーム側アーム駆動回路２０５ｕ、下アーム側アーム駆動回路３０５ｕへ、電力供給もあわせて行う。上アーム側アーム駆動回路２０５ｕ、下アーム側アーム駆動回路は、入力された信号を電力増幅し、出力する。上アーム側アーム駆動回路２０５ｕ、下アーム側アーム駆動回路３０５ｕから出力された信号は、上アーム側ゲート抵抗２０４ｕ、下アーム側ゲート抵抗３０４ｕを経由して、各々、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕの制御端子に入力される。
【００７７】
次に、上アーム側第１の判定回路２０３ｕ、上アーム側主端子電圧検出回路２０７ｕの動作について、説明する。上アーム側第１の判定回路２０３ｕには、制御回路４（ここでは図示しない）から出力された制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２が入力され、更に、上アーム側主端子電圧検出回路２０７ｕから出力された信号も入力される。ここで、上アーム側主端子電圧検出回路２０７ｕは、上アーム２１ｕの主端子電圧Ｖｄｓ＿ｕ１の電圧値を検出し、検出値を上アーム側第１の判定回路２０３ｕへと出力する。次に、上アーム側第１の判定回路２０３ｕは、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕへと電圧調整信号を出力する。
【００７８】
ここで、上アーム側第１の判定回路２０３ｕが出力する電圧調整信号は、制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２のオン／オフ動作により立上がりタイミングを決定し、更に、入力される上アーム２１ｕの電圧値に応じて、立下りタイミングを決定する。そして、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕは、上アーム側第１判定回路２０３ｕから出力される信号に応じて、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕへとＶｇｏｆｆ（ｕ１）を出力する。
【００７９】
上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕから出力される信号のオン／オフ動作により決定されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）信号を、下アーム側ゲート駆動電源１０３ｕへと出力する。そして、下アーム側ゲート駆動電源１０３ｕは、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）信号に応じて、出力するオフ電圧を任意に変化させる
ここで、下アーム側第１の判定回路３０３ｕ、下アーム側主端子電圧検出回路３０７ｕの動作については、上アーム側第１の判定回路２０３ｕ、上アーム側主端子電圧検出回路２０７ｕの動作と同様であるため、省略する。
【００８０】
また、上アーム側ゲート駆動回路２３ｕ、２３ｖ、２３ｗ及び下アーム側ゲート駆動回路２４ｕ、２４ｖ、２４ｗは、全て同一の回路構成でも良い。
【００８１】
次に、上アーム側ゲート駆動回路２００ｕ及び下アーム側ゲート駆動回路３００ｕの回路動作を説明する。図７は、回路動作を説明するための上アーム側ゲート駆動回路２００ｕと下アーム側ゲート駆動回路３００ｕのタイミングチャートである。
【００８２】
図７のＶｇ＿ｕ１及びＶｇ＿ｕ２は、制御回路４から上アーム側ゲート駆動回路２３ｕと下アーム側ゲート駆動回路２４ｕに入力される制御信号である。Ｖｄｓ＿ｕ１、Ｖｄｓ＿ｕ２及びＩｄｓ＿ｕ１、Ｉｄｓ＿ｕ２は、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕ各々の主端子間における主端子電圧と主端子電流である。Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）及びＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）は、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕ、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕの出力信号である。
【００８３】
ここで、一般的にスイッチング素子の動作については、以下のようなことがいえる。即ち、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕ各々の主端子電圧Ｖｄｓ＿ｕ１、Ｖｄｓ＿ｕ２を検出し、基準値と比較することにより、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕのスイッチング動作状態を把握できる。すなわち、ターンオン動作及びターンオフ動作の終了時点を正確にかつ速やかに検出することが可能となる。
【００８４】
同様に、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕ各々の主端子電流Ｉｄｓ＿ｕ１、Ｉｄｓ＿ｕ２を検出し、基準値と比較することにより、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕのスイッチング動作状態を把握できる。すなわち、ターンオン動作及びターンオフ動作の終了時点を正確にかつ速やかに検出することが可能となる。
【００８５】
同様に、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕ各々の制御端子電圧Ｖｇｓ＿ｕ１、Ｖｇｓ＿ｕ２を検出し、基準値と比較することにより、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕのスイッチング動作状態を把握できる。すなわち、ターンオン動作及びターンオフ動作の終了時点を、正確にかつ速やかに検出することが可能となる。
【００８６】
前記のことを踏まえて、本実施形態について、具体的な動作を以下に説明する。先ず、制御信号Ｖｇ＿ｕ１がオフ状態でかつ制御信号Ｖｇ＿ｕ２がオン状態である場合から、制御信号Ｖｇ＿ｕ２がオフ状態に変化する（図中のｔ１時点）。すると、前記Ｖｇ＿ｕ２はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ２から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｄｓ＿ｕ２の電圧値が立上り始め、それに同期してＩｄｓ＿ｕ２の電流値は立下り始める。
【００８７】
そして、スイッチング動作が進み、最終的にはＶｄｓ＿ｕ２はバッテリ１の電圧値にほぼ等しくなり、Ｉｄｓ＿ｕ２はほぼ０になる（図中のｔ１‘時点）。このような状態になると、ターンオフ動作が終了したことになる。Ｖｄｓ＿ｕ２の電圧値は、下アーム側主端子電圧検出回路３０７ｕにより検出され、下アーム側第１の判定回路３０３ｕ内で所定値を超えたか否かを判定し、超えた場合には、下アーム側第１の判定回路３０３ｕから下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。次に、判定信号に応じて、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕから下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号がオン状態となる（図中のｔ２時点）。ここで、ｔ２時点は、ｔ１‘時点以降であれば良く、ほぼ同タイミングでも良い。そして、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号を入力された下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕは、出力電圧を、高ｄｖ／ｄｔによる電圧変動の影響がない電圧まで低くする。
【００８８】
次に、Ｖｇ＿ｕ１がオン状態に変化する（図中のｔ３時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ１はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ１から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｄｓ＿ｕ１の電圧値が立下り始め、それに同期してＩｄｓ＿ｕ１の電流値は立上り始める。そして、スイッチング動作が進み、最終的にはＶｄｓ＿ｕ１はバッテリ１の電圧値にほぼ等しくなり、Ｉｄｓ＿ｕ１はほぼ０になる（図中のｔ３‘時点）。このような状態になると、ターンオン動作が終了したことになる。
【００８９】
ここで、Ｖｄｓ＿ｕ１の電圧値は、上アーム側主端子電圧検出回路２０７ｕにより検出され、上アーム側第１の判定回路２０３ｕ内で第１Ａの基準値を下回ったか否かを判定し、下回った場合には上アーム側第１の判定回路２０３ｕから上アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。次に、判定信号に応じて、上アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕから上アーム側ゲート駆動電源３０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号がオフ状態となる。
【００９０】
上アーム側第１の判定回路２０３ｕの内部において、判定に使用する第１Ａの基準値に関しては、上アームのオフ時に印加されるバッテリ１の電圧値の１０％以下が望ましい。このように設定することにより、上アームのターンオン動作終了時を正確に検出できるので、スイッチング素子の信頼性向上が図れる。
