(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体スイッチング素子を駆動する駆動信号を生成するゲート駆動回路であって、
高周波を変調することで、第一の変調信号を生成する変調信号生成回路と、
前記第一の変調信号を非接触伝送する第一の絶縁素子と、
前記第一の絶縁素子によって非接触伝送された前記第一の変調信号を整流することで、第一の出力信号を生成する第一の整流回路と、
を備え、
前記第一の変調信号は、第一の振幅と、前記第一の振幅よりも大きい第二の振幅と、前記第二の振幅よりも大きい第三の振幅と、を含む信号であり、
前記第一の出力信号は、前記第一の振幅に応じた第一の出力電圧値と、前記第二の振幅に応じた第二の出力電圧値と、前記第三の振幅に応じた第三の出力電圧値と、を含む信号であり、
前記駆動信号は、前記第一の出力信号の少なくとも一部を含む、
ゲート駆動回路。
【請求項２】
前記駆動信号は、前記第二の出力電圧値および前記第三の出力電圧値を含む、３つ以上の電圧値を示す、
請求項１に記載のゲート駆動回路。
【請求項３】
前記駆動信号において、前記半導体スイッチング素子をオン状態にするための期間をオン期間とし、前記半導体スイッチング素子をオフ状態にするための期間をオフ期間とすると、
前記駆動信号は、前記オン期間のうち、前記オフ期間から前記オン期間に切り替わった後の第一オン期間において前記第三の出力電圧値をとり、前記第一オン期間に続く第二オン期間において前記第二の出力電圧値をとる、
請求項１に記載のゲート駆動回路。
【請求項４】
前記変調信号生成回路は、前記高周波を変調することで、第二の変調信号を生成し、
前記ゲート駆動回路は、さらに、
前記第二の変調信号を非接触伝送する第二の絶縁素子と、
前記第二の絶縁素子によって非接触伝送された前記第二の変調信号を整流することで、第二の出力信号を生成する第二の整流回路と、
を備え、
前記第二の変調信号は、第四の振幅と、前記第四の振幅よりも大きい第五の振幅と、前記第五の振幅よりも大きい第六の振幅と、を含む信号であり、
前記第二の出力信号は、前記第四の振幅に応じた第四の出力電圧値と、前記第五の振幅に応じた第五の出力電圧値と、前記第六の振幅に応じた第六の出力電圧値と、を含む信号であり、
前記駆動信号は、前記第一の出力信号の少なくとも一部と、前記第二の出力信号の少なくとも一部と、を含む、
請求項１に記載のゲート駆動回路。
【請求項５】
前記駆動信号は、前記第二の出力電圧値、前記第三の出力電圧値、記第五の出力電圧値および前記第六の出力電圧値を含む、
請求項４に記載のゲート駆動回路。
【請求項６】
前記駆動信号において、前記半導体スイッチング素子をオン状態にするための期間をオン期間とし、前記半導体スイッチング素子をオフ状態にするための期間をオフ期間とすると、
前記駆動信号は、前記オフ期間のうち、前記オン期間から前記オフ期間に切り替わった後の第一オフ期間において前記第六の出力電圧値をとり、前記第一オフ期間に続く第二オフ期間において前記第五の出力電圧値をとる、
請求項４に記載のゲート駆動回路。
【請求項７】
前記変調信号生成回路は、前記高周波を変調または部分的に増幅することで、第一の部分変調信号を生成し、前記部分変調信号を変調または部分的に増幅することで第一の変調信号を生成する、
請求項１に記載のゲート駆動回路。
【請求項８】
入力信号が入力される入力端子をさらに備え、
前記変調信号生成回路は、第一の増幅回路と、変調回路と、を含み、
前記第一の増幅回路は、前記高周波のうち、第一の増幅期間における振幅を増幅することで、第一の部分変調信号を生成し、
前記変調回路は、前記入力端子に入力される前記入力信号に応じて、前記第一の部分変調信号を変調することで、前記第一の変調信号を生成する、
請求項１に記載のゲート駆動回路。
【請求項９】
第二の変調信号を非接触伝送する第二の絶縁素子と、
前記第二の絶縁素子によって非接触伝送された前記第二の変調信号を整流することで、第二の出力信号を生成する第二の整流回路と、をさらに備え、
前記変調回路は、前記入力端子に入力される前記入力信号を反転させた信号に応じて、前記第一の部分変調信号を変調することで、前記第二の変調信号を生成する、
請求項８に記載のゲート駆動回路。
【請求項１０】
入力信号が入力される入力端子をさらに備え、
前記変調信号生成回路は、第一の増幅回路と、変調回路と、を含み、
前記変調回路は、前記入力端子に入力される前記入力信号に応じて、前記高周波を変調することで、第一の部分変調信号を生成し、
前記第一の増幅回路は、第一の部分変調信号のうち、第一の増幅期間における振幅を増幅することで、前記第一の変調信号を生成する、
請求項１に記載のゲート駆動回路。
【請求項１１】
前記変調回路は、前記入力端子に入力される前記入力信号を反転させた信号に応じて、前記高周波を変調することで、第二の部分変調信号を生成し、
前記ゲート駆動回路は、さらに、前記変調信号生成回路は、第二の増幅回路を含み、
前記第二の増幅回路は、前記第二の部分変調信号のうち、第二の増幅期間における振幅を増幅することで、第二の変調信号を生成する、
請求項１０に記載のゲート駆動回路。
【請求項１２】
第一の入力信号が入力される第一の入力端子をさらに備え、
前記変調信号生成回路は、前記第一の入力信号に応じて前記高周波を変調することで、前記第一の変調信号を生成し、
前記第一の入力信号は、第一の入力電圧値と、前記第一の入力電圧値よりも大きい第二の入力電圧値と、前記第二の入力電圧値よりも大きい第三の入力電圧値と、を含む信号であり、
前記第一の変調信号は、前記第一の入力電圧値に応じた前記第一の振幅と、前記第二の入力電圧値に応じた前記第二の振幅と、前記第三の入力電圧値に応じた前記第三の振幅と、を含む信号である、
請求項１に記載のゲート駆動回路。
【請求項１３】
前記変調信号生成回路は、第一の増幅回路を含み、
前記第一の増幅回路は、前記第一の入力信号に応じて、前記高周波の振幅を増幅することで、前記第一の変調信号を生成する、
請求項１２に記載のゲート駆動回路。
【請求項１４】
第二の入力信号が入力される第二の入力端子と、
第二の変調信号を非接触伝送する第二の絶縁素子と、
前記第二の絶縁素子によって非接触伝送された前記第二の変調信号を整流することで、第二の出力信号を生成する第二の整流回路と、をさらに備え、
前記変調信号生成回路は、前記第二の入力信号で前記高周波を変調することで、前記第二の変調信号を生成し、
前記第二の入力信号は、第四の入力電圧値と、前記第四の入力電圧値よりも大きい第五の入力電圧値と、前記第五の入力電圧値よりも大きい第六の入力電圧値と、を含む信号であり、
前記第二の変調信号は、前記第四の入力電圧値に応じた第四の振幅と、前記第五の入力電圧値に応じた第五の振幅と、前記第六の入力電圧値に応じた前記第六の振幅と、を含む信号であり、
前記第二の出力信号は、前記第四の振幅に応じた第四の出力電圧値と、前記第五の振幅に応じた第五の出力電圧値と、前記第六の振幅に応じた第六の出力電圧値と、を含む信号であり、
前記駆動信号は、前記第一の出力信号の少なくとも一部と、前記第二の出力信号の少なくとも一部と、を含む、
請求項１２に記載のゲート駆動回路。
【請求項１５】
第二の入力信号が入力される第二の入力端子と、
第二の変調信号を非接触伝送する第二の絶縁素子と、
前記第二の絶縁素子によって非接触伝送された前記第二の変調信号を整流することで、第二の出力信号を生成する第二の整流回路と、をさらに備え、
前記変調信号生成回路は、第一の増幅回路と第二の増幅回路とを含み、
前記第一の増幅回路は、前記高周波を取得し、前記高周波の振幅を、前記第一の入力端子に入力される前記第一の入力信号に応じて増幅することで、前記第一の変調信号を生成し、
前記第二の増幅回路は、前記高周波を取得し、前記高周波の振幅を、前記第二の入力端子に入力される前記第二の入力信号に応じて増幅することで、前記第二の変調信号を生成し、
前記第二の入力信号は、第四の入力電圧値と、前記第四の入力電圧値よりも大きい第五の入力電圧値と、前記第五の入力電圧値よりも大きい第六の入力電圧値と、を含む信号であり、
前記第二の変調信号は、前記第四の入力電圧値に応じた第四の振幅と、前記第五の入力電圧値に応じた第五の振幅と、前記第六の入力電圧値に応じた第六の振幅と、を含む信号であり、
前記駆動信号は、前記第一の出力信号の少なくとも一部と、前記第二の出力信号の少なくとも一部と、を含む、
請求項１２に記載のゲート駆動回路。
【請求項１６】
前記第一の変調信号の立ち上がり直後の所定期間の振幅、および前記第一の変調信号の立ち下がり直後の所定期間の振幅の少なくとも一方は、過去に前記第一の増幅回路によって増幅されている、
請求項８、１０および１３のいずれか１項に記載のゲート駆動回路。
【請求項１７】
前記第一の変調信号のうち前記第三の振幅を示す期間は、過去に前記第一の増幅回路によって増幅されている、
請求項８、１０および１３のいずれか１項に記載のゲート駆動回路。
【請求項１８】
前記入力端子に入力される前記入力信号から第一信号を生成する第一回路をさらに備え、
前記第一の増幅期間は、前記第一信号に基づいて指定される、
請求項８または１０に記載のゲート駆動回路。
【請求項１９】
前記第一回路は、前記入力信号を微分する微分回路である、
請求項１８に記載のゲート駆動回路。
【請求項２０】
前記変調回路は、入力された前記高周波または前記第一の部分変調信号を、前記入力端子から入力される前記入力信号と混合することによって変調する混合回路である、
請求項８または１０に記載のゲート駆動回路。
【請求項２１】
前記変調回路は、入力された前記高周波または前記第一の部分変調信号を、前記入力端子から入力される前記入力信号に応じて選択的に出力することによって変調するスイッチ回路である、
請求項８または１０に記載のゲート駆動回路。
【請求項２２】
前記変調信号生成回路は、前記高周波を生成する高周波発振回路をさらに備える、
請求項１から２１のいずれか１項に記載のゲート駆動回路。
【請求項２３】
前記第一の絶縁素子は、電磁共鳴結合器である、
請求項１から２２のいずれか１項に記載のゲート駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体スイッチング素子を駆動するゲート駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」ともいう。）のゲート駆動回路は、スイッチング素子のゲート端子にゲート電圧を印加することによって、スイッチング素子のオン／オフを制御する。以下、この制御を、単に「ゲート駆動」と記載する場合がある。ゲート駆動回路は、例えば、パワーデバイスの一種であるＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの高耐圧のスイッチング素子のオン／オフを制御する。【０００３】
