(57)【要約】【課題】  オペアンプのスルーレートによる影響を抑制しながらオペアンプによってスイッチング素子のゲート電位を制御することができるゲート電位制御回路を提供する。【解決手段】  駆動用スイッチング素子と、第１ゲート電位供給部と、前記駆動用スイッチング素子のゲートと前記第１ゲート電位供給部の間に直列に接続された第１スイッチング素子及び第１抵抗と、出力が前記第１スイッチング素子のゲートに接続されており、反転入力に第１参照電位が入力され、非反転入力に前記第１抵抗の前記第１ゲート電位供給部側の端子の電位から前記第１抵抗の前記駆動用スイッチング素子側の端子の電位を減算した電位差に基づく値と前記第１スイッチング素子の前記駆動用スイッチング素子側の端子の電位に基づく値のうちの前記第１参照電位に近い方の値が入力される第１オペアンプを有するゲート電位制御回路。【選択図】図１
2015231117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動用スイッチング素子と、
第１ゲート電位供給部と、
前記駆動用スイッチング素子のゲートと前記第１ゲート電位供給部の間に直列に接続された第１スイッチング素子及び第１抵抗と、
出力が前記第１スイッチング素子のゲートに接続されており、反転入力に第１参照電位が入力され、非反転入力に前記第１抵抗の前記第１ゲート電位供給部側の端子の電位から前記第１抵抗の前記駆動用スイッチング素子側の端子の電位を減算した電位差に基づく値と前記第１スイッチング素子の前記駆動用スイッチング素子側の端子の電位に基づく値のうちの前記第１ゲート電位供給部の電位に近い方の値が入力される第１オペアンプ、
を有するゲート電位制御回路。
【請求項２】
前記第１ゲート電位供給部が、ゲートオン電位を供給し、
前記ゲートオン電位よりも低いゲートオフ電位を供給する第２ゲート電位供給部と、
前記駆動用スイッチング素子の前記ゲートと前記第２ゲート電位供給部の間に直列に接続された第２スイッチング素子及び第２抵抗と、
出力が前記第２スイッチング素子のゲートに接続されており、反転入力に第２参照電位が入力され、非反転入力に前記第２抵抗の前記第２ゲート電位供給部側の端子の電位から前記第２抵抗の前記駆動用スイッチング素子側の端子の電位を減算した電位差に基づく値と前記第２スイッチング素子の前記駆動用スイッチング素子側の端子の電位に基づく値のうちの低い方の値が入力される第２オペアンプ、
をさらに有する請求項１のゲート電位制御回路。
【請求項３】
前記駆動用スイッチング素子の前記ゲートと前記第１スイッチング素子との間に接続された第３抵抗をさらに有する請求項１または２のゲート電位制御回路。
【請求項４】
駆動用スイッチング素子と、
第１ゲート電位供給部と、
前記駆動用スイッチング素子のゲートと前記第１ゲート電位供給部の間に接続された第１スイッチング素子と、
前記駆動用スイッチング素子と前記第１スイッチング素子の間に接続された第１抵抗と、
出力が前記第１スイッチング素子のゲートに接続されており、非反転入力に前記第１スイッチング素子の前記駆動用スイッチング素子側の端子の電位が入力され、反転入力に前記第１抵抗の前記駆動用スイッチング素子側の端子の電位と第３参照電位とを加算した電位と第４参照電位のうちの前記第１ゲート電位供給部の電位から遠い方の電位が入力される第１オペアンプ、
を有するゲート電位制御回路。
【請求項５】
前記第１ゲート電位供給部が、ゲートオン電位を供給し、
前記ゲートオン電位よりも低いゲートオフ電位を供給する第２ゲート電位供給部と、
前記駆動用スイッチング素子の前記ゲートと前記第２ゲート電位供給部の間に接続された第２スイッチング素子と、
前記駆動用スイッチング素子と前記第２スイッチング素子の間に接続された第２抵抗と、
出力が前記第２スイッチング素子のゲートに接続されており、非反転入力に前記第２スイッチング素子の前記駆動用スイッチング素子側の端子の電位が入力され、反転入力に前記第２抵抗の前記駆動用スイッチング素子側の端子の電位と第５参照電位とを加算した電位と第６参照電位のうちの高い方の電位が入力される第２オペアンプ、
をさらに有する請求項４のゲート電位制御回路。
【請求項６】
前記駆動用スイッチング素子の前記ゲートと前記第１スイッチング素子との間に接続された第３抵抗をさらに有する請求項４または５のゲート電位制御回路。
【請求項７】
駆動用スイッチング素子と、
第１ゲート電位供給部と、
前記駆動用スイッチング素子のゲートと前記第１ゲート電位供給部の間に直列に接続された第１スイッチング素子及び第１抵抗と、
出力が前記第１スイッチング素子のゲートに接続されており、前記第１抵抗の両端の電位差が第７参照電位を超えず、かつ、前記第１スイッチング素子の前記駆動用スイッチング素子側の端子の電位が第８参照電位まで変化するように、前記第１スイッチング素子の前記ゲートの電位を制御する第１オペアンプ、
を有するゲート電位制御回路。
【請求項８】
前記第１ゲート電位供給部が、ゲートオン電位を供給し
前記ゲートオン電位よりも低いゲートオフ電位を供給する第２ゲート電位供給部と、