【００９１】
その後、Ｖｇ＿ｕ１がオン状態でかつＶｇ＿ｕ２がオフ状態である場合がしばらく経過した後、Ｖｇ＿ｕ１がオフ状態に変化する（図中のｔ４時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ１はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ１から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｄｓ＿ｕ１の電圧値が立上り始め、それに同期してＩｄｓ＿ｕ１の電流値は立下り始める。そしてスイッチング動作が進み、最終的にはＶｄｓ＿ｕ１はバッテリ１の電圧値にほぼ等しくなり、Ｉｄｓ＿ｕ１はほぼ０になる（図中のｔ４‘時点）。
【００９２】
このような状態になると、ターンオフ動作が終了したことになる。Ｖｄｓ＿ｕ１の電圧値は、上アーム側主端子電圧検出回路２０７ｕにより検出され、上アーム側第１の判定回路２０３ｕ内で所定値を超えたか否かを判定し、超えた場合には、上アーム側第１の判定回路２０３ｕから上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。次に、判定信号に応じて、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕから上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）信号がオン状態となる（図中のｔ５時点）。ここで、ｔ５時点は、ｔ４‘時点以降であれば良く、ほぼ同タイミングでも良い。そして、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）信号を入力された上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕは、出力電圧を、高ｄｖ／ｄｔによる電圧変動の影響がない電圧まで低くする。
【００９３】
次に、Ｖｇ＿ｕ２がオン状態に変化する（図中のｔ６時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ２はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ２から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｄｓ＿ｕ２の電圧値が立下り始め、それに同期してＩｄｓ＿ｕ２の電流値は立上り始める。そしてスイッチング動作が進み、最終的にはＶｄｓ＿ｕ２はバッテリ１の電圧値にほぼ等しくなり、Ｉｄｓ＿ｕ２はほぼ０になる（図中のｔ６‘時点）。このような状態になると、ターンオン動作が終了したことになる。
【００９４】
ここで、Ｖｄｓ＿ｕ２の電圧値は、下アーム側主端子電圧検出回路３０７ｕにより検出され、下アーム側第１の判定回路３０３ｕ内で第１Ｂの基準値を下回ったか否かを判定し、下回った場合には、下アーム側第１の判定回路３０３ｕから下アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。次に、判定信号に応じて、下アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕから下アーム側ゲート駆動電源２０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）信号がオフ状態となる。
【００９５】
下アーム側第１の判定回路３０３ｕの内部において、判定に使用する第１Ｂの基準値に関しては、下アームのオフ時に印加されるバッテリ１の電圧値の１０％以下が望ましい。このように設定することにより、下アームのターンオン動作終了時を正確に検出できるので、スイッチング素子の信頼性向上が図れる。
【００９６】
ゆえに、高ｄｖ／ｄｔを発生させる高周波スイッチング動作などによる上下アーム短絡動作を抑制した高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。更に、アームをオフ状態に維持するゲート電圧よりも低い電圧を印加する時間を大幅に短縮できるため、デバイス寿命を長くすることが可能になる。
【００９７】
（実施形態３）
次に、本発明の別の実施形態について、図８を用いて説明する。
【００９８】
図８は、図５におけるレグ２５０ｕを、詳細に説明するための回路図である。図６と異なる点は、上アーム側主端子電圧検出回路２０７ｕ、下アーム側主端子電圧検出回路３０７ｕを、上アーム側主端子電流検出回路２１７ｕ、下アーム側主端子電流検出回路３１７ｕに置き換え、更に、上アーム側第１の判定回路２０３ｕ、下アーム側第１の判定回路３０３ｕを、上アーム側第２の判定回路２１３ｕ、下アーム側第２の判定回路３１３ｕに置き換えた点である。それ以外の構成は、図６と同じであるので、説明を省略する。
【００９９】
上アーム側主端子電流検出回路２１７ｕ、下アーム側主端子電流検出回路３１７ｕは、上アーム側ゲート駆動回路２００ｕ、下アーム側ゲート駆動回路３００ｕが各々対応したアームの主端子間電流を検出し、検出した値に応じた信号を上アーム側第２の判定回路２１３ｕ、下アーム側第２の判定回路３１３ｕへと出力する。上アーム側第２の判定回路２１３ｕ、下アーム側第２の判定回路３１３ｕは、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕをスイッチング動作を制御する制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２と、上アーム側主端子電流検出回路２１３ｕ、下アーム側主端子電流検出回路３１３ｕの出力信号に応じて、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕ、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕへと信号を出力する。上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕ、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕは、上アーム側第２の判定回路２１３ｕ、下アーム側第２の判定回路３１３ｕの出力信号に応じて、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕへとＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）を出力し、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕの出力電圧は任意の値に変化する。上アーム側アーム駆動回路２０５ｕ、下アーム側アーム駆動回路３０５ｕは、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕから電力を供給され、上アーム側ゲート抵抗２０４ｕ、下アーム側ゲート抵抗３０４ｕを介して、上アーム２１ｕ、下２２ｕをスイッチング動作するように、制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２に応じた信号を出力する。
【０１００】
上アーム側ゲート駆動回路２３ｕ、２３ｖ、２３ｗ及び下アーム側ゲート駆動回路２４ｕ、２４ｖ、２４ｗは、同一の回路構成が望ましい。
【０１０１】
次に、上アーム側ゲート駆動回路２００ｕと下アーム側ゲート駆動回路３００ｕの回路動作を説明する。図７は、回路動作を説明するための上アーム側ゲート駆動回路２００ｕと下アーム側ゲート駆動回路３００ｕのタイミングチャートである。
【０１０２】
図７において、Ｖｇ＿ｕ１とＶｇ＿ｕ２は、制御回路４から上アーム側ゲート駆動回路２３ｕと下アーム側ゲート駆動回路２４ｕに入力される制御信号である。Ｖｄｓ＿ｕ１及びＶｄｓ＿ｕ２、Ｉｄｓ＿ｕ１及びＩｄｓ＿ｕ２は、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕ各々の主端子間における主端子電圧と主端子電流である。Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）は、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕ、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕの出力信号である。
【０１０３】
次に、本実施形態について、具体的な動作を以下に説明する。
【０１０４】