このようなパワーデバイスのゲート駆動回路は、スイッチング素子と接続される出力側の基準電圧が非常に高い。このため、ゲート駆動回路は、制御信号が入力される１次側と、スイッチング素子へゲート電圧を出力する２次側との間で、直流成分が絶縁されている、すなわち信号グラウンドが絶縁されている必要がある。【０００４】
ゲート駆動回路の１次側と２次側との間で、直流成分の絶縁を実現できる電子回路素子は、信号絶縁素子と呼ばれる。信号絶縁素子は、パワーデバイスを駆動するためには不可欠な素子である。信号絶縁素子は、ロジック・グラウンドとＲＦグラウンドとを分離する。【０００５】
パワーデバイスであるスイッチング素子を駆動するためには、別途、絶縁電源が必要である。しかし、絶縁電源は、回路規模の増大を引き起こす。このため、ゲート駆動回路が、ゲート信号を絶縁するだけでなく、絶縁された電力をスイッチング素子のゲートに供給できるようになれば、外部絶縁電源が不要となり、ゲート駆動回路を小型化できる。【０００６】
特許文献１は、図１に示されるような、オープンリング共振器を信号絶縁素子として用いた電力伝送システムを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−０６７０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のゲート駆動回路がにおいて、スイッチング素子の特性に応じた電圧波形を有する駆動信号を、スイッチング素子のゲート端子に印加することが望まれる。【０００９】
そこで、本開示は、任意の電圧波形を有する駆動信号を生成し、スイッチング素子に印加することが可能なゲート駆動回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一態様に係るゲート駆動回路は、半導体スイッチング素子を駆動する駆動信号を生成するゲート駆動回路であって、高周波を変調することで、第一の変調信号を生成する変調信号生成回路と、第一の変調信号を非接触伝送する第一の絶縁素子と、第一の絶縁素子によって非接触伝送された第一の変調信号を整流することで、第一の出力信号を生成する第一の整流回路と、を備え、第一の変調信号は、第一の振幅と、第一の振幅よりも大きい第二の振幅と、第二の振幅よりも大きい第三の振幅と、を含む信号であり、第一の出力信号は、第一の振幅に応じた第一の出力電圧値と、第二の振幅に応じた第二の出力電圧値と、第三の振幅に応じた第三の出力電圧値と、を含む信号であり、駆動信号は、第一の出力信号の少なくとも一部を含む。
【発明の効果】
【００１１】
本開示に係るゲート駆動回路によれば、任意の電圧波形を有する駆動信号を生成し、スイッチング素子に印加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、従来の信号伝送装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、半導体スイッチング素子のゲート駆動時の電圧および電流の関係の一例を示す図である。
【図３】図３は、半導体スイッチング素子のゲート駆動時の電圧および電流の関係の一例を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係るゲート駆動回路の構成の一例を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態１に係るゲート駆動回路の送信部の回路構成の一例を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態１に係るゲート駆動回路が出力する駆動信号の電圧波形の一例を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態１に係るゲート駆動回路を用いた場合の半導体スイッチング素子のスイッチング波形の一例を示す図である。
【図８】図８は、第二の電磁共鳴結合器等を除いたゲート駆動回路の構成の一例を示す図である。
【図９】図９は、スイッチを備えるゲート駆動回路の構成の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態２に係るゲート駆動回路の構成の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態３に係るゲート駆動回路の構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（本開示の基礎となった知見）
従来のゲート駆動回路は、典型的には、半導体スイッチング素子をオン状態とするための電圧と、スイッチング素子をオフ状態とするための電圧との２つの電圧値をとる信号を、スイッチング素子のゲート端子に印加していた。
【００１４】
これに対して、ゲート駆動回路が、スイッチング素子の特性に応じた電圧波形を有する駆動信号を、スイッチング素子のゲート端子に印加することができれば、より効率的なゲート駆動が実現される。
【００１５】
図２および図３は、パワーデバイスであるスイッチング素子のゲート駆動時の電圧および電流の関係の一例を示す図である。なお、図２および図３は、ｎチャネル型のスイッチング素子１０をオン状態にするために、スイッチング素子１０のゲート端子にハイレベルの電圧が印加される場合の図である。
【００１６】
典型的には、図２の（ａ）に示されるように、スイッチング素子１０のゲート端子には、スイッチング素子１０をオン状態にする期間においてハイレベルの電圧が印加される。
【００１７】
ここで、スイッチング素子１０をオフ状態からオン状態にする際には、図２の（ａ）に示されるようにゲート容量に電荷を供給する大きな電流が必要である。ところが、その後、スイッチング素子１０をオン状態に保持するために必要な電流は小さい。
【００１８】
また、スイッチング素子をオン状態からオフ状態にする際には、ゲート容量から電荷を引き抜く大きな電流が必要であるが、その後、スイッチング素子１０をオフ状態に保持するために必要な電流は小さい。
【００１９】
そこで、ゲート駆動回路の消費電力を下げるためには、図３の（ａ）に示されるような電圧波形の駆動信号が、スイッチング素子に印加されることが理想的である。これにより、従来よりも小さい消費電力で動作するゲート駆動回路が実現される。
【００２０】
また、図２の（ａ）に示されるような電圧波形の信号がスイッチング素子１０に印加された場合、スイッチング素子１０のオフ状態からオン状態への切り替え時に電力が不足する場合や、オン状態からオフ状態への切り替え時に電力が過剰に供給される場合がある。このような場合、図２の（ｂ）に示されるように、スイッチング素子１０の出力波形にノイズが発生する。なお、スイッチング素子１０の出力波形は、スイッチング素子１０の電力出力波形を意味し、ここでは、スイッチング素子１０に接続される負荷の影響は考慮されていない。
【００２１】
これに対し、図３の（ａ）に示されるような、立ち上がり直後および立ち下がり直後において電圧値の絶対値が十分に大きい電圧波形の駆動信号がスイッチング素子１０に印加された場合、図３の（ｂ）に示されるように、スイッチング素子１０の出力波形のノイズが低減される。
【００２２】
しかしながら、従来の絶縁型ゲート駆動回路は、絶縁電源の電圧をフォトカプラ等でオフからオンまたはオンからオフに切り替える制御のみが行われていたため、図３の（ａ）に示されるような電圧値が３値以上を示す電圧波形の駆動信号を生成することはできなかった。
【００２３】
また、従来の絶縁型ゲート駆動回路は、トランスを用いた電磁誘導結合によって１次側と２次側とが絶縁される。トランスによる電磁誘導結合では、トランス部でエネルギーが蓄積される。このため、従来の絶縁型ゲート駆動回路は、図３の（ａ）に示されるような、電圧値が高速に変化する駆動信号を、スイッチング素子１０に印加することができなかった。
【００２４】
そこで、本発明者らは、任意の電圧波形を有する駆動信号を生成し、スイッチング素子に印加することが可能なゲート駆動回路を検討し、本開示のゲート駆動回路を着想した。
【００２５】
本開示の一態様（ａｓｐｅｃｔ）に係るゲート駆動回路は、半導体スイッチング素子を駆動する駆動信号を生成するゲート駆動回路であって、高周波を変調することで、第一の変調信号を生成する変調信号生成回路と、第一の変調信号を非接触伝送する第一の絶縁素子と、第一の絶縁素子によって非接触伝送された第一の変調信号を整流することで、第一の出力信号を生成する第一の整流回路と、を備え、第一の変調信号は、第一の振幅と、第一の振幅よりも大きい第二の振幅と、第二の振幅よりも大きい第三の振幅と、を含む信号であり、第一の出力信号は、第一の振幅に応じた第一の出力電圧値と、第二の振幅に応じた第二の出力電圧値と、第三の振幅に応じた第三の出力電圧値と、を含む信号であり、駆動信号は、第一の出力信号の少なくとも一部を含む。
【００２６】
ゲート駆動回路は、高周波の変調と、１次側から２次側への非接触伝送と、整流による復調とにより、３つ以上の値を有する信号の１次側から２次側への非接触伝送を実現できる。これにより、ゲート駆動回路は、スイッチング素子の特性に応じて、任意の電圧波形を有する駆動信号を生成できる。
【００２７】
本開示の一態様に係るゲート駆動回路において、例えば、駆動信号は、第二の出力電圧値および第三の出力電圧値を含む、３つ以上の電圧値を示してもよい。これにより、ゲート駆動回路は、３つ以上の電圧値を有する駆動電圧によって、半導体スイッチング素子を駆動でき、例えば、スイッチングにおけるノイズが低減される。
【００２８】
例えば、駆動信号において、半導体スイッチング素子をオン状態にするための期間をオン期間とし、半導体スイッチング素子をオフ状態にするための期間をオフ期間とすると、駆動信号は、オン期間のうち、オフ期間からオン期間に切り替わった後の第一オン期間において第三の出力電圧値をとり、第一オン期間に続く第二オン期間において第二の出力電圧値をとってもよい。
【００２９】
これにより、半導体スイッチング素子をオフ状態からオン状態に切り替えるときに絶対値が大きな電圧を印加し、その後の期間において相対的に絶対値が小さな電圧を印加することができる。これにより、効率的なスイッチングが実現でき、消費電力を低減できる。
【００３０】
本開示の一態様に係るゲート駆動回路において、例えば、変調信号生成回路は、高周波を変調することで、第二の変調信号を生成し、ゲート駆動回路は、さらに、第二の変調信号を非接触伝送する第二の絶縁素子と、第二の絶縁素子によって非接触伝送された第二の変調信号を整流することで、第二の出力信号を生成する第二の整流回路と、を備え、第二の変調信号は、第四の振幅と、第四の振幅よりも大きい第五の振幅と、第五の振幅よりも大きい第六の振幅と、を含む信号であり、第二の出力信号は、第四の振幅に応じた第四の出力電圧値と、第五の振幅に応じた第五の出力電圧値と、第六の振幅に応じた第六の出力電圧値と、を含む信号であり、駆動信号は、第一の出力信号の少なくとも一部と、第二の出力信号の少なくとも一部と、を含んでもよい。この場合、例えば、駆動信号は、第二の出力電圧値、第三の出力電圧値、記第五の出力電圧値および第六の出力電圧値を含んでもよい。３つ以上の値を有する第一の変調信号と、３つ以上の値を有する第二の変調信号とを組み合わせることによって、任意の電圧波形を有する駆動信号を生成できる。