前記駆動用スイッチング素子の前記ゲートと前記第２ゲート電位供給部の間に直列に接続された第２スイッチング素子及び第２抵抗と、
出力が前記第２スイッチング素子のゲートに接続されており、前記第２抵抗の両端の電位差が第９参照電位を超えず、かつ、前記第２スイッチング素子の前記駆動用スイッチング素子側の端子の電位が第１０参照電位まで変化するように、前記第２スイッチング素子の前記ゲートの電位を制御する第２オペアンプ、
をさらに有する請求項７のゲート電位制御回路。
【請求項９】
前記駆動用スイッチング素子の前記ゲートと前記第１スイッチング素子との間に接続された第３抵抗をさらに有する請求項７または８のゲート電位制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング素子のゲートの電位を制御する回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ＩＧＢＴのゲートの電位を制御する回路が開示されている。この回路は、ＩＧＢＴのゲートと駆動電源の間に直列に接続されたｐＭＯＳと抵抗を有している。ｐＭＯＳのゲートには、オペアンプが接続されている。オペアンプによって、ｐＭＯＳのドレイン電圧が一定となるように、ｐＭＯＳが制御される。これによって、ＩＧＢＴのゲートの電位が所定値まで上昇される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１２／０１４３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、ＩＧＢＴのゲート電位の上昇速度が、オペアンプのスルーレートによって定まる。オペアンプのスルーレートのばらつきが大きいため、特許文献１のゲート電位制御回路では、ＩＧＢＴのゲート電位の上昇速度にばらつきが生じる。したがって、オペアンプのスルーレートによる影響を抑制しながらオペアンプによってスイッチング素子のゲート電位を制御することができるゲート電位制御回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１のゲート電位制御回路は、駆動用スイッチング素子と、第１ゲート電位供給部と、前記駆動用スイッチング素子のゲートと前記第１ゲート電位供給部の間に直列に接続された第１スイッチング素子及び第１抵抗と、出力が前記第１スイッチング素子のゲートに接続されており、反転入力に第１参照電位が入力され、非反転入力に前記第１抵抗の前記第１ゲート電位供給部側の端子の電位から前記第１抵抗の前記駆動用スイッチング素子側の端子の電位を減算した電位差に基づく値と前記第１スイッチング素子の前記駆動用スイッチング素子側の端子の電位に基づく値のうちの前記第１ゲート電位供給部の電位に近い方の値が入力される第１オペアンプを有する。
【０００６】
このような構成によれば、オペアンプによって駆動用スイッチング素子のゲート電位の変化速度を正確に制御することができる。
【０００７】
また、本発明の第２のゲート電位制御回路は、駆動用スイッチング素子と、第１ゲート電位供給部と、前記駆動用スイッチング素子のゲートと前記第１ゲート電位供給部の間に接続された第１スイッチング素子と、前記駆動用スイッチング素子と前記第１スイッチング素子の間に接続された第１抵抗と、出力が前記第１スイッチング素子のゲートに接続されており、非反転入力に前記第１スイッチング素子の前記駆動用スイッチング素子側の端子の電位が入力され、反転入力に前記第１抵抗の前記駆動用スイッチング素子側の端子の電位と第３参照電位とを加算した電位と第４参照電位のうちの前記第１ゲート電位供給部の電位から遠い方の電位が入力される第１オペアンプを有する。
【０００８】
このような構成によれば、オペアンプによって駆動用スイッチング素子のゲート電位の変化速度を正確に制御することができる。
【０００９】
また、本発明の第３のゲート電位制御回路は、駆動用スイッチング素子と、第１ゲート電位供給部と、前記駆動用スイッチング素子のゲートと前記第１ゲート電位供給部の間に直列に接続された第１スイッチング素子及び第１抵抗と、出力が前記第１スイッチング素子のゲートに接続されており、前記第１抵抗の両端の電位差が第７参照電位を超えず、かつ、前記第１スイッチング素子の前記駆動用スイッチング素子側の端子の電位が第８参照電位まで変化するように、前記第１スイッチング素子の前記ゲートの電位を制御する第１オペアンプを有する。
【００１０】
このような構成によれば、オペアンプによって駆動用スイッチング素子のゲート電位の変化速度を正確に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１のゲート電位制御回路１０ａの回路図。
【図２】実施例１でＩＧＢＴをオンさせる際の電圧の変化を示すグラフ。
【図３】実施例２のゲート電位制御回路１０ｂの回路図。
【図４】実施例２でＩＧＢＴをオンさせる際の電圧の変化を示すグラフ。
【図５】実施例２でＩＧＢＴをオフさせる際の電圧の変化を示すグラフ。