先ず、Ｖｇ＿ｕ１がオフ状態でかつＶｇ＿ｕ２がオン状態である場合から、Ｖｇ＿ｕ２がオフ状態に変化する（図中のｔ１時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ２はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ２から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｄｓ＿ｕ２の電圧値が立上り始め、それに同期してＩｄｓ＿ｕ２の電流値は立下り始める。そして、スイッチング動作が進み、最終的にはＶｄｓ＿ｕ２はバッテリ１の電圧値にほぼ等しくなり、Ｉｄｓ＿ｕ２はほぼ０になる（図中のｔ１‘時点）。このような状態になると、ターンオフ動作が終了したことになる。Ｉｄｓ＿ｕ２の電流値は、下アーム側主端子電流検出回路３１７ｕにより検出され、下アーム側第２の判定回路３１３ｕ内で所定値を下回ったか否かを判定し、下回った場合には下アーム側第２の判定回路３１３ｕから下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。次に、判定信号に応じて、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕから下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号がオン状態となる（図中のｔ２時点）。ここで、ｔ２時点は、ｔ１‘時点以降であれば良く、ほぼ同タイミングでも良い。そして、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号を入力された下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕは、出力電圧を高ｄｖ／ｄｔによる電圧変動の影響がない電圧まで低くする。
【０１０５】
次に、Ｖｇ＿ｕ１がオン状態に変化する（図中のｔ３時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ１はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ１から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｄｓ＿ｕ１の電圧値が立下り始め、それに同期してＩｄｓ＿ｕ１の電流値は立上り始める。そしてスイッチング動作が進み、最終的にはＶｄｓ＿ｕ１はバッテリ１の電圧値にほぼ等しくなり、Ｉｄｓ＿ｕ１はほぼ０になる（図中のｔ３‘時点）。このような状態になると、ターンオン動作が終了したことになる。
【０１０６】
ここで、Ｉｄｓ＿ｕ１の電流値は、上アーム側主端子電流検出回路２１７ｕにより検出され、上アーム側第２の判定回路２１３ｕ内で第２Ａの基準値を超えたか否かを判定し、超えた場合には上アーム側第２の判定回路２１３ｕから下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。
【０１０７】
上アーム側第２の判定回路２１３ｕの内部において、判定に使用する第２Ａの基準値に関しては、上アームがオフ時に印加される最大電流値の９０％以上が望ましい。このように設定することにより、上アームのターンオン動作終了時を正確に検出できるので、スイッチング素子の信頼性向上が図れる。
【０１０８】
次に、判定信号に応じて、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕから下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号がオフ状態となる。次に、Ｖｇ＿ｕ１がオン状態でかつＶｇ＿ｕ２がオフ状態である場合がしばらく経過した後、Ｖｇ＿ｕ１がオフ状態に変化する（図中のｔ４時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ１はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ１から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｄｓ＿ｕ１の電圧値が立上り始め、それに同期してＩｄｓ＿ｕ１の電流値は立下り始める。そして、スイッチング動作が進み、最終的にはＶｄｓ＿ｕ１はバッテリ１の電圧値にほぼ等しくなり、Ｉｄｓ＿ｕ１はほぼ０になる（図中のｔ４‘時点）。このような状態になると、ターンオフ動作が終了したことになる。Ｉｄｓ＿ｕ１の電流値は、上アーム側主端子電流検出回路２１７ｕにより検出され、上アーム側第２の判定回路２１３ｕ内で第２Ｂの基準値を下回ったか否かを判定し、下回った場合には、上アーム側第２の判定回路２１３ｕから上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。
【０１０９】
上アーム側第２の判定回路２１３ｕの内部において、判定に使用する第２Ｂの基準値に関しては、上アームがオン時に印加される最大電流値の１０％以上が望ましい。このように設定することにより、上アームのターンオフ動作終了時を正確に検出できるので、スイッチング素子の信頼性向上が図れる。
【０１１０】
次に、判定信号に応じて、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕから上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）信号がオン状態となる（図中のｔ５時点）。ここで、ｔ５時点は、ｔ４‘時点以降であれば良く、ほぼ同タイミングでも良い。そして、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）信号を入力された上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕは、出力電圧を高ｄｖ／ｄｔによる電圧変動の影響がない電圧まで低くする。次に、Ｖｇ＿ｕ２がオン状態に変化する（図中のｔ６時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ２はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ２から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｄｓ＿ｕ２の電圧値が立下り始め、それに同期してＩｄｓ＿ｕ２の電流値は立上り始める。そして、スイッチング動作が進み、最終的にはＶｄｓ＿ｕ２はバッテリ１の電圧値にほぼ等しくなり、Ｉｄｓ＿ｕ２はほぼ０になる（図中のｔ６‘時点）。このような状態になると、ターンオン動作が終了したことになる。
【０１１１】
ここで、Ｉｄｓ＿ｕ２の電流値は、下アーム側主端子電流検出回路３１７ｕにより検出され、下アーム側第２の判定回路３１３ｕ内で所定値を超えたか否かを判定し、超えた場合には下アーム側第２の判定回路３１３ｕからオフ電圧制御回路２０６ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。次に、判定信号に応じて、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕから上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）信号がオフ状態となる。
【０１１２】
ゆえに、高ｄｖ／ｄｔを発生させる高周波スイッチング動作などによる上下アーム短絡動作を抑制した高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。更に、アームをオフ状態に維持するゲート電圧よりも低い電圧を印加する時間を大幅に短縮できるので、デバイス寿命を長くすることが可能になる。
【０１１３】
（実施形態４）
次に、本発明の別の実施形態について、図９を用いて説明する。
【０１１４】
図９は、図５におけるレグ２５０ｕを詳細に説明するための回路図である。
【０１１５】
図６と異なる点は、上アーム側主端子電圧検出回路２０７ｕ、下アーム側主端子電圧検出回路３０７ｕを、上アーム側制御端子電圧検出回路２２７ｕ、下アーム側３２７ｕに置き換え、更に、上アーム側第１の判定回路２０３ｕ、下アーム側第１の判定回路３０３ｕを、上アーム側第３の判定回路２２３ｕ、下アーム側第３の判定回路３２３ｕに置き換えた点である。それ以外の構成は、図６と同じであるので、説明を省略する。
【０１１６】
上アーム側制御端子電圧検出回路２２７ｕ及び下アーム側制御端子電圧検出回路３２７ｕは、上アーム側ゲート駆動回路２００ｕ、下アーム側ゲート駆動回路３００ｕが各々対応したアームの制御端子間電圧（ゲート−ソース間電圧Ｖｇｓ）を検出し、検出した値に応じた信号を上アーム側第３の判定回路２２３ｕ、下アーム側第３の判定回路３２３ｕへと出力する。上アーム側第３の判定回路２２３ｕ、下アーム側第３の判定回路３２３ｕは、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕのスイッチング動作を制御する制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２と、上アーム側制御端子電圧検出回路２２３ｕ、下アーム側制御端子電圧検出回路３２３ｕの出力信号とに応じて、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕ、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕへと信号を出力する。上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕ、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕは、上アーム側第３の判定回路２２３ｕ、下アーム側第３の判定回路３２３ｕの出力信号に応じて、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕへとＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）を出力し、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕの出力電圧は任意の値に変化する。上アーム側アーム駆動回路２０５ｕ、下アーム側アーム駆動回路３０５ｕは、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕから電力を供給され、上アーム側ゲート抵抗２０４ｕ、下アーム側３０４ｕを介して、上アーム２１ｕ、下２２ｕをスイッチング動作するように、制御信号Ｖｇ＿ｕ１、Ｖｇ＿ｕ２に応じた信号を出力する。