【００３１】
本開示の一態様に係るゲート駆動回路において、例えば、駆動信号は、オフ期間のうち、オン期間からオフ期間に切り替わった後の第一オフ期間において第六の出力電圧値をとり、第一オフ期間に続く第二オフ期間において第五の出力電圧値をとってもよい。
【００３２】
これにより、半導体スイッチング素子をオン状態からオフ状態に切り替えるときに絶対値が大きな電圧を印加し、その後の期間において相対的に絶対値が小さな電圧を印加することができる。これにより、効率的なスイッチングが実現でき、消費電力を低減できる。
【００３３】
本開示の一態様に係るゲート駆動回路において、例えば、変調信号生成回路は、高周波を変調または部分的に増幅することで、第一の部分変調信号を生成し、部分変調信号を変調または部分的に増幅することで第一の変調信号を生成してもよい。
【００３４】
高周波を２段階で変調することにより、３値以上の振幅を有する第一の変調信号を生成することができる。
【００３５】
本開示の一態様に係るゲート駆動回路において、例えば、入力信号が入力される入力端子をさらに備え、変調信号生成回路は、第一の増幅回路と、変調回路と、を含み、第一の増幅回路は、高周波のうち、第一の増幅期間における振幅を増幅することで、第一の部分変調信号を生成し、変調回路は、入力端子に入力される入力信号に応じて、第一の部分変調信号を変調することで、第一の変調信号を生成してもよい。
【００３６】
本開示の一態様に係るゲート駆動回路において、例えば、第二の変調信号を非接触伝送する第二の絶縁素子と、第二の絶縁素子によって非接触伝送された第二の変調信号を整流することで、第二の出力信号を生成する第二の整流回路と、をさらに備え、変調回路は、入力端子に入力される入力信号を反転させた信号に応じて、第一の部分変調信号を変調することで、第二の変調信号を生成してもよい。これにより、第一の変調信号と第二の変調信号とを相補的な信号として構成することができる。そのため、ゲート駆動回路は、第一の変調信号と第二の変調信号とを適切に組み合わせて、駆動信号を生成できる。
【００３７】
本開示の一態様に係るゲート駆動回路において、例えば、入力信号が入力される入力端子をさらに備え、変調信号生成回路は、第一の増幅回路と、変調回路と、を含み、変調回路は、入力端子に入力される入力信号に応じて、高周波を変調することで、第一の部分変調信号を生成し、第一の増幅回路は、第一の部分変調信号のうち、第一の増幅期間における振幅を増幅することで、第一の変調信号を生成してもよい。
【００３８】
本開示の一態様に係るゲート駆動回路において、例えば、変調回路は、入力端子に入力される入力信号を反転させた信号に応じて、高周波を変調することで、第二の部分変調信号を生成し、ゲート駆動回路は、さらに、変調信号生成回路は、第二の増幅回路を含み、第二の増幅回路は、第二の部分変調信号のうち、第二の増幅期間における振幅を増幅することで、第二の変調信号を生成してもよい。これにより、第一の変調信号と第二の変調信号とを相補的な信号として構成することができる。そのため、ゲート駆動回路は、第一の変調信号と第二の変調信号とを適切に組み合わせて、駆動信号を生成できる。
【００３９】
本開示の一態様に係るゲート駆動回路において、例えば、第一の入力信号が入力される第一の入力端子をさらに備え、変調信号生成回路は、第一の入力信号に応じて高周波を変調することで、第一の変調信号を生成し、第一の入力信号は、第一の入力電圧値と、第一の入力電圧値よりも大きい第二の入力電圧値と、第二の入力電圧値よりも大きい第三の入力電圧値と、を含む信号であり、第一の変調信号は、第一の入力電圧値に応じた第一の振幅と、第二の入力電圧値に応じた第二の振幅と、第三の入力電圧値に応じた第三の振幅と、を含む信号であってもよい。これにより、３値以上の入力電圧値を有する第一の入力信号に応じて高周波を変調することで、３値以上の振幅を有する第一の入力信号を生成できる。
【００４０】
本開示の一態様に係るゲート駆動回路において、例えば、変調信号生成回路は、第一の増幅回路を含み、第一の増幅回路は、第一の入力信号に応じて、高周波の振幅を増幅することで、第一の変調信号を生成してもよい。
【００４１】
本開示の一態様に係るゲート駆動回路において、例えば、第二の入力信号が入力される第二の入力端子と、第二の変調信号を非接触伝送する第二の絶縁素子と、第二の絶縁素子によって非接触伝送された第二の変調信号を整流することで、第二の出力信号を生成する第二の整流回路と、をさらに備え、変調信号生成回路は、第二の入力信号で高周波を変調することで、第二の変調信号を生成し、第二の入力信号は、第四の入力電圧値と、第四の入力電圧値よりも大きい第五の入力電圧値と、第五の入力電圧値よりも大きい第六の入力電圧値と、を含む信号であり、第二の変調信号は、第四の入力電圧値に応じた第四の振幅と、第五の入力電圧値に応じた第五の振幅と、第六の入力電圧値に応じた第六の振幅と、を含む信号であり、第二の出力信号は、第四の振幅に応じた第四の出力電圧値と、第五の振幅に応じた第五の出力電圧値と、第六の振幅に応じた第六の出力電圧値と、を含む信号であり、駆動信号は、第一の出力信号の少なくとも一部と、第二の出力信号の少なくとも一部と、を含んでもよい。
本開示の一態様に係るゲート駆動回路において、例えば、変調信号生成回路は、第一の増幅回路と第二の増幅回路とを含み、第一の増幅回路は、高周波を取得し、高周波の振幅を、第一の入力端子に入力される第一の入力信号に応じて増幅することで、第一の変調信号を生成し、第二の増幅回路は、高周波を取得し、高周波の振幅を、第二の入力端子に入力される第二の入力信号に応じて増幅することで、第二の変調信号を生成し、第二の入力信号は、第四の入力電圧値と、第四の入力電圧値よりも大きい第五の入力電圧値と、第五の入力電圧値よりも大きい第六の入力電圧値と、を含む信号であり、第二の変調信号は、第四の入力電圧値に応じた第四の振幅と、第五の入力電圧値に応じた第五の振幅と、第六の入力電圧値に応じた第六の振幅と、を含む信号であり、駆動信号は、第一の出力信号の少なくとも一部と、第二の出力信号の少なくとも一部と、を含んでもよい。３つ以上の値を有する第一の変調信号と、３つ以上の値を有する第二の変調信号とを組み合わせることによって、任意の電圧波形を有する駆動信号を生成できる。
【００４２】
本開示の一態様に係るゲート駆動回路において、例えば、第一の変調信号の立ち上がり直後の所定期間の振幅、および第一の変調信号の立ち下がり直後の所定期間の振幅の少なくとも一方は、過去に第一の増幅回路によって増幅されていてもよい。これにより、大きな電力が必要となる立ち上がり直後および立ち下り直後の少なくとも一方において、増幅された電圧を印加することができる。これにより、効率的なスイッチングが実現できる。
【００４３】
本開示の一態様に係るゲート駆動回路において、例えば、第一の変調信号のうち第三の振幅を示す期間は、過去に第一の増幅回路によって増幅されていてもよい。
【００４４】
本開示の一態様に係るゲート駆動回路において、例えば、入力端子に入力される入力信号から第一信号を生成する第一回路をさらに備え、第一の増幅期間は、第一信号に基づいて指定されてもよい。この場合、例えば、第一回路は、入力信号を微分する微分回路であってもよい。
【００４５】
本開示の一態様に係るゲート駆動回路において、例えば、変調回路は、入力された高周波または第一の部分変調信号を、入力端子から入力される入力信号と混合することによって変調する混合回路であってもよい。あるいは、例えば、変調回路は、入力された高周波または第一の部分変調信号を、入力端子から入力される入力信号に応じて選択的に出力することによって変調するスイッチ回路であってもよい。本開示の一態様に係るゲート駆動回路において、例えば、変調信号生成回路は、高周波を生成する高周波発振回路をさらに備えてもよい。
【００４６】
本開示の一態様に係るゲート駆動回路において、例えば、絶縁素子は、電磁共鳴結合器であってもよい。
【００４７】
絶縁素子を電磁共鳴結合器とすることにより、電圧値が高速に変化する駆動信号であっても、適切に１次側から２次側へ非接触伝送することができる。これにより、ゲート駆動回路は、スイッチング素子の特性に応じて、電圧値が高速に変化するような電圧波形を有する駆動信号を生成することができる。
【００４８】
また、本開示に係るゲート駆動回路は、集積回路として実現されてもよい。
【００４９】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００５０】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００５１】
（実施の形態１）
まず、実施の形態１に係るゲート駆動回路の構成について説明する。
実施の形態１に係るゲート駆動回路は、高周波を変調することで第一の変調信号を生成する変調信号生成回路と、第一の変調信号を非接触伝送する第一の絶縁素子と、第一の変調信号を整流することで第一の出力信号を生成する第一の整流回路とを備える。変調信号生成回路は、例えば、高周波のうち、第一の増幅期間における振幅を増幅することで、第一の部分変調信号を生成する第一の増幅回路と、入力端子に入力される入力信号に応じて、第一の部分変調信号を変調することで、第一の変調信号を生成する変調回路とを備える。
【００５２】
図４は、実施の形態１に係るゲート駆動回路の構成の一例を示す図である。
【００５３】
図４に示されるように、ゲート駆動回路１００は、入力端子１０１と、ゲイン入力端子１０２と、高周波発振回路１７０と、第一の増幅回路１５１と、混合回路１６０と、第一の電磁共鳴結合器１８０と、第二の電磁共鳴結合器１８１と、第一の整流回路１２４と、第二の整流回路１３４と、出力端子１０３と、出力基準端子１０４とを備える。また、ゲート駆動回路１００は、入力キャパシタ１２０および入力キャパシタ１３０を備える。混合回路１６０は、変調回路の一種である。
【００５４】
ゲート駆動回路１００は、半導体スイッチング素子を駆動する駆動信号を生成する回路である。
【００５５】
入力端子１０１には、半導体スイッチング素子を駆動するための入力信号が入力される。
【００５６】
ゲイン入力端子１０２には、対象期間を示す第一信号が入力される。ここで、対象期間とは、第一の増幅回路１５１が高周波を増幅する期間、すなわち第一の増幅回路１５１が動作する期間を意味する。
【００５７】