【図６】実施例の変形例を示す回路図。
【図７】実施例の変形例を示す回路図。
【図８】実施例の変形例を示す回路図。
【図９】実施例３のゲート電位制御回路１０ｃの回路図。
【図１０】実施例３でＩＧＢＴをオンさせる際の電圧の変化を示すグラフ。
【図１１】実施例４のゲート電位制御回路１０ｄの回路図。
【図１２】実施例４でＩＧＢＴをオンさせる際の電圧の変化を示すグラフ。
【図１３】実施例４でＩＧＢＴをオフさせる際の電圧の変化を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１２】
図１に示す実施例１のゲート電位制御回路１０ａは、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａの電位を制御する。ＩＧＢＴ１２は、インバータやＤＣ−ＤＣコンバータ等に用いられる電流制御用のスイッチング素子である。なお、本実施例では駆動用スイッチング素子としてＩＧＢＴを用いるが、他の実施例では駆動用スイッチング素子として他のスイッチング素子（例えば、ＭＯＳ等）を用いてもよい。ゲート電位制御回路１０ａは、ゲート充電回路２０と、ゲート放電回路４０と、絶縁電源６０と、制御装置７０を有している。
【００１３】
絶縁電源６０は、出力端子６０ａに電位Ｖｏｕｔを出力する。電位Ｖｏｕｔは、ゲート電位制御回路１０ａの中で最も高い電位である。
【００１４】
ゲート充電回路２０は、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａに電荷を供給することで、ＩＧＢＴ１２をオンさせるための回路である。ゲート充電回路２０は、ｐＭＯＳ２２と、第１抵抗２４と、減算器２６と、増幅器２８と、第１参照電源３０と、第１オペアンプＩＣ３２と、スイッチ３４を有している。
【００１５】
ｐＭＯＳ２２と第１抵抗２４は、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａと絶縁電源６０の出力端子６０ａの間に直列に接続されている。ｐＭＯＳ２２は、第１抵抗２４よりも絶縁電源６０側に接続されている。ｐＭＯＳ２２のソース２２ｂは、絶縁電源６０の出力端子６０ａに接続されている。ｐＭＯＳ２２のドレイン２２ａは、第１抵抗２４の端子２４ａに接続されている。第１抵抗２４の端子２４ｂは、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａに接続されている。なお、図１に示す電位Ｖａは、第１抵抗２４の端子２４ａの電位であり、ｐＭＯＳ２２のドレイン２２ａの電位と等しい。また、図１に示す電位Ｖｂは、第１抵抗２４の端子２４ｂの電位であり、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａの電位と等しい。
【００１６】
減算器２６のプラス端子は、第１抵抗２４の端子２４ａに接続されている。減算器２６のマイナス端子は、第１抵抗２４の端子２４ｂに接続されている。減算器２６の出力端子は、増幅器２８に接続されている。減算器２６は、端子２４ａの電位Ｖａから端子２４ｂの電位Ｖｂを減算した電位Ｖａ−Ｖｂ（すなわち、第１抵抗２４の両端の電位差）を出力端子に出力する。
【００１７】
増幅器２８の入力端子は、減算器２６の出力端子に接続されている。増幅器２８の出力端子は、第１オペアンプＩＣ３２に接続されている。増幅器２８は、減算器２６の出力電位Ｖａ−ＶｂをＡ倍した電位を出力する。なお、Ａは１より大きい定数である。増幅器２８の出力電位Ａ（Ｖａ−Ｖｂ）は、第１オペアンプＩＣ３２に入力される。
【００１８】
第１参照電源３０の正極は、第１オペアンプＩＣ３２に接続されている。第１参照電源３０の負極は、グランドに接続されている。第１参照電源３０は、第１参照電位Ｖｒｅｆ１を出力する。
【００１９】
第１オペアンプＩＣ３２は、第１オペアンプ３２ａと第１選択器３２ｂを有するＩＣである。第１選択器３２ｂには、第１抵抗２４の端子２４ａの電位Ｖａと、増幅器２８の出力電位Ａ（Ｖａ−Ｖｂ）が入力される。第１選択器３２ｂは、電位Ｖａと電位Ａ（Ｖａ−Ｖｂ）のうちの高い方の電位を出力する。
【００２０】
第１オペアンプ３２ａの非反転入力には、第１選択器３２ｂの出力電位（すなわち、電位Ｖａと電位Ａ（Ｖａ−Ｖｂ）のうちの高い方の電位）が入力される。第１オペアンプ３２ａの反転入力には、第１参照電位Ｖｒｅｆ１が入力される。第１オペアンプ３２ａの出力は、ｐＭＯＳ２２のゲート２２ｃに接続されている。第１オペアンプ３２ａは、非反転入力の電位が反転入力の電位よりも高いときはプラスの電位を出力し、反転入力の電位が非反転入力の電位よりも高いときはマイナスの電位を出力する。これによって、第１オペアンプ３２ａは、非反転入力に入力される電位と反転入力に入力される電位が一致するようにｐＭＯＳ２２のゲート２２ｃの電位を制御する。
【００２１】
スイッチ３４は、ｐＭＯＳ２２のソース２２ｂとゲート２２ｃの間に接続されている。スイッチ３４は、ソース２２ｂとゲート２２ｃの間を導通状態と遮断状態とに切