【０１１７】
上アーム側ゲート駆動回路２３ｕ、２３ｖ、２３ｗ及び下アーム側ゲート駆動回路２４ｕ、２４ｖ、２４ｗは、同一の回路構成が望ましい。
【０１１８】
次に、上アーム側ゲート駆動回路２００ｕと下アーム側ゲート駆動回路３００ｕの回路動作を説明する。図１０は、回路動作を説明するための上アーム側ゲート駆動回路２００ｕ及び下アーム側ゲート駆動回路３００ｕの動作タイミングチャートである。
【０１１９】
図１０において、Ｖｇ＿ｕ１とＶｇ＿ｕ２は、制御回路４から上アーム側ゲート駆動回路２３ｕと下アーム側ゲート駆動回路２４ｕに入力される制御信号である。Ｖｇｓ＿ｕ１とＶｇｓ＿ｕ２、Ｉｄｓ＿ｕ１とＩｄｓ＿ｕ２は、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕ各々の制御端子電圧と主端子電流である。
【０１２０】
Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）は、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕ、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕの出力信号である。
【０１２１】
続いて、本実施形態について、具体的な動作を以下に説明する。
【０１２２】
先ず、Ｖｇ＿ｕ１がオフ状態でかつＶｇ＿ｕ２がオン状態である場合から、Ｖｇ＿ｕ２がオフ状態に変化する（図中のｔ１時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ２はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ２から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｇｓ＿ｕ２の電圧値が立上り始め、それに同期してＩｄｓ＿ｕ２の電流値は立下り始める。そしてスイッチング動作が進み、最終的にはＶｇｓ＿ｕ２はオン用電源３０１ｕの電圧値にほぼ等しくなり、Ｉｄｓ＿ｕ２はほぼ０になる（図中のｔ１‘時点）。このような状態になると、ターンオフ動作が終了したことになる。Ｖｇｓ＿ｕ２の電圧値は、下アーム側制御端子電圧検出回路３２７ｕにより検出され、下アーム側第３の判定回路３２３ｕ内で所定値を超えたか否かを判定し、超えた場合には、下アーム側第３の判定回路３２３ｕから下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。次に、判定信号に応じて、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕから下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号がオン状態となる（図中のｔ２時点）。ここで、ｔ２時点は、ｔ１‘時点以降であれば良く、ほぼ同タイミングでも良い。そして、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号を入力された下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕは、出力電圧を高ｄｖ／ｄｔによる電圧変動の影響がない電圧まで低くする。
【０１２３】
次に、Ｖｇ＿ｕ１がオン状態に変化する（図中のｔ３時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ１はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ１から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｇｓ＿ｕ１の電圧値が立下り始め、それに同期してＩｄｓ＿ｕ１の電流値は立上り始める。そして、スイッチング動作が進み、最終的にはＶｇｓ＿ｕ１はオン用電源２０１ｕの電圧値にほぼ等しくなり、Ｉｄｓ＿ｕ１はほぼ０になる（図中のｔ３‘時点）。このような状態になると、ターンオン動作が終了したことになる。
【０１２４】
ここで、Ｖｇｓ＿ｕ１の電圧値は、上アーム側制御端子電圧検出回路２２７ｕにより検出され、上アーム側第３の判定回路２２３ｕ内で所定値を下回ったか否かを判定し、下回った場合には、上アーム側第３の判定回路２２３ｕから下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。
【０１２５】
次に、判定信号に応じて、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕから下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号がオフ状態となる。
【０１２６】
次に、Ｖｇ＿ｕ１がオン状態でかつＶｇ＿ｕ２がオフ状態である場合がしばらく経過した後、Ｖｇ＿ｕ１がオフ状態に変化する（図中のｔ４時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ１はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ１から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｇｓ＿ｕ１の電圧値が立上り始め、それに同期してＩｄｓ＿ｕ１の電流値は立下り始める。そして、スイッチング動作が進み、最終的にはＶｇｓ＿ｕ１は上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕの電圧値にほぼ等しくなり、Ｉｄｓ＿ｕ１はほぼ０になる（図中のｔ４‘時点）。このような状態になると、ターンオフ動作が終了したことになる。Ｖｇｓ＿ｕ１の電圧値は、上アーム側制御端子電圧検出回路２２７ｕにより検出され、上アーム側第３の判定回路２２３ｕ内で第３Ａの基準値を超えたか否かを判定し、超えた場合には、上アーム側第３の判定回路２２３ｕから上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。
【０１２７】
上アーム側第３の判定回路２２３ｕの内部において、判定に使用する第３Ａの基準値に関しては、上アームがターンオン動作時に印加される制御端子の電圧値の９０％以上が望ましい。このように設定することにより、上アームのターンオフ動作終了時を正確に検出できるので、スイッチング素子の信頼性向上が図れる。更に、第３Ａの基準値は、制御端子に接続されるゲート抵抗値に応じて設定することが望ましい。一般的に、ゲート抵抗値が大きいほど、スイッチング素子のターンオン又はオフ動作するタイミングは、制御端子のオン又はオフするタイミングに対し、遅延する。よって、制御端子に接続されるゲート抵抗値が大きいほど、第３Ａの基準値をバッテリ１の電圧値に対し高い比率に設定することが望ましい。そのようにすることにより、スイッチング素子の信頼性の向上が図れる。
【０１２８】
次に、判定信号に応じて、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕから上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）信号がオン状態となる（図中のｔ５時点）。ここで、ｔ５時点は、ｔ４‘時点以降であれば良く、ほぼ同タイミングでも良い。そして、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）信号を入力された上アーム側オフ用電源２０２ｕは、出力電圧を高ｄｖ／ｄｔによる電圧変動の影響がない電圧まで低くする。
【０１２９】
次に、Ｖｇ＿ｕ２がオン状態に変化する（図中のｔ６時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ２はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ２から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｇｓ＿ｕ２の電圧値が立下り始め、それに同期してＩｄｓ＿ｕ２の電流値は立上り始める。そして、スイッチング動作が進み、最終的にはＶｇｓ＿ｕ２は下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕの電圧値にほぼ等しくなり、Ｉｄｓ＿ｕ２はほぼ０になる（図中のｔ６‘時点）。このような状態になると、ターンオン動作が終了したことになる。
【０１３０】
ここで、Ｖｇｓ＿ｕ２の電圧値は、下アーム側制御端子電圧検出回路３２７ｕにより検出され、下アーム側第３の判定回路３２３ｕ内で第３Ｂの基準値を下回ったか否かを判定し、下回った場合には、下アーム側第３の判定回路３２３ｕから上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。
【０１３１】
上アーム側第３の判定回路３２３ｕの内部において、判定に使用する第３Ｂの基準値に関しては、上アームがターンオフ動作時に印加される制御端子の電圧値の１０％以上が望ましい。このように設定することにより、上アームのターンオフ動作終了時を正確に検出できるので、スイッチング素子の信頼性向上が図れる。更に、第３Ｂの基準値は、制御端子に接続されるゲート抵抗値に応じて設定することが望ましい。一般的に、ゲート抵抗値が大きいほど、スイッチング素子のターンオン又はオフ動作するタイミングは、制御端子のオン又はオフするタイミングに対し、遅延する。よって、制御端子に接続されるゲート抵抗値が大きいほど、第３Ｂの基準値をバッテリ１の電圧値に対し高い比率に設定することが望ましい。そのようにすることにより、スイッチング素子の信頼性の向上が図れる。