対象期間は、具体的には、例えば、第一信号がハイレベルの電圧値となる期間である。この場合、「対象期間以外の期間」は、例えば、第一信号がローレベルの電圧値となる期間である。すなわち、ゲート駆動回路１００が半導体スイッチング素子を駆動する期間を制御期間と定義した場合、「対象期間以外の期間」とは、制御期間から対象期間を除いた期間である。なお、高周波成分を含む信号のうち振幅が０Ｖとなる期間がある場合、当該期間の振幅を第一の増幅回路１５１が増幅したとしても、当該期間の振幅は０Ｖのままである。
【００５８】
高周波発振回路１７０は、入力端子１０１に入力される入力信号の搬送波である高周波を生成する。なお、ここでの高周波とは、入力信号の周波数よりも高い周波数の波を意味する。高周波の周波数は、例えば、１００ＭＨｚ以上である。高周波は、所定の振幅であって、なおかつ、所定の周波数を有し、搬送波として用いられる。
【００５９】
ゲート駆動回路１００では、高周波を用いてゲート駆動を行うため、非常に高速なスイッチング素子の駆動が可能である。
【００６０】
次世代パワーデバイスであるＧａＮパワートランジスタなどは、高速なスイッチング動作が可能である。例えば、ＧａＮパワートランジスタは、１０ＭＨｚでのスイッチング動作が可能である。例えば、５０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの周波数の駆動信号を用いて、ＧａＮパワートランジスタを１０ＭＨｚでスイッチング動作させてもよい。この場合、５０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの周波数の駆動信号が出力端子１０３から出力されるために、搬送波はさらに高い周波数に設定される。
【００６１】
ここで、ゲート駆動回路１００における、高周波の周波数は、例えば２．４ＧＨｚ程度である。この場合、ゲート駆動回路１００は、次世代のＧａＮパワートランジスタの高速なスイッチング動作を十分に実行することができる。
【００６２】
第一の増幅回路１５１は、高周波発振回路１７０が生成する高周波を取得し、対象期間における高周波の振幅を、対象期間以外の期間における高周波の振幅よりも増幅して出力する。具体的には、第一の増幅回路１５１は、ゲイン入力端子１０２から第一信号を取得し、取得した第一信号によって特定される対象期間において増幅動作を行う。
なお、増幅回路が高周波のうち一部の期間における振幅を増幅することは、見方を変えれば、高周波の振幅を変調することに相当する。そのため、本開示では、第一の増幅回路によって生成される信号を、第一の部分変調信号と呼ぶ場合がある。すなわち、図４に示される例において、第一の増幅回路１５１が出力する高周波は、第一の部分変調信号である。また、第一の増幅回路１５１が高周波の振幅を増幅する期間、すなわち対象期間を、第一の増幅期間とも呼ぶ。
【００６３】
なお、「対象期間における高周波の振幅を、対象期間以外の期間における高周波の振幅よりも増幅する」には、対象期間における高周波の振幅のみを増幅する場合と、対象期間以外の期間における高周波の振幅のみを減衰する場合との両方が含まれる。
【００６４】
対象期間は、例えば、入力端子１０１に入力される入力信号の立ち上がり直後の所定期間および入力信号の立ち下がり直後の所定期間の両方の期間である。
【００６５】
なお、対象期間は、上記のような期間に限定されない。例えば、対象期間は、入力端子１０１に入力される入力信号の立ち上がり直後の所定期間、および、入力信号の立ち下がり直後の所定期間のいずれか一方であってもよい。また、対象期間は、ゲート駆動回路１００の出力端子１０３および出力基準端子１０４に接続される半導体スイッチング素子の特性に応じて設定されてもよい。
【００６６】
混合回路１６０は、入力端子１０１から入力される入力信号に応じて第一の増幅回路１５１が出力する高周波をさらに変調することによって、第一の変調信号を生成する。また、混合回路１６０は、入力端子１０１から入力される入力信号を反転させた信号に応じて第一の増幅回路が出力する高周波を変調することによって、第二の変調信号を生成する。なお、ここでの反転とは、基準電圧に対して電圧値が対称的な関係になることを意味する。基準電圧は、例えば、０Ｖである。基準電圧は、例えば、入力信号のＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルの中間値であってもよい。
図４に示されるように、第一の変調信号は、第一の振幅と、第一の振幅よりも大きい第二の振幅と、第二の振幅よりも大きい第三の振幅と、を含む。また、第二の変調信号は、第四の振幅と、第四の振幅よりも大きい第五の振幅と、第五の振幅よりも大きい第六の振幅と、を含む。
【００６７】
第一の電磁共鳴結合器１８０は、入力信号によって変調された高周波である第一の変調信号を非接触伝送する。
【００６８】
第二の電磁共鳴結合器１８１は、入力信号によって変調された高周波である第二の変調信号を非接触伝送する。
【００６９】
第一の電磁共鳴結合器１８０および第二の電磁共鳴結合器１８１は、例えば、特許文献１に記載されているようなオープンリング形の電磁共鳴結合器である。すなわち、第一の電磁共鳴結合器１８０は、２つのオープンリング形の共鳴器１８０ａおよび１８０ｂから構成される。第二の電磁共鳴結合器１８１は、２つのオープンリング形の共鳴器１８１ａおよび１８１ｂから構成される。しかしながら、第一の電磁共鳴結合器１８０および第二の電磁共鳴結合器１８１は、輪郭（外形）が矩形の電磁共鳴結合器などであってもよい。第一の電磁共鳴結合器１８０および第二の電磁共鳴結合器１８１は、電磁共鳴結合を用いて信号を非接触で伝送可能なものであればどのようなものであっても構わない。
【００７０】
なお、共鳴器１８０ａおよび１８０ｂの線路長は、典型的には、伝送対象の信号の波長の２分の１の長さに設定される。したがって、共鳴器１８０ａおよび１８０ｂの大きさは、伝送対象の信号の周波数が高いほど小さくなる。伝送対象の信号である第一の変調信号の高周波成分が例えば２．４ＧＨｚ程度の高周波である場合、第一の電磁共鳴結合器１８０の大きさは、従来の絶縁素子に比べて非常に小さい。共鳴器１８１ａおよび１８１ｂの線路長についても同様である。したがって、第二の変調信号の高周波成分が例えば２．４ＧＨｚ程度である場合、第二の電磁共鳴結合器１８１の大きさは、従来の絶縁素子に比べて非常に小さい。
【００７１】
第一の整流回路１２４は、第一の電磁共鳴結合器１８０によって１次側から２次側に非接触伝送された第一の変調信号を取得し、当該第一の変調信号を整流して復調することによって第一の出力信号を生成する。第一の整流回路１２４は、具体的には、ダイオード１２１と、インダクタ１２２と、平滑コンデンサ１２３とを有する。図４に示される例では、第一の出力信号は、出力基準端子１０４に対して正の電圧値または０Ｖとなる信号である。そのため、第一の整流回路１２４は、正側整流回路とも呼ばれる。
図４に示される例では、第一の出力信号は、第一の変調信号の第一の振幅に応じた第一の出力電圧値と、第一の変調信号の第二の振幅に応じた第二の出力電圧値と、第一の変調信号の第三の振幅に応じた第三の出力電圧値と、を含む。第一の出力電圧値、第二の出力電圧値、第三の出力電圧値がいずれも０または正の場合、第一の出力電圧値、第二の出力電圧値、第三の出力電圧値はこの順で大きい値を有する。
【００７２】
なお、ここでの１次側とは、第一の電磁共鳴結合器１８０の入力側を意味し、２次側とは、第一の電磁共鳴結合器１８０の出力側を意味する。図４に示される例において、１次側は、第一の増幅回路１５１、混合回路１６０、および高周波発振回路１７０が設けられる、第一の電磁共鳴結合器１８０よりも入力端子１０１側であり、２次側は、第一の整流回路１２４が設けられる、第一の電磁共鳴結合器１８０よりも出力端子１０３側を意味する。
【００７３】
第二の整流回路１３４は、第二の電磁共鳴結合器１８１によって１次側から２次側に非接触伝送された第二の変調信号を取得し、当該第二の変調信号を整流して復調することによって第二の出力信号を生成する。第二の整流回路１３４は、具体的には、ダイオード１３１と、インダクタ１３２と、平滑コンデンサ１３３とを有する。図４に示される例では、第二の出力信号は、出力基準端子１０４に対して負の電圧値または０Ｖとなる信号である。そのため、第二の整流回路１３４は、負側整流回路とも呼ばれる。
図４に示される例では、第二の出力信号は、第二の変調信号の第四の振幅に応じた第四の出力電圧値と、第二の変調信号の第五の振幅に応じた第五の出力電圧値と、第二の変調信号の第六の振幅に応じた第六の出力電圧値と、を含む。第四の出力電圧値、第五の出力電圧値、第六の出力電圧値がいずれも０または負の場合、第四の出力電圧値、第五の出力電圧値、第六の出力電圧値はこの順で小さい値を有する。
【００７４】
出力端子１０３および出力基準端子１０４は、第一の出力信号および第二の出力信号を含む駆動信号が出力される端子対である。駆動信号のうち、出力基準端子１０４に対して出力端子１０３の電圧が正の値となる期間の信号は、上記第一の出力信号であり、出力基準端子１０４に対して出力端子１０３の電圧が負の値となる期間の信号は、上記第二の出力信号である。
すなわち、図４に示される例では、駆動信号は、第一の出力信号の一部と、第二の出力信号の一部とを含む。具体的には、駆動信号は、第一の出力信号の第二の出力電圧値および第三の出力電圧値と、第二の出力信号の記第五の出力電圧値および第六の出力電圧値を含む。また、図４に示される例において、駆動信号のうち、電圧値が正となる期間をオン期間、電圧値が負となる期間をオフ期間とする。このとき、駆動信号は、オフ期間からオン期間に切り替わった後の第一オン期間において、極性が正であって、かつ絶対値が大きい第三の出力電圧値をとる。また、駆動信号は、第一オン期間に続く第二オン期間において、極性が正であって、かつ絶対値が小さい第二の出力電圧値をとる。駆動信号は、オン期間からオフ期間に切り替わった後の第一オフ期間において、極性が負であって、かつ絶対値が大きい第六の出力電圧値をとり、第一オフ期間に続く第二オフ期間において、極性が負であって、かつ絶対値が小さい第五の出力電圧値をとる。
【００７５】
なお、図４に示されるゲート駆動回路１００では、出力端子１０３は、半導体スイッチング素子のゲート端子に接続され、出力基準端子１０４は、半導体スイッチング素子のソース端子に接続される。
【００７６】
以下、出力端子１０３および出力基準端子１０４に接続される半導体スイッチング素子が、ゲート電圧が３ＶでオンとなるＧａＮ（窒化ガリウム）からなるパワートランジスタとして説明される。しかしながら、出力端子１０３および出力基準端子１０４に接続される半導体スイッチング素子は、どのような半導体スイッチング素子であってもよい。
【００７７】
なお、図４には図示されていないが、出力端子１０３と出力基準端子１０４と間には、抵抗が挿入されてもよい。
【００７８】
次に、ゲート駆動回路１００の特徴について説明する。
【００７９】
ゲート駆動回路１００は、入力端子１０１に入力された入力信号に応じて、駆動信号を生成する。駆動信号は、出力端子１０３および出力基準端子１０４に接続される半導体スイッチング素子のゲート駆動をする。入力信号は、例えば２値の制御信号である。