【０１３２】
次に、判定信号に応じて、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕから上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）信号がオフ状態となる。
【０１３３】
ゆえに、高ｄｖ／ｄｔを発生させる高周波スイッチング動作などによる上下アーム短絡動作を抑制した高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。更に、アームをオフ状態に維持するゲート電圧よりも低い電圧を印加する時間を大幅に短縮できるので、デバイス寿命を長くすることが可能になる。
【０１３４】
（実施形態５）
次に、本発明の別の実施形態について、図１１を用いて説明する。
【０１３５】
図１１は、図５におけるレグ２５０ｕを、詳細に説明するための回路図である。図６と異なる点は、上アーム側主端子電圧変化率検出回路２０８ｕ、下アーム側主端子電圧変化率検出回路３０８ｕを追加した点と、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕ、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕを、上アーム側第１のオフ電圧調整回路２０９ｕ、下アーム側第１のオフ電圧調整回路３０９ｕに置き換えた点である。それ以外の構成は、図６と同じであるので、説明を省略する。請求項における「オフ電圧制御回路」は、本実施形態５においては、上アーム側第１のオフ電圧調整回路２０９ｕと、下アーム側第１のオフ電圧調整回路３０９ｕに対応する。
【０１３６】
上アーム側主端子電圧変化率検出回路２０８ｕ、下アーム側主端子電圧変化率検出回路３０８ｕは、上アーム側主端子電圧検出回路２０７ｕ、下アーム側主端子電圧検出回路３０７ｕで検出される主端子電圧の時間変化率（いわゆる、ｄｖ／ｄｔ）を検出する。
【０１３７】
また、上アーム側第１のオフ電圧調整回路２０９ｕ、下アーム側第１のオフ電圧調整回路３０９ｕは、上アーム側第１の判定回路２０３ｕ、下アーム側第１の判定回路３０３ｕと、上アーム側主端子電圧変化率検出回路２０８ｕ、下アーム側主端子電圧変化率検出回路３０８ｕの両出力信号が入力され、それらの信号に応じて、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動回路３０１ｕの出力電圧を調整する。
【０１３８】
次に、上アーム側ゲート駆動回路２００ｕと下アーム側ゲート駆動回路３００ｕの回路動作を説明する。図１２は、回路動作を説明するための上アーム側ゲート駆動回路２００ｕと下アーム側ゲート駆動回路３００ｕのタイミングチャートである。
【０１３９】
図１２において、Ｖｇ＿ｕ１とＶｇ＿ｕ２は、制御回路４から上アーム側ゲート駆動回路２３ｕと下アーム側ゲート駆動回路２４ｕに入力される制御信号である。Ｖｄｓ＿ｕ１とＶｄs＿ｕ２は、アーム２１ｕ、２２ｕ各々の主端子電圧である。
【０１４０】
Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ１）、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）は、上アーム側第１のオフ電圧調整回路２０９ｕ、下アーム側第１のオフ電圧調整回路３０９ｕの出力信号である。
【０１４１】
ここで、本実施形態について、具体的な動作を以下に説明する。
【０１４２】
先ず、Ｖｇ＿ｕ１がオフ状態でかつＶｇ＿ｕ２がオン状態である場合から、Ｖｇ＿ｕ２がオフ状態に変化する（図中のｔ１時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ２はアームを直接駆動する信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ２から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｄｓ＿ｕ２の電圧値が立上り始める。そして、スイッチング動作が進み、最終的にはＶｄｓ＿ｕ２は下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕの電圧値にほぼ等しくなる（図中のｔ１‘時点）。このような状態になると、ターンオフ動作が終了したことになる。ここで、下アーム側主端子電圧変化率検出回路３０８ｕにより、主端子電圧の変化率を検出し、検出信号ｄＶｄｓ／ｄｔ＿ｕ２を出力する。検出信号ｄＶｄｓ／ｄｔ＿ｕ２の出力値は、主端子電圧の変化率に依存する。
【０１４３】
Ｖｄｓ＿ｕ２の電圧値は、下アーム側第１の判定回路３０３ｕ内で所定値を超えたか否かを判定され、超えた場合には、下アーム側第１の判定回路３０３ｕから下アーム側第１のオフ電圧調整回路３０９ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。次に、判定信号に応じて、下アーム側第１のオフ電圧調整回路３０９ｕから下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号がオン状態となる（図中のｔ２時点）。ここで、ｔ２時点は、ｔ１‘時点以降であれば良く、ほぼ同タイミングでも良い。
【０１４４】
また、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号の出力電圧値は、下アーム側主端子電圧変化率検出回路３０８ｕの出力信号ｄＶｄｓ／ｄｔ＿ｕ２の出力電圧値に応じた値とする（図中では、ｄＶｄｓ／ｄｔ＿ｕ２信号がｄＶ／ｄｔ＿ｓ１の場合、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号は、Ｖｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）＿ｓ１としている）。
【０１４５】
次に、Ｖｇ＿ｕ１がオン状態に変化する（図中のｔ３時点）。すると、Ｖｇ＿ｕ１はアームを直接駆動する駆動信号ではなく、制御信号であるため、Ｖｇ＿ｕ１から所定の遅延時間を経過した後、Ｖｄｓ＿ｕ１の電圧値が立下り始める。そして、スイッチング動作が進み、最終的にはＶｄｓ＿ｕ１はバッテリ１の電圧値にほぼ等しくなる（図中のｔ３‘時点）。このような状態になると、ターンオン動作が終了したことになる。
【０１４６】
ここで、Ｖｄｓ＿ｕ１の電圧値は、上アーム側主端子電圧検出回路２０７ｕにより検出され、上アーム側第１の判定回路２０３ｕ内で所定値を下回ったか否かを判定し、下回った場合には、上アーム側第１の判定回路２０３ｕから下アーム側第１のオフ電圧調整回路３０９ｕへと判定信号が出力される（図示せず）。次に、判定信号に応じて、下アーム側第１のオフ電圧調整回路３０９ｕから下アーム側ゲート駆動電源３０２ｕへと出力されるＶｇ＿ｏｆｆ（ｕ２）信号がオフ状態となる。
【０１４７】
ゆえに、高ｄｖ／ｄｔを発生させる高周波スイッチング動作などによる上下アーム短絡動作を抑制した高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。更に、アームオフ状態に維持するゲート電圧よりも低い電圧を印加する時間を大幅に短縮できるので、デバイス寿命を長くすることが可能になる。
【０１４８】
また、主端子電圧の変化率に応じた、必要最低限のオフ電圧に設定することができるので、上述した効果を更に向上できる。
【０１４９】
尚、主端子電圧変化率により、オフ電源の出力電圧を調整する例を説明したが、主端子電流の変化率によっても、同様の効果を得ることができる。
【０１５０】
（実施形態６）
次に、本発明の別の実施形態について、図１３を用いて説明する。
【０１５１】
図１３は、回路動作を説明するための上アーム側ゲート駆動回路２００ｕと下アーム側ゲート駆動回路３００ｕのタイミングチャートである。図中の信号は、図１２と同じであるので、説明を省略する。
【０１５２】
ここで、下アーム側主端子電圧変化率検出回路３０８ｕの出力信号ｄＶｄｓ／ｄｔ＿ｕ２の出力電圧値が、所定の基準値ｄＶ／ｄｔ＿０よりも小さい場合には、下アーム側第１のオフ電圧調整回路３０９ｕの出力信号を停止する。
【０１５３】
ゆえに、高ｄｖ／ｄｔを発生させる高周波スイッチング動作などによる上下アーム短絡動作を抑制した高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。更に、アームをオフ状態に維持するゲート電圧よりも低い電圧を印加する時間を大幅に短縮できるので、デバイス寿命を長くすることが可能になる。
【０１５４】
また、主端子電圧の変化率が基準値より小さい場合に、所定のオフ電圧より低い電圧を印加することを制御できるので、上述した効果を更に向上できる。
【０１５５】
（実施形態７）
次に、本発明の実施形態７について、図１４を用いて説明する。
【０１５６】
図１４は、図５におけるレグ２５０ｕを、詳細に説明するための回路図である。図６と異なる点は、上アーム側アーム温度検出回路２１０ｕ、下アーム側アーム温度検出回路３１０ｕを追加した点と、上アーム側オフ電圧制御回路２０６ｕ、下アーム側オフ電圧制御回路３０６ｕを、上アーム側第２のオフ電圧調整回路２１９ｕ、下アーム側第２のオフ電圧調整回路３１９ｕに置き換えた点である。それ以外の構成は、図６と同じであるので、説明を省略する。請求項における「オフ電圧制御回路」は、本実施形態７においては、上アーム側第２のオフ電圧調整回路２１９ｕと、下アーム側第２のオフ電圧調整回路３１９ｕに対応する。
【０１５７】
アーム温度検出回路２１０ｕ、３１０ｕは、各々アーム２１ｕ、２２ｕの温度を検出し、検出した値を上アーム側第２のオフ電圧調整回路２１９ｕ、下アーム側第２のオフ電圧調整回路３１９ｕへと出力する。
【０１５８】
上アーム側第２のオフ電圧調整回路２１９ｕ、下アーム側第２のオフ電圧調整回路３１９ｕは、上アーム２１ｕ、下アーム２２ｕの検出されたアーム温度に応じて、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕの出力電圧を調整する。
【０１５９】
ここで、アームとなるスイッチング素子の温度としきい値電圧との関係について説明する。
【０１６０】
図１５は、一般的なスイッチング素子における、横軸をスイッチング素子の温度、縦軸をしきい値電圧としたグラフである。同図からも判るように、スイッチング素子の温度が高くなるにつれてしきい値電圧は徐々に低くなる。よって、スイッチング素子が高温状態にある場合には、比較的低い制御端子電圧においても、ターンオン動作する可能性がある。
【０１６１】
従って、アームの温度を検出し、検出した値に応じて、上アーム側ゲート駆動電源２０１ｕ、下アーム側ゲート駆動電源３０１ｕの出力電圧を、しきい値電圧が低下した値以上に低い値に調整することにより、この問題を解決できる。
【０１６２】
尚、検出するスイッチング素子の温度は、ジャンクション温度が望ましいが、それ以外でもスイッチング素子近傍でかつ、しきい値電圧と相関のある温度であれば良い。
【０１６３】
以上、本発明の各実施形態を具体的に説明した。しかし、前記実施形態２〜７では、上アームがターンオン動作する際に下アームに所定のオフ電圧より低い電圧を印加するように制御すると共に、下アームがターンオン動作する際に上アームに所定のオフ電圧より低い電圧を印加するように制御したが、その何れか一方の場合のみに本発明を適用しても良いのは勿論である。
【０１６４】
また、実施形態２〜７では、一方のアームがターンオン動作する際に、上下アームの他方のアームのみ、所定のオフ電圧より低い電圧を印加するように制御したが、その他、例えば、上アームのターンオン動作時には、これと同一のレグに属する下アームだけでなく、他のレグに属する下アームの全てを同じタイミングで、所定のオフ電圧よりも低い電圧を印加するように制御しても良い。このようにすれば、インバータ回路において、他相のスイッチング動作の影響を抑制でき、高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。更に、オフに維持するゲート電圧よりも低い電圧を印加する時間を大幅に短縮できるため、デバイス寿命を長くすることが可能になる。
【０１６５】
更に、他のレグのに属する下アームの全てを所定のオフ電圧よりも低い電圧を印加するように制御する場合には、それ等の下アーム別にオフ電圧を調整しても良い。このようにすれば、各レグの下アームを別種類のデバイスで構成する場合に、各レグの下アームを構成するデバイスの種類毎に、最適なオフ電圧を印加することが可能となり、高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。更に、オフに維持するゲート電圧よりも低い電圧を印加する時間を大幅に短縮できるので、アームのデバイス寿命を長くすることが可能になる。
【０１６６】
加えて、所定のオフ電圧より低い電圧は、デバイスに印加される電圧及び電流に応じて、任意に可変しても良い。このようにすれば、異なる電圧及び電流でのスイッチング動作の影響を抑制でき、より確実に誤動作を抑制できる。よって、高信頼性のゲート駆動回路を実現できる。
【０１６７】
尚、インバータを構成する６個の上アーム及び下アームは、全て同じスイッチング素子で構成する必要はない。その場合、高速スイッチング動作をし、高ｄｖ／ｄｔによる誤動作を引き起こす可能性のあるゲート駆動回路においてのみ、本発明を適用すれば良い。
【０１６８】
更に、インバータを構成する上アーム及び下アームの少なくとも１つは、ＭＯＳＦＥＴであっても良い。一般的にＭＯＳＦＥＴのスイッチング動作は高速で、かつ、寄生容量が大きいため、高ｄｖ／ｄｔによる誤動作を引き起こし易いが、ＭＯＳＦＥＴを駆動するゲート駆動回路に本発明を適用することにより、信頼性の高い電力変換回路を提供できる。
【０１６９】
加えて、インバータを構成する上アーム及び下アームの少なくとも１つは、炭化ケイ素又は窒化ガリウムを含むワイドバンドギャップ半導体であっても良い。ワイドギャップ半導体は、材料及び構造上、一般的なシリコン半導体よりも高速スイッチング動作でかつ寄生容量が大きいため、高ｄｖ／ｄｔによる誤動作を引き起こし易いが、ワイドギャップ半導体を駆動するゲート駆動回路に本発明を適用することにより、信頼性の高い電力変換回路を提供できる。
【０１７０】
また、ワイドギャップ半導体においては、制御端子の信頼性が重要課題であるため、本発明で実施するように、デバイス寿命に影響を与える過大な電圧を制御端子に印加する時間を大幅に短縮することにより、デバイス寿命を長くでき、信頼性の高い電力変換器を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【０１７１】
以上説明したように、本発明は、高周波駆動するインバータやコンバータ等の電力変換回路の高速スイッチング（高ｄｖ／ｄｔ）に伴う上下アーム短絡動作を抑制した高信頼性のゲート駆動回路を実現できると共に、アームをオフ状態に維持するゲート電圧よりも低い電圧を印加する時間を大幅に短縮できて、デバイス寿命を長くできるので、小型化が強く要求されるハイブリッド電気自動車及び電気自動車、電動コンプレッサ、電動パワーステアリング、エレベータを含めたあらゆるモータ駆動システム、また同じく小型化が強く望まれる風力発電システムなどの発電システム、等々に有用である。
【符号の説明】
【０１７２】
１                     バッテリ
２                     インバータ
３                     モータ
４                     制御回路
２１ｕ〜２１ｗ         上アーム
２２ｕ〜２２ｗ         下アーム
２３ｕ〜２３ｗ、
２００ｕ〜２００ｗ   上アーム側ゲート駆動回路
２４ｕ〜２４ｗ、
３００ｕ〜３００ｗ   下アーム側ゲート駆動回路
２５ｕ〜２５ｗ、
２５０ｕ〜２５０ｗ    レグ
１００ｕ               下アーム側タイマ回路（信号出力回路）
１０１ｕ、３０６ｕ     下アーム側オフ電圧制御回路
２０６ｕ               上アーム側オフ電圧制御回路
１０２ｕ、３０５ｕ     下アーム側アーム駆動回路
２０５ｕ               上アーム側アーム駆動回路
１０３ｕ、３０１ｕ     下アーム側ゲート駆動電源
２０１ｕ               上アーム側ゲート駆動電源
１０４ｕ、１０５ｕ、３０４ｕ     下アーム側ゲート抵抗
２０４ｕ               上アーム側ゲート抵抗
２００                 寄生容量
２０３ｕ               上アーム側第１の判定回路
３０３ｕ               下アーム側第１の判定回路
２１３ｕ               上アーム側第２の判定回路
３１３ｕ               下アーム側第２の判定回路
２２３ｕ               上アーム側第３の判定回路
３２３ｕ               下アーム側第３の判定回路
２０６ｕ               上アーム側オフ電圧制御回路
３０６ｕ               下アーム側オフ電圧制御回路
２０７ｕ               上アーム側主端子電圧検出回路
３０７ｕ               下アーム側主端子電圧検出回路
２０８ｕ               上アーム側主端子電圧変化率検出回路
３０８ｕ               下アーム側主端子電圧変化率検出回路
２０９ｕ               上アーム側第１のオフ電圧調整回路
（オフ電圧制御回路）
３０９ｕ               下アーム側第１のオフ電圧調整回路
（オフ電圧制御回路）
２１９ｕ               上アーム側第２のオフ電圧調整回路
（オフ電圧制御回路）
３１９ｕ               下アーム側第２のオフ電圧調整回路
（オフ電圧制御回路）
２１０ｕ               上アーム側アーム温度検出回路
３１０ｕ               下アーム側アーム温度検出回路
２１７ｕ               上アーム側主端子電流検出回路
３１７ｕ               下アーム側主端子電流検出回路
２２７ｕ               上アーム側制御端子電圧検出回路
３２７ｕ               下アーム側制御端子電圧検出回路
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧側に接続される上アーム及び低電圧側に接続される下アームと、前記上アームを駆動する上アーム側ゲート駆動回路及び前記下アームを駆動する下アーム側ゲート駆動回路とを備えた電力変換回路において、
前記上アーム側ゲート駆動回路及び前記下アーム側ゲート駆動回路は、各々、上アーム側ゲート駆動電源及び下アーム側ゲート駆動電源と、上アーム側アーム駆動回路及び下アーム側アーム駆動回路とを有し、