【００８０】
出力基準端子１０４は、生成された駆動信号の基準電位を与える。出力基準端子１０４は、第一の電磁共鳴結合器１８０および第二の電磁共鳴結合器１８１によって１次側のグランドから絶縁され、１次側のグランドに対してフローティング状態となっている。なお、以下の説明では、絶縁とは、１次側（送信側）の信号線と、２次側（受信側）の信号線とが直流電気的に絶縁され、かつ、１次側のグランドと２次側のグランドとが直流電気的に絶縁されていることを意味する。
【００８１】
つまり、ゲート駆動回路１００は、１次側の入力端子１０１に入力信号が入力されたとき、２次側の出力端子１０３に、１次側のグランドから絶縁された出力基準端子１０４を基準として、所定の波形の駆動電圧を出力することができる。
【００８２】
そして、図４に示される例のゲート駆動回路１００は、さらに、高周波発振回路１７０が生成する高周波の強度を、複数回変調することによって、駆動電圧の波形を任意に整形することができる。具体的には、入力端子１０１に入力される入力信号が２つの電圧値をとる信号である場合、ゲート駆動回路１００は、駆動信号を３つ以上の電圧値をとる信号にすることができる。すなわち、ゲート駆動回路１００は、入力信号が２値の信号であっても、３値以上の多値の駆動信号を生成できる。
【００８３】
また、電磁共鳴結合器を用いた電力伝送は、電磁共鳴結合器間の距離がある程度離れていても高効率の電力伝送を実現できる。したがって、ゲート駆動回路１００のような電磁共鳴結合器を用いたゲート駆動回路は、電磁共鳴結合器間の距離を離すことで高い絶縁耐圧を実現できるとともに、低損失な電力伝送を実現できる。
【００８４】
なお、ゲート駆動回路１００のような電磁共鳴結合器を用いたゲート駆動回路は、高周波の周波数を高めることにより、第一の電磁共鳴結合器１８０および第二の電磁共鳴結合器１８１のサイズの小型化が可能である。
【００８５】
次に、ゲート駆動回路１００の動作について説明する。
【００８６】
ゲート駆動回路１００において、高周波発振回路１７０が生成された高周波は、第一の増幅回路１５１で増幅された後に、混合回路１６０に入力される。
【００８７】
ゲイン入力端子１０２に入力される第一信号は、第一の増幅回路１５１に入力される。第一信号は、例えば、入力端子に入力される入力信号の立ち上がり直後の所定期間および入力信号の立ち下がり直後の所定期間の両方を対象期間として示す信号である。
【００８８】
第一信号は、具体的には、図４に示されるように、入力信号の立ち上がり直後の所定期間および入力信号の立ち下がり直後の所定期間において、正の値の電圧値を示すハイレベルとなり、それ以外の期間では０Ｖを示すローレベルとなる。
【００８９】
第一の増幅回路１５１は、当該第一の増幅回路１５１に入力される第一信号に基づいて対象期間を特定する。そして、第一の増幅回路１５１は、対象期間における高周波の振幅を、対象期間以外の期間における高周波の振幅よりも増幅して、出力する。
【００９０】
具体的には、ゲート駆動回路１００において、第一の増幅回路１５１は、その増幅度がゲイン入力端子１０２からの第一信号に応じて変更できるように構成されている。また、第一信号が０Ｖのときは、第一の増幅回路１５１は、ほぼ動作せず、高周波の強度は非常に小さくなる構成となっている。
図４に示されるように、第一信号が指定した対象期間に増幅された高周波の振幅は、混合回路１６０を経て、第一の変調信号のうち正の電圧であり、かつ電圧の絶対値が大きい第三の振幅になる。
【００９１】
第一の増幅回路１５１を第一の信号がハイレベルのときにのみ動作させるノーマリオフの構成にすることにより、第一の増幅回路１５１の動作時間を短縮できるため、第一の増幅回路１５１で消費される電力を低減できる。ゲート駆動回路１００の全消費電力の中で、第一の増幅回路１５１の消費電力が占める割合が大きい場合、このような構成は、消費電力を効果的に低減しうる。
【００９２】
一方、入力端子１０１に入力される入力信号は、混合回路１６０に入力される。混合回路１６０は、入力信号に応じて第一の増幅回路１５１から取得した高周波を変調することによって、第一の変調信号を生成する。言い換えれば、高周波は、混合回路１６０によって、入力端子１０１から入力される入力信号に応じて強度変調される。
【００９３】
ここで、図４に示される例における第一の増幅回路１５１は、ゲイン入力端子１０２に入力される電圧に応じて、第一の増幅回路１５１の増幅度が変わる。このため、混合回路１６０から出力される第一の変調信号は、図４に示されるように、入力信号と第一信号とを掛け合わせた信号に応じて高周波が変調された信号と同様の電圧波形になる。
【００９４】
混合回路１６０は、入力端子１０１から入力される入力信号を反転した信号（反転入力信号）に応じて、第一の増幅回路１５１から取得した高周波を変調することによって、第二の変調信号を生成する。つまり、混合回路１６０は、第一の変調信号に加えて、第一の変調信号と相補関係にある第二の変調信号を生成する。
【００９５】
第一の変調信号は、第一の電磁共鳴結合器１８０に入力され、第二の変調信号は、第二の電磁共鳴結合器１８１に入力される。第一の変調信号は、第一の電磁共鳴結合器１８０によって非接触伝送され、入力キャパシタ１２０を介して第一の整流回路１２４に入力される。第二の変調信号は、第二の電磁共鳴結合器１８１によって非接触伝送され、入力キャパシタ１３０を介して第二の整流回路１３４に入力される。
【００９６】
第一の整流回路１２４は、ダイオード１２１と、インダクタ１２２と、平滑コンデンサ１２３とを含む。
【００９７】
第一の整流回路１２４の入力端には、ダイオード１２１のカソードとインダクタ１２２の一端とが接続されている。インダクタ１２２の他端は、平滑コンデンサ１２３の一端と、出力端子１０３とが接続されている。ダイオード１２１のアノードと、平滑コンデンサ１２３の他端とは、出力基準端子１０４に接続されている。
【００９８】
このため、第一の整流回路１２４は、第一の変調信号のうち出力基準端子１０４に対して正の電圧値になる部分を整流することによって、第一の出力信号を生成する。
【００９９】
第二の整流回路１３４は、ダイオード１３１と、インダクタ１３２と、平滑コンデンサ１３３とを含む。
【０１００】
第二の整流回路１３４の入力端には、ダイオード１３１のアノードとインダクタ１３２の一端とが接続されている。インダクタ１３２の他端には、平滑コンデンサ１３３の一端と、出力端子１０３とが接続されている。ダイオード１３１のカソードと、平滑コンデンサ１２３の他端とは、出力基準端子１０４に接続されている。
【０１０１】
このため、第二の整流回路１３４は、第一の変調信号のうち出力基準端子１０４に対して負の電圧値になる部分を整流することによって、第二の出力信号を生成する。
【０１０２】
なお、第一の整流回路１２４には、入力キャパシタ１２０が含まれてもよく、第二の整流回路１３４には、入力キャパシタ１３０が含まれてもよい。
【０１０３】
なお、ダイオード１２１およびダイオード１３１は、高い周波数領域で動作させるために、ショットキーバリアダイオードなどの接合容量の小さなダイオードを用いてもよい。
【０１０４】
例えば、高周波が２．４ＧＨｚの場合、ダイオード１２１およびダイオード１３１として、ＧａＮで構成されるショットキーバリアダイオードを用いることができる。この場合、例えば、インダクタ１２２およびインダクタ１３２のインダクタンスを、５．８ｎＨとし、入力キャパシタ１２０および入力キャパシタ１３０のキャパシタンスを、０．４ｐＦとすることができる。これにより、第一の整流回路１２４および第二の整流回路１３４は、２．４ＧＨｚの高周波成分を含む変調信号を整流する整流回路として動作する。
【０１０５】
なお、第一の整流回路１２４および第二の整流回路１３４の回路構成は、このような回路構成に限定されず、変調信号を整流して復調できる回路であれば、その他の回路構成であってもよい。
【０１０６】
次に、図４のような構成のゲート駆動回路１００の送信部の具体的な回路構成について、図５を用いて説明する。送信部は、変調信号生成回路とも呼ばれる。図５は、変調信号生成回路が第一の増幅回路１５１、混合回路１６０、および高周波発振回路１７０を備える例を示す。
【０１０７】
図５は、ゲート駆動回路１００の送信部の回路構成の一例を示す図である。なお、図５に示される回路では、入力端子１０１ａに入力信号が入力され、入力端子１０１ｂに反転入力信号が入力されるものとする。反転入力信号は、別途設けられた反転回路（図示せず）によって生成される。
【０１０８】
電源端子２１０は、送信部を動作させるための電源が接続される。
【０１０９】
高周波発振回路１７０は、トランジスタＭ１を有する、いわゆるコルピッツ型発振回路であり、高周波を生成する。
【０１１０】
混合回路１６０は、トランジスタＭ２、Ｍ３、およびＭ４を有するアクティブミキサーである。高周波発振回路１７０によって生成された高周波は、トランジスタＭ２により増幅される。トランジスタＭ２によって増幅された高周波は、トランジスタＭ３がオン状態のときには第一の電磁共鳴結合器１８０に出力される。また、トランジスタＭ２によって増幅された高周波は、トランジスタＭ４がオン状態となったときには、第二の電磁共鳴結合器１８１に出力される。
【０１１１】
つまり、トランジスタＭ２によって増幅された高周波は、入力端子１０１ａに正の電圧が印加されたときに第一の電磁共鳴結合器１８０に出力され、入力端子１０１ｂに正の電圧が印加されたときに、第二の電磁共鳴結合器１８１に出力される。
【０１１２】
このとき、トランジスタＭ２の増幅度および消費電力は、トランジスタＭ２のドレイン電流に依存する。そして、図５に示される送信部において、トランジスタＭ２に流れるドレイン電流は、トランジスタＭ５のオン抵抗に依存している。
【０１１３】
このため、トランジスタＭ５のゲート端子に、ゲイン入力端子１０２から第一信号が入力されると、例えばトランジスタＭ５のオン状態とオフ状態とが切り替わり、トランジスタＭ５のオン抵抗を変化する。これにより、トランジスタＭ２に流れるドレイン電流が変化し、トランジスタＭ２の増幅度および消費電力が変化する。
【０１１４】
したがって、送信部からは、図４に示されるような電圧波形の第一の変調信号および第二の変調信号が出力される。
【０１１５】
なお、図４では図示されないが、図５に示されるように、混合回路１６０と第一の電磁共鳴結合器１８０との間には、キャパシタＣ１が設けられてもよい。同様に、混合回路１６０と、第二の電磁共鳴結合器１８１との間には、キャパシタＣ２が設けられてもよい。
【０１１６】
以上説明したようなゲート駆動回路１００は、例えば図６に示されるような電圧波形の駆動信号を出力できる。図６に示されるように、ゲート駆動回路１００は、入力信号の立ち上がり後の所定期間と、入力信号の立ち下がり後の所定期間とのそれぞれに対応する期間において、負荷（半導体スイッチング素子）に絶対値の大きな電圧を供給できる。
【０１１７】
さらに、図７は、ゲート駆動回路１００を用いた場合の半導体スイッチング素子のスイッチング波形の一例を示す図である。
【０１１８】
図７の（ａ）は、従来のゲート駆動回路を用いて駆動した半導体スイッチング素子のスイッチング波形である。図７の（ａ）に示されるように、従来のゲート駆動回路で駆動したときのスイッチング波形は、立ち上がりと立ち下がりとにおいて大きなリンギングが発生している。
【０１１９】
一方、図７の（ｂ）は、図４に示されるゲート駆動回路１００を用いて駆動した半導体スイッチング素子のスイッチング波形である。ゲート駆動回路１００で駆動したときのスイッチング波形は、リンギングのない良好な電圧波形となっている。
【０１２０】
以上、実施の形態１に係るゲート駆動回路１００について、例示的に説明した。ゲート駆動回路１００では、１次側と２次側とを電磁共鳴結合器で絶縁し、搬送波である高周波を変調した変調信号を当該電磁共鳴結合器で伝送することにより、電圧値が高速かつ任意に変化する駆動信号を出力することができる。
【０１２１】
なお、ゲート駆動回路１００において、第二の電磁共鳴結合器１８１、入力キャパシタ１３０、第二の整流回路１３４は、必ずしも必須の構成要素ではない。すなわち、本開示のゲート駆動回路は、図８に示されるようなゲート駆動回路１００ａとして実現されてもよい。ゲート駆動回路１００ａは、半導体スイッチング素子をオフ状態からオン状態にするときの消費電力を低減することができ、効率的なスイッチングを実現できる。ゲート駆動回路１００ａが抵抗１２５を備える場合、ゲート駆動回路１００ａは、半導体スイッチング素子をオン状態からオフ状態にするときのスイッチング波形の立ち下がりを速めることができる。
図８に示されるように、ゲート駆動回路１００ａにおいて、第一の変調信号は、第一の振幅と、第一の振幅よりも大きい第二の振幅と、第二の振幅よりも大きい第三の振幅と、を含む。第一の出力信号は、第一の変調信号の第一の振幅に応じた第一の出力電圧値と、第一の変調信号の第二の振幅に応じた第二の出力電圧値と、第一の変調信号の第三の振幅に応じた第三の出力電圧値と、を含む。第一の出力電圧値、第二の出力電圧値、第三の出力電圧値がいずれも０または正の場合、第一の出力電圧値、第二の出力電圧値、第三の出力電圧値はこの順で大きい値を有する。駆動信号は、第一の出力信号の全部を含む。具体的には、駆動信号は、第一の出力信号の第一の出力電圧値、第二の出力電圧値および第三の出力電圧値を含む。
【０１２２】
また、ゲート駆動回路１００において、変調回路として、混合回路１６０に代えてスイッチ回路が用いられてもよい。
【０１２３】
図９は、混合回路１６０に代えて、スイッチ回路を備えるゲート駆動回路の構成の一例を示す図である。
【０１２４】
図９に示されるゲート駆動回路１００ｂが備えるスイッチ回路１９０は、いわゆるＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｏｌｅ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｔｈｒｏｗ）スイッチであり、第一の増幅回路１５１から出力される高周波が入力され、当該高周波の出力先が入力信号に応じて切り替わる。スイッチ回路１９０は、具体的には、入力信号がハイレベルの電圧値であるときには、高周波を第一の電磁共鳴結合器１８０に出力するように切り替え、入力信号がローレベルの電圧値であるときには、高周波を第二の電磁共鳴結合器１８１に出力するように切り替える。
【０１２５】
つまり、スイッチ回路１９０は、第一の増幅回路１５１から出力される高周波を、入力端子１０１に入力される入力信号がハイレベルの電圧値である期間に出力することによって、第一の変調信号を生成する。スイッチ回路１９０によって生成された第一の変調信号は、第一の電磁共鳴結合器１８０に入力される。また、スイッチ回路１９０は、第一の増幅回路１５１から出力される高周波を、入力端子１０１に入力される入力信号がローレベルの電圧値である期間に出力することによって、第二の変調信号を生成する。スイッチ回路１９０によって生成された第二の変調信号は、第二の電磁共鳴結合器１８１に入力される。
【０１２６】
このような構成を有するゲート駆動回路１００ａは、ゲート駆動回路１００と同様の動作をすることができる。
【０１２７】
また、ゲート駆動回路１００、１００ａ、および１００ｂは、外部から第一信号を取得するためのゲイン入力端子１０２を備えなくてもよい。ゲート駆動回路１００、１００ａ、および１００ｂは、ゲート駆動回路１００の内部で第一信号を生成してもよい。例えば、ゲート駆動回路１００は、入力信号を微分して第一信号を生成する微分回路を備えてもよい。このような微分回路の構成は、実施の形態２にて説明する。微分回路は、入力端子に入力される入力信号から第一信号を生成する第一回路の一種である。
【０１２８】
なお、ゲート駆動回路１００、１００ａ、および１００ｂにおいて、高周波発振回路１７０は必ずしも必須の構成要素ではない。第一の増幅回路１５１が外部から高周波を取得してもよい。
【０１２９】
なお、ゲート駆動回路１００、１００ａ、および１００ｂが、絶縁素子として、電磁共鳴結合器を備える例について説明したが、高周波を絶縁して伝送することができる、電磁共鳴結合器以外の素子を備えてもよい。
【０１３０】
また、ゲート駆動回路１００および１００ｂは、２つの電磁共鳴結合器を備える構成であった。しかし、ゲート駆動回路１００および１００ｂは、２つの電磁共鳴結合器の代わりに２つの高周波を分離して伝送可能な１つの電磁共鳴結合器を備えてもよい。例えば、ゲート駆動回路１００は、第一の電磁共鳴結合器１８０および第二の電磁共鳴結合器１８１および１００ｂの両方の機能を有する２入力２出力の１つの電磁共鳴結合器を備えてもよい。
【０１３１】
（実施の形態２）
実施の形態１では、第一の増幅回路１５１は、ゲイン入力端子１０２を介して外部から第一信号を取得したが、ゲート駆動回路の内部で、入力信号に同期した第一信号を生成することも可能である。
【０１３２】
また、実施の形態１では、高周波は、第一信号に応じて変調された後、入力信号に応じて変調されたが、高周波は、入力信号に応じて変調された後に、第一信号によって変調されてもよい。
【０１３３】
以下、このような実施の形態２に係るゲート駆動回路について説明する。なお、実施の形態２では、ゲート駆動回路１００と異なる点を中心に説明し、ゲート駆動回路１００と同様の構成要素についてはその説明が省略される場合がある。
実施の形態２に係るゲート駆動回路は、高周波を変調することで第一の変調信号を生成する変調信号生成回路と、第一の変調信号を非接触伝送する第一の絶縁素子と、第一の変調信号を整流することで第一の出力信号を生成する第一の整流回路とを備える。変調信号生成回路は、例えば、入力端子に入力される入力信号に応じて、高周波を変調することで、第一の部分変調信号を生成する変調回路と、第一の部分変調信号のうち、第一の増幅期間における振幅を増幅することで、第一の変調信号を生成する第一の増幅回路とを備える。
【０１３４】
図１０は、実施の形態２に係るゲート駆動回路の構成の一例を示す図である。
【０１３５】
図１０に示されるように、ゲート駆動回路２００は、入力端子５０１と、高周波発振回路５７０と、混合回路５６０（変調回路）と、第一の増幅回路５５２と、第二の増幅回路５５３と、第一の電磁共鳴結合器１８０と、第二の電磁共鳴結合器１８１と、第一の整流回路１２４と、第二の整流回路１３４と、出力端子１０３と、出力基準端子１０４とを備える。また、ゲート駆動回路２００は、入力キャパシタ１２０および入力キャパシタ１３０を備える。混合回路５６０は、変調回路の一種である。
【０１３６】
入力端子５０１には、入力信号が入力される。
【０１３７】
微分回路５４０は、入力端子５０１に入力された入力信号を微分し、対象期間を示す第一信号を生成する。具体的には、微分回路５４０は、コンデンサ、抵抗、一対のダイオードを備える。微分回路５４０に入力された入力信号は、コンデンサおよび抵抗によって微分され、並列接続された一対のダイオードによって全波整流される。この結果、微分回路５４０は、図１０に示されるような電圧波形の第一信号を、第一の増幅回路５５２および第二の増幅回路のそれぞれに出力する。
図１０に示される例では、第一信号は、例えば、入力端子に入力される入力信号の立ち上がり直後の所定期間および入力信号の立ち下がり直後の所定期間を対象期間として指定する。対象期間とは、例えば、電圧値が急峻に立ち上がってから所定の値まで減衰するまでの期間である。
【０１３８】
高周波発振回路５７０は、高周波を生成する。そして、高周波発振回路５７０は、生成した高周波を混合回路５６０に出力する。
【０１３９】
混合回路５６０は、入力端子に入力される入力信号に応じて高周波を変調することによって、第三の変調信号を生成する。また、混合回路５６０は、入力端子に入力される入力信号を反転させた信号に応じて高周波を変調することによって、第四の変調信号を生成する。
【０１４０】
第一の増幅回路５５２は、微分回路５４０が出力する第一信号によって示される対象期間における第三の変調信号の振幅を、対象期間以外の期間における第三の変調信号の振幅よりも増幅することによって、第一の変調信号を生成する。
【０１４１】
第二の増幅回路５５３は、微分回路５４０が出力する第一信号によって示される対象期間における第四の変調信号の振幅を、対象期間以外の期間における第四の変調信号の振幅よりも増幅することによって、第二の変調信号を生成する。
なお、ここで、第三の変調信号は第一の部分変調信号とも呼ばれ、第四の変調信号は第二の部分変調信号とも呼ばれる。また、第二の増幅回路５５３が高周波の振幅を増幅する期間、すなわち対象期間を、第二の増幅期間とも呼ぶ。第一の変調信号は、第一の振幅と、第一の振幅よりも大きい第二の振幅と、第二の振幅よりも大きい第三の振幅と、を含む。このうち、第三の振幅は、微分回路が出力する第一の信号が指定する対象期間において、第一の増幅回路５５２が第一の部分変調信号を増幅することによって得られる振幅である。第二の変調信号は、第四の振幅と、第四の振幅よりも大きい第五の振幅と、第五の振幅よりも大きい第六の振幅と、を含む。このうち、第六の振幅は、微分回路が出力する第一の信号が指定する対象期間において、第二の増幅回路５５３が第二の部分変調信号を増幅することによって得られる振幅である。
【０１４２】
ゲート駆動回路２００に設けられる入力キャパシタ１２０、入力キャパシタ１３０、第一の電磁共鳴結合器１８０、第二の電磁共鳴結合器１８１、第一の整流回路１２４、および第二の整流回路１３４の動作および機能は、ゲート駆動回路１００と同様である。
【０１４３】
これにより、出力端子１０３と出力基準端子１０４とからは、図１０に示されるような電圧波形の駆動信号が出力される。