前記上アーム側ゲート駆動電源及び下アーム側ゲート駆動電源は、自己の前記上アーム又は下アームの制御端子に電圧を供給し、
前記上アーム側アーム駆動回路及び下アーム側アーム駆動回路は、自己の前記上アーム又は下アームを制御する制御信号を受け、この制御信号に応じてアーム駆動信号を出力し、
更に、前記下アーム側ゲート駆動回路は、信号出力回路と、オフ電圧制御回路とを有し、
前記信号出力回路は、前記下アームのターンオフ動作の終了及び前記上アームのターンオン動作の終了に応じた電圧調整信号を出力し、
前記オフ電圧制御回路は、前記信号出力回路の電圧調整信号を受け、前記下アームのターンオフ動作の終了から前記上アームのターンオン動作の開始までの期間において、前記下アームのオフ状態を満足する第１の電圧よりも低い第２の電圧を生成し、かつ前記上アームのターンオン動作の終了以後において、前記第２の電圧から前記第１の電圧に戻すように前記下アーム側ゲート駆動電源の出力電圧を制御する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項２】
前記請求項１記載の電力変換回路において、
前記信号出力回路は、タイマ回路を有し、
前記タイマ回路は、前記上アーム及び下アームの両制御信号を受け、この両制御信号が共にオフである前記下アーム及び上アームが共にターンオフ状態の期間でオン動作となり、前記上アームのターンオン動作の終了以後となる前記オン動作の所定期間経過後にオフ動作となるタイマ信号を出力し、
前記オフ電圧制御回路は、前記タイマ回路のタイマ信号を受け、このタイマ信号に基づいて前記下アーム側ゲート駆動電源の出力電圧を制御する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項３】
前記請求項１記載の電力変換回路において、
前記信号出力回路は、上アーム側主端子電圧検出回路及び下アーム側主端子電圧検出回路と、上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路とを有し、
前記上アーム側主端子電圧検出回路及び下アーム側主端子電圧検出回路は、各々、自己の前記上アーム又は前記下アームの主端子電圧値を検出し、
前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、前記自己の上アーム側主端子電圧検出回路又は下アーム側主端子電圧検出回路で検出された主端子電圧信号を受け、この主端子電圧信号に基づいて、自己の前記上アーム又は下アームのターンオフ動作及びターンオン動作の終了を検出する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項４】
前記請求項３記載の電力変換回路において、
前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、自己の前記上アーム側主端子電圧検出回路又は下アーム側主端子電圧検出回路で検出された主端子電圧信号を受け、この主端子電圧信号の電圧値と所定の基準電圧との比較に基づいて、自己のアームのターンオン動作及びターンオフ動作の終了を判定する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項５】
前記請求項１記載の電力変換回路において、
前記信号出力回路は、上アーム側主端子電流検出回路及び下アーム側主端子電流検出回路と、上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路とを有し、
前記上アーム側主端子電流検出回路及び下アーム側主端子電流検出回路は、各々、自己の前記上アーム又は前記下アームの主端子電流値を検出し、
前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、前記自己の上アーム側主端子電流検出回路又は下アーム側主端子電流検出回路で検出された主端子電流信号に基づいて、自己の前記上アーム又は下アームのターンオフ動作及びターンオン動作の終了を検出する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項６】
前記請求項５記載の電力変換回路において、
前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、前記上アーム側主端子電流検出回路又は下アーム側主端子電流検出回路からの主端子電流信号を受け、この主端子電流信号の電流値と所定の基準電圧との比較に基づいて、自己のアームのターンオン動作及びターンオフ動作の終了を判定する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項７】
前記請求項１記載の電力変換回路において、
前記信号出力回路は、上アーム側制御端子電圧検出回路及び下アーム側制御端子電圧検出回路と、上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路とを有し、
前記上アーム側制御端子電圧検出回路及び下アーム側制御端子電圧検出回路は、各々、自己の前記上アーム又は前記下アームの制御端子の電圧値を検出し、
前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、前記自己の上アーム側制御端子電圧検出回路又は下アーム側制御端子電圧検出回路で検出された制御端子電圧信号に基づいて、自己の前記上アーム又は下アームのターンオフ動作及びターンオン動作の終了を検出する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項８】
前記請求項７記載の電力変換回路において、
前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、自己のアームの制御端子電圧検出回路で検出された制御端子電圧信号を受け、この制御端子電圧信号の電圧と所定の基準電圧との比較に基づいて、自己のアームのターンオン動作及びターンオフ動作の終了を判定する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項９】
前記請求項３記載の電力変換回路において、
前記信号出力回路は、更に、下アーム側主端子電圧変化率検出回路を有し、
前記下アーム側主端子電圧変化率検出回路は、自己の前記下アームの主端子電圧の変化率を検出し、
前記オフ電圧制御回路は、前記下アーム側主端子電圧変化率検出回路の検出結果を受け、この検出結果に基づいて、前記下アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を変更する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項１０】
前記請求項９記載の電力変換回路において、
前記オフ電圧制御回路は、前記下アーム側主端子電圧の変化率が大きいほど、前記下アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を、一層低い電圧値に調整する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項１１】
前記請求項９記載の電力変換回路において、
前記オフ電圧制御回路は、前記下アーム側主端子電圧の変化率が所定変化率よりも小さいときには、前記下アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を前記第１の電圧に維持する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項１２】
前記請求項３記載の電力変換回路において、
前記信号出力回路は、更に、下アーム側アーム温度検出回路を有し、
前記下アーム側アーム温度検出回路は、自己の前記下アームの温度を検出し、
前記オフ電圧制御回路は、前記下アーム側アーム温度検出回路の検出結果を受け、この検出結果に基づいて、前記下アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を変更する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項１３】
前記請求項１２記載の電力変換回路において、
前記オフ電圧制御回路は、前記下アーム側アーム温度検出回路で検出した下アームのアーム温度が高いほど、前記下アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧を一層低い電圧値に調整する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項１４】
高電圧側に接続される上アーム及び低電圧側に接続される下アームと、前記上アームを駆動する上アーム側ゲート駆動回路及び前記下アームを駆動する下アーム側ゲート駆動回路とを備えた電力変換回路において、
前記上アーム側ゲート駆動回路及び前記下アーム側ゲート駆動回路は、各々、上アーム側ゲート駆動電源及び下アーム側ゲート駆動電源と、上アーム側アーム駆動回路及び下アーム側アーム駆動回路とを有し、
前記上アーム側ゲート駆動電源及び下アーム側ゲート駆動電源は、自己の前記上アーム又は下アームの制御端子に電圧を供給し、
前記上アーム側アーム駆動回路及び下アーム側アーム駆動回路は、自己の前記上アーム又は下アームを制御する制御信号を受け、この制御信号に応じてアーム駆動信号を出力し、
更に、前記上アーム側ゲート駆動回路は、信号出力回路と、オフ電圧制御回路とを有し、