図１０に示される例では、駆動信号は、第一の出力信号の一部と、第二の出力信号の一部とを含む。具体的には、駆動信号は、第一の出力信号の第二の出力電圧値および第三の出力電圧値と、第二の出力信号の記第五の出力電圧値および第六の出力電圧値を含む。また、図１０に示される例において、駆動信号のうち、電圧値が正となる期間をオン期間、電圧値が負となる期間をオフ期間とする。このとき、駆動信号は、オフ期間からオン期間に切り替わった後の第一オン期間において、極性が正であって、かつ絶対値が大きい第三の出力電圧値をとる。また、駆動信号は、第一オン期間に続く第二オン期間において、極性が正であって、かつ絶対値が小さい第二の出力電圧値をとる。第三の出力電圧値から第二の出力電圧値へは、電圧の絶対値が連続的に減衰する。駆動信号は、オン期間からオフ期間に切り替わった後の第一オフ期間において、極性が負であって、かつ絶対値が大きい第六の出力電圧値をとり、第一オフ期間に続く第二オフ期間において、極性が負であって、かつ絶対値が小さい第五の出力電圧値をとる。第六の出力電圧値から第五の出力電圧値へは、電圧の絶対値が連続的に減衰する。
【０１４４】
このような構成であれば、微分回路５４０によって第一の信号を外部から取得することなく入力信号と同期した第一信号が生成される。そのため、入力端子に入力信号が入力されるだけで、図３の（ａ）に示されるような電圧波形に近い電圧波形の駆動信号を生成できる。
【０１４５】
なお、第一信号を生成する第一回路は、入力端子５０１に入力される入力信号から、対象期間を示す第一信号を生成することができる回路であれば、どのような回路構成であってもよい。すなわち、第一信号を生成する第一回路は、上記の微分回路５４０のような構成には限定されない。
【０１４６】
また、実施の形態１と同様に、ゲート駆動回路２００においても、第二の増幅回路５５３、第二の電磁共鳴結合器１８１、入力キャパシタ１３０、第二の整流回路１３４は、必ずしも必須の構成要素ではない。
【０１４７】
なお、図１０に示される例では、ゲート駆動回路２００は、高周波発振回路５７０を備えるが、高周波発振回路５７０は必ずしも必須の構成要素ではない。混合回路５６０が外部から高周波を取得してもよい。
【０１４８】
また、実施の形態１と同様に、ゲート駆動回路２００において、混合回路５６０に代えてスイッチ回路が用いられてもよい。
【０１４９】
（実施の形態３）
実施の形態１では、ゲート駆動回路１００は、混合回路１６０およびスイッチ回路１９０のいずれか一方を備える構成であったが、ゲート駆動回路１００が混合回路１６０およびスイッチ回路１９０のどちらも使用しない構成であってもよい。
【０１５０】
以下、このような実施の形態３に係るゲート駆動回路について説明する。なお、実施の形態３では、ゲート駆動回路１００と異なる点を中心に説明し、ゲート駆動回路１００と同様の構成要素についてはその説明が省略される場合がある。
実施の形態３に係るゲート駆動回路は、高周波を変調することで第一の変調信号を生成する変調信号生成回路と、第一の変調信号を非接触伝送する第一の絶縁素子と、第一の変調信号を整流することで第一の出力信号を生成する第一の整流回路とを備える。変調信号生成回路は、例えば、第一の入力信号に応じて、高周波の振幅を増幅することで、第一の変調信号を生成する第一の増幅回路を備える。変調信号生成回路は、例えば、第二の入力信号に応じて、高周波の振幅を増幅することで、第二の変調信号を生成する第二の増幅回路を備える。
【０１５１】
図１０は、実施の形態３に係るゲート駆動回路の回路構成の一例を示す図である。
【０１５２】
図１０に示されるように、ゲート駆動回路３００は、第一の入力端子６０５と、第二の入力端子６０６と、高周波発振回路６７０と、第一の増幅回路６５２と、第二の増幅回路６５３とを備える。また、ゲート駆動回路３００は、第一の電磁共鳴結合器１８０と、第二の電磁共鳴結合器１８１と、第一の整流回路１２４と、第二の整流回路１３４と、出力端子１０３と、出力基準端子１０４とを備える。また、ゲート駆動回路３００は、入力キャパシタ１２０および入力キャパシタ１３０を備える。
【０１５３】
第一の入力端子６０５には、半導体スイッチング素子を駆動するための第一の入力信号が入力される。
【０１５４】
第二の入力端子６０６には、半導体スイッチング素子を駆動するための第二の入力信号が入力される。
【０１５５】
高周波発振回路６７０は、高周波を生成する。そして、高周波発振回路６７０は、生成した高周波を第一の増幅回路６５２および第二の増幅回路６５３のそれぞれに出力する。
【０１５６】
第一の増幅回路６５２は、高周波発振回路６７０から取得する高周波の振幅を、第一の入力端子６０５に入力される第一の入力信号に応じて増幅することによって、第一の変調信号を生成する。
【０１５７】
第二の増幅回路６５３は、高周波発振回路６７０から取得する高周波の振幅を、第二の入力端子６０６に入力される第二の入力信号に応じて増幅することによって、第二の変調信号を生成する。
【０１５８】
ゲート駆動回路３００に設けられる入力キャパシタ１２０、入力キャパシタ１３０、第一の電磁共鳴結合器１８０、第二の電磁共鳴結合器１８１、第一の整流回路１２４、および第二の整流回路１３４の動作および機能は、ゲート駆動回路１００と同様である。
【０１５９】
ここで、第一の入力信号および第二の入力信号のそれぞれは、図３の（ａ）で説明したような駆動信号の電圧波形が得られるように整形された信号である。第一の入力信号および第二の入力信号のそれぞれは、３つの電圧値をとる信号である。
第一の入力信号は、第一の入力電圧値と、第一の入力電圧値よりも大きい第二の入力電圧値と、第二の入力電圧値よりも大きい第三の入力電圧値と、を含む。第二の入力信号は、第四の入力電圧値と、第四の入力電圧値よりも大きい第五の入力電圧値と、第五の入力電圧値よりも大きい第六の入力電圧値と、を含む。なお、図１１に示される例では、第一の入力信号と第二の入力信号とは、類似の電圧波形を有する。そこで、以下では、簡便のため、第一の入力信号の第一の入力電圧値、第二の入力電圧値、および第三の入力電圧値をそれぞれ、第一の入力信号の第一の電圧値、第二の電圧値、および第三の電圧値と呼ぶ。また、第二の入力信号の第四の入力電圧値、第五の入力電圧値、および第六の入力電圧値をそれぞれ、第二の入力信号の第一の電圧値、第二の電圧値、および第三の電圧値と呼ぶ。なお、第一の入力信号と第二の入力信号とは異なる電圧波形を有していてもよい。
【０１６０】
図１０に示される例では、第一の入力信号および第二の入力信号のそれぞれは、少なくとも第一の電圧値と、第一の電圧値よりも大きい第二の電圧値と、第二の電圧値よりも大きい第三の電圧値とを含む信号である。
【０１６１】
第一の入力信号は、半導体スイッチング素子をオン状態にするための期間であるオン期間のうちの第一オン期間において３つの電圧値のうち最も大きい電圧値である第三の電圧値をとる。オン期間は、２値の入力信号で駆動する従来のゲート駆動回路における、入力信号がハイレベルである期間に相当する。なお、図１１に示される例では、第一オン期間は、オン期間のうちの当初の所定期間であるが、このような期間に限定されない。
【０１６２】
また、第一の入力信号は、オン期間のうちの第一オン期間以外の期間である第二オン期間において第二の電圧値をとる。すなわち、図１１に示される例では、オン期間は、第一オン期間と、第一オン期間に続く第二オン期間とからなる。
【０１６３】
また、第一の入力信号は、半導体スイッチング素子をオフ状態にするための期間であるオフ期間において、３つの電圧値のうち最も小さい電圧値である第一の電圧値をとる。オフ期間は、２値の入力信号で駆動する従来のゲート駆動回路における、入力信号がローレベルである期間に相当する。
【０１６４】
一方、第二の入力信号は、オフ期間のうちの第一オフ期間において３つの電圧値のうち最も大きい電圧値である第三の電圧値をとる。なお、図１１に示される例では、第一オフ期間は、オフ期間のうちの当初の所定期間であるが、このような期間に限定されない。
【０１６５】
また、オフ期間のうちの第一オフ期間以外の期間である第二オフ期間において、第二の電圧値をとる。すなわち、図１１に示される例では、オフ期間は、第一オフ期間と、第一オフ期間に続く第二オフ期間とからなる。
【０１６６】
また、第二の入力信号は、オン期間において３つの電圧値のうち最も小さい電圧値である第一の電圧値をとる。
【０１６７】
この結果、第一の増幅回路６５２および第二の増幅回路６５３からは、図４で説明したような電圧波形の第一の変調信号および第二の変調信号がそれぞれ出力される。
そして、その第一の変調信号および第二の変調信号をそれぞれ整流することで、図４で説明したような電圧波形の第一の出力信号および第二の出力信号が得られる。その結果、図４で説明したような電圧波形の駆動信号が得られる。
【０１６８】
つまり、ゲート駆動回路３００は、上述のゲート駆動回路１００、１００ａ、１００ｂおよび２００と同様に、駆動信号の電圧値を高速かつ任意に変更することができる。
【０１６９】
なお、第一の入力信号および第二の入力信号は、ゲート駆動回路３００の内部の回路で生成されてもよい。
【０１７０】
また、上述のゲート駆動回路１００ａと同様に、ゲート駆動回路３００においても、第二の増幅回路５５３、第二の電磁共鳴結合器１８１、入力キャパシタ１３０、第二の整流回路１３４は、必ずしも必須の構成要素ではない。また、ゲート駆動回路３００において、高周波発振回路６７０は必ずしも必須の構成要素ではなく、第一の増幅回路６５２および第二の増幅回路６５３が、ゲート駆動回路３００の外部から高周波を取得してもよい。
【０１７１】
（まとめ）
以上、実施の形態１〜３に係るゲート駆動回路について説明した。
【０１７２】
実施の形態１〜３に係るゲート駆動回路は、信号絶縁機能を有し、任意の電圧波形を有する駆動信号を生成し、スイッチング素子に印加することができる。また、絶縁素子が電磁共鳴結合器である場合、電圧値が高速に変化する駆動信号であっても、適切に１次側から２次側へ非接触伝送することができる。
【０１７３】
電磁共鳴結合器を用いた従来のゲート駆動回路は、高周波を非接触伝送できるため、半導体スイッチング素子の高速なスイッチング動作が可能である。しかしながら、電磁共鳴結合器を用いた従来のゲート駆動回路は、半導体スイッチング素子をオン状態とする間には、１次側から常に一定の電力を供給するため、駆動効率が悪く消費電力が大きいことが欠点であった。また、電磁誘導結合を用いた従来のゲート駆動回路は、２次側に絶縁電源とその周辺回路を設ける必要があるため、回路構成が複雑となり、また駆動効率も悪いという欠点があった。
【０１７４】
これに対し、実施の形態１〜３に係るゲート駆動回路は、１次側において高周波の強度を変化させて２次側に出力することができるため、半導体スイッチング素子のオン状態を維持するために必要最小限の電力を供給することができる。このため、実施の形態１〜３に係るゲート駆動回路は、駆動効率が良く、また、２次側に複雑な回路を設けなくてもよい。すなわち、実施の形態１〜３に係るゲート駆動回路は、簡易に３値以上の電圧値をとる駆動信号を生成できる。