前記信号出力回路は、前記上アームのターンオフ動作の終了及び前記下アームのターンオン動作の終了に応じた電圧調整信号を出力し、
前記オフ電圧制御回路は、前記信号出力回路の電圧調整信号を受け、前記上アームのターンオフ動作の終了から前記下アームのターンオン動作の開始までの期間において、前記上アームのオフ状態を満足する第１の電圧よりも低い第２の電圧を生成し、かつ前記下アームのターンオン動作の終了以後において、前記第２の電圧から前記第１の電圧に戻すように前記上アーム側ゲート駆動電源の出力電圧を制御する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項１５】
前記請求項１４記載の電力変換回路において、
前記信号出力回路は、タイマ回路を有し、
前記タイマ回路は、前記上アーム及び下アームの両制御信号を受け、この両制御信号が共にオフである前記下アーム及び上アームが共にターンオフ状態の期間でオン動作となり、前記下アームのターンオン動作の終了以後となる前記オン動作の所定期間経過後にオフ動作となるタイマ信号を出力し、
前記オフ電圧制御回路は、前記タイマ回路のタイマ信号を受け、このタイマ信号に基づいて前記下アーム側ゲート駆動電源の出力電圧を制御する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項１６】
前記請求項１４記載の電力変換回路において、
前記信号出力回路は、上アーム側主端子電圧検出回路及び下アーム側主端子電圧検出回路と、上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路とを有し、
前記上アーム側主端子電圧検出回路及び下アーム側主端子電圧検出回路は、各々、自己の前記上アーム又は前記下アームの主端子電圧値を検出し、
前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、前記自己の上アーム側主端子電圧検出回路又は下アーム側主端子電圧検出回路で検出された主端子電圧信号を受け、この主端子電圧信号に基づいて、自己の前記上アーム又は下アームのターンオフ動作及びターンオン動作の終了を検出する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項１７】
前記請求項１６記載の電力変換回路において、
前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、自己の前記上アーム側主端子電圧検出回路又は下アーム側主端子電圧検出回路で検出された主端子電圧信号を受け、この主端子電圧信号の電圧値と所定の基準電圧との比較に基づいて、自己のアームのターンオン動作及びターンオフ動作の終了を判定する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項１８】
前記請求項１４記載の電力変換回路において、
前記信号出力回路は、上アーム側主端子電流検出回路及び下アーム側主端子電流検出回路と、上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路とを有し、
前記上アーム側主端子電流検出回路及び下アーム側主端子電流検出回路は、各々、自己の前記上アーム又は前記下アームの主端子電流値を検出し、
前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、前記自己の上アーム側主端子電流検出回路又は下アーム側主端子電流検出回路で検出された主端子電流信号に基づいて、自己の前記上アーム又は下アームのターンオフ動作及びターンオン動作の終了を検出する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項１９】
前記請求項１８記載の電力変換回路において、
前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、前記上アーム側主端子電流検出回路又は下アーム側主端子電流検出回路からの主端子電流信号を受け、この主端子電流信号の電流値と所定の基準電圧との比較に基づいて、自己のアームのターンオン動作及びターンオフ動作の終了を判定する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項２０】
前記請求項１４記載の電力変換回路において、
前記信号出力回路は、上アーム側制御端子電圧検出回路及び下アーム側制御端子電圧検出回路と、上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路とを有し、
前記上アーム側制御端子電圧検出回路及び下アーム側制御端子電圧検出回路は、各々、自己の前記上アーム又は前記下アームの制御端子の電圧値を検出し、
前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、前記自己の上アーム側制御端子電圧検出回路又は下アーム側制御端子電圧検出回路で検出された制御端子電圧信号に基づいて、自己の前記上アーム又は下アームのターンオフ動作及びターンオン動作の終了を検出する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項２１】
前記請求項２０記載の電力変換回路において、
前記上アーム側判定回路及び下アーム側判定回路は、各々、自己のアームの制御端子電圧検出回路で検出された制御端子電圧信号を受け、この制御端子電圧信号の電圧と所定の基準電圧との比較に基づいて、自己のアームのターンオン動作及びターンオフ動作の終了を判定する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項２２】
前記請求項１６記載の電力変換回路において、
前記信号出力回路は、更に、上アーム側主端子電圧変化率検出回路を有し、
前記上アーム側主端子電圧変化率検出回路は、自己の前記上アームの主端子電圧の変化率を検出し、
前記オフ電圧制御回路は、前記上アーム側主端子電圧変化率検出回路の検出結果を受け、この検出結果に基づいて、前記上アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を変更する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項２３】
前記請求項２２記載の電力変換回路において、
前記オフ電圧制御回路は、前記上アーム側主端子電圧の変化率が大きいほど、前記上アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を、一層低い電圧値に調整する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項２４】
前記請求項２２記載の電力変換回路において、
前記オフ電圧制御回路は、前記上アーム側主端子電圧の変化率が所定変化率よりも小さいときには、前記上アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を前記第１の電圧に維持する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項２５】
前記請求項１６記載の電力変換回路において、
前記信号出力回路は、更に、上アーム側アーム温度検出回路を有し、
前記上アーム側アーム温度検出回路は、自己の前記上アームの温度を検出し、
前記オフ電圧制御回路は、前記上アーム側アーム温度検出回路の検出結果を受け、この検出結果に基づいて、前記上アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧の電圧値を変更する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項２６】
前記請求項２５記載の電力変換回路において、
前記オフ電圧制御回路は、前記上アーム側アーム温度検出回路で検出した上アームのアーム温度が高いほど、前記上アーム側ゲート駆動電源が生成する第２の電圧を一層低い電圧値に調整する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項２７】
前記請求項１〜２６記載の電力変換回路において、
前記上アーム及び下アームは、ＭＯＳＦＥＴで構成される
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項２８】
前記請求項１〜２６記載の電力変換回路において、
前記上アーム及び下アームは、炭化ケイ素又は窒化ガリウムを含むワイドバンドギャップ半導体により構成される
ことを特徴とする電力変換回路。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
2010070899.tif 000020
【図４】
2010070899.tif 000021
【図５】
2010070899.tif 000022
【図６】
2010070899.tif 000023
【図７】
2010070899.tif 000024
【図８】
2010070899.tif 000025
【図９】
2010070899.tif 000026
【図１０】
2010070899.tif 000027
【図１１】
2010070899.tif 000028
【図１２】
2010070899.tif 000029
【図１３】
2010070899.tif 000030
【図１４】
2010070899.tif 000031
【図１５】
2010070899.tif 000032
【国際調査報告】
2010070899.tif 000033
2010070899.tif 000034