【０１７５】
言い換えれば、実施の形態１〜３に係るゲート駆動回路は、半導体スイッチング素子の駆動に必要な電力に応じて、任意の電圧波形の駆動信号を生成することができる。例えば、図３の（ａ）を用いて説明したように、ゲート駆動回路は、駆動信号の立ち上がり直後の所定期間を高い電圧値とし、駆動回路の立ち下がり直後の所定期間を低い電圧とすることができる。これにより、従来よりも低消費電力で効率的なゲート駆動が実現される。また、ノイズが低減されたスイッチング波形が実現される。
【０１７６】
また、例えば、実施の形態１〜３に係るゲート駆動回路は、上記のように駆動信号の電圧値を任意に変更できるため、半導体スイッチング素子をオン状態から徐々にオフ状態にする制御、いわゆるソフトターンオフ制御にも容易に適用できる。
【０１７７】
なお、上記ブロック図および回路図に示される回路構成は、一例であり、本開示は上記回路構成に限定されない。つまり、上記回路構成と同様に、本開示の特徴的な機能を実現できる回路も本開示に含まれる。例えば、上記回路構成と同様の機能を実現できる範囲で、ある素子に対して、直列または並列に、スイッチング素子（トランジスタ）、抵抗素子、または容量素子等の素子を接続したものも本開示に含まれる。言い換えれば、上記実施の形態における「接続される」には、２つの端子（ノード）が直接接続される場合に限定されるものではなく、同様の機能が実現できる範囲において、当該２つの端子（ノード）が、素子を介して接続される場合が含まれる。
また、本開示において、信号の入出力に関する表現は、その信号が直接的に入出力される場合に限らず、間接的に入出力される場合をも含む。例えば「信号がＡからＢに出力される」、「信号がＡからＢに入力される」、「信号がＡから出力されＢに入力される」などの表現は、ＡとＢの間にその他の素子または回路を含む構成をも含む。また、それらの表現は、Ａから出力された信号が、その他の素子または回路を通って変化した後に、Ｂに入力されるものを含む。
【０１７８】
なお、本開示は、これらの実施の形態またはその変形例に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態またはその変形例に施したもの、あるいは異なる実施の形態またはその変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。
【０１７９】
例えば、ゲート駆動回路は、半導体スイッチング素子を駆動する駆動信号を生成するゲート駆動回路であって、半導体スイッチング素子を駆動するための入力信号が入力される入力端子と、高周波信号を取得し、対象期間における高周波信号の振幅を、対象期間以外の期間における高周波信号の振幅よりも増幅して出力する第一の増幅回路と、入力端子に入力される入力信号に応じて第一の増幅回路が出力する高周波信号を変調した第一の変調信号を生成する変調回路と、第一の変調信号を非接触伝送する第一の電磁共鳴結合器と、第一の電磁共鳴結合器によって非接触伝送された第一の変調信号を整流することによって復調した第一の出力信号を生成する第一の整流回路と、少なくとも第一の出力信号を含む駆動信号が出力される端子対である出力端子および出力基準端子とを備えてもよい。
【０１８０】
例えば、変調回路は、さらに、入力端子に入力される入力信号を反転させた信号に応じて第一の増幅回路が出力する高周波信号を変調した第二の変調信号を生成し、ゲート駆動回路は、さらに、第二の変調信号を非接触伝送する第二の電磁共鳴結合器と、第二の電磁共鳴結合器によって非接触伝送された第二の変調信号を整流することによって復調した第二の出力信号を生成する第二の整流回路とを備え、出力端子および出力基準端子には、第一の出力信号と、第二の出力信号とを含む駆動信号が出力されてもよい。
【０１８１】
例えば、ゲート駆動回路は、半導体スイッチング素子を駆動する駆動信号を生成するゲート駆動回路であって、半導体スイッチング素子を駆動するための入力信号が入力される入力端子と、高周波信号を取得し、入力端子に入力される入力信号に応じて高周波信号を変調した第三の変調信号を生成する変調回路と、対象期間における第三の変調信号の振幅を、対象期間以外の期間における第三の変調信号の振幅よりも増幅した第一の変調信号を生成する第一の増幅回路と、第一の変調信号を非接触伝送する第一の電磁共鳴結合器と、第一の電磁共鳴結合器によって非接触伝送された第一の変調信号を整流することによって復調した第一の出力信号を生成する第一の整流回路と、少なくとも第一の出力信号を含む駆動信号が出力される端子対である出力端子および出力基準端子とを備えてもよい。
【０１８２】
例えば、変調回路は、さらに、入力端子に入力される入力信号を反転させた信号に応じて高周波信号を変調した第四の変調信号を生成し、ゲート駆動回路は、さらに、対象期間における第四の変調信号の振幅を、対象期間以外の期間における第四の変調信号の振幅よりも増幅した第二の変調信号を生成する第二の増幅回路と、第二の変調信号を非接触伝送する第二の電磁共鳴結合器と、第二の電磁共鳴結合器によって非接触伝送された第二の変調信号を整流することによって復調した第二の出力信号を生成する第二の整流回路とを備え、出力端子および出力基準端子には、第一の出力信号と、第二の出力信号とを含む駆動信号が出力されてもよい。
【０１８３】
例えば、対象期間は、入力端子に入力される入力信号の立ち上がり直後の所定期間および入力信号の立ち下がり直後の所定期間の少なくとも一方の期間であってもよい。
【０１８４】
例えば、ゲート駆動回路は、さらに、入力端子に入力される入力信号から、対象期間を示す第一信号を生成し、第一の増幅回路に出力する第一回路を備えてもよい。
【０１８５】
例えば、ゲート駆動回路は、さらに、入力端子に入力される入力信号から、対象期間を示す第一信号を生成し、第一の増幅回路および第二の増幅回路のそれぞれに出力する第一回路を備えてもよい。
【０１８６】
例えば、第一回路は、入力信号を微分する微分回路であってもよい。
【０１８７】
例えば、ゲート駆動回路は、さらに、対象期間を示す第一信号が入力されるゲイン入力端子を備え、第一の増幅回路は、ゲイン入力端子から第一信号を取得してもよい。
【０１８８】
例えば、ゲート駆動回路は、さらに、対象期間を示す第一信号が入力されるゲイン入力端子を備え、第一の増幅回路および第二の増幅回路のそれぞれは、ゲイン入力端子から第一信号を取得してもよい。
【０１８９】
例えば、ゲート駆動回路は、さらに、変調回路が取得する高周波信号を生成する高周波発振回路を備えてもよい。
【０１９０】
例えば、変調回路は、入力端子に入力される入力信号と第一の増幅回路が出力する高周波信号とを混合することによって第一の変調信号を生成する混合回路であってもよい。
【０１９１】
例えば、変調回路は、入力端子に入力される入力信号に応じて第一の増幅回路が出力する高周波信号を出力することによって第一の変調信号を生成するスイッチ回路であってもよい。
【０１９２】
例えば、入力端子に入力される入力信号が２つの電圧値をとる信号である場合、駆動信号は、３つ以上の電圧値をとる信号であってもよい。
【０１９３】
例えば、ゲート駆動回路は、半導体スイッチング素子を駆動する駆動信号を生成するゲート駆動回路であって、半導体スイッチング素子を駆動するための第一の入力信号が入力される第一の入力端子と、高周波信号を取得し、高周波信号の振幅を第一の入力端子に入力される第一の入力信号に応じて増幅した第一の変調信号を生成する第一の増幅回路と、第一の変調信号を非接触伝送する第一の電磁共鳴結合器と、第一の電磁共鳴結合器によって非接触伝送された第一の変調信号を整流することによって復調した第一の出力信号を生成する第一の整流回路と、少なくとも第一の出力信号を含む駆動信号が出力される端子対である出力端子および出力基準端子とを備えてもよい。
【０１９４】
例えば、ゲート駆動回路は、さらに、半導体スイッチング素子を駆動するための第二の入力信号が入力される第二の入力端子と、高周波信号を取得し、高周波信号の振幅を、第二の入力端子に入力される第二の入力信号に応じて増幅した第二の変調信号を生成する第二の増幅回路と、第二の変調信号を非接触伝送する第二の電磁共鳴結合器と、第二の電磁共鳴結合器によって非接触伝送された第二の変調信号を整流することによって復調した第二の出力信号を生成する第二の整流回路とを備え、出力端子および出力基準端子には、第一の出力信号と、第二の出力信号とを含む駆動信号が出力されてもよい。
【０１９５】
例えば、第一の入力信号および第二の入力信号のそれぞれは、少なくとも第一の電圧値と、第一の電圧値よりも大きい第二の電圧値と、第二の電圧値よりも大きい第三の電圧値とを含む信号であり、第一の入力信号は、半導体スイッチング素子をオン状態にするための期間であるオン期間のうちの第一オン期間において第三の電圧値をとり、オン期間のうちの第一オン期間以外の期間である第二オン期間において第二の電圧値をとり、半導体スイッチング素子をオフ状態にするための期間であるオフ期間において第一の電圧値をとり、第二の入力信号は、オフ期間のうちの第一オフ期間において第三の電圧値をとり、オフ期間のうちの第一オフ期間以外の期間である第二オフ期間において第二の電圧値をとり、オン期間において第一の電圧値をとってもよい。
【０１９６】
例えば、オン期間は、第一オン期間と、第一オン期間に続く第二オン期間とからなり、オフ期間は、第一オフ期間と、第一オフ期間に続く第二オフ期間とからなってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１９７】
本開示に係るゲート駆動回路は、半導体スイッチング素子を駆動するゲート駆動回路として有用である。
【符号の説明】
【０１９８】
１０  半導体スイッチング素子
１００，１００ａ，１００ｂ，２００，３００  ゲート駆動回路
１０１，１０１ａ，１０１ｂ，５０１  入力端子
１０２  ゲイン入力端子
１０３  出力端子
１０４  出力基準端子
１２０，１３０  入力キャパシタ
１２１，１３１  ダイオード
１２２，１３２  インダクタ
１２３，１３３  平滑コンデンサ
１２５  抵抗
１５１，５５２，６５２  第一の増幅回路
１６０，５６０  混合回路（変調回路）
１７０，５７０，６７０  高周波発振回路
１８０ａ，１８０ｂ，１８１ａ，１８１ｂ  共鳴器
１８０  第一の電磁共鳴結合器（第一の絶縁素子）
１８１  第二の電磁共鳴結合器（第二の絶縁素子）
１９０  スイッチ回路（変調回路）
２１０  電源端子
５４０  微分回路
５５３，６５３  第二の増幅回路
６０５  第一の入力端子
６０６  第二の入力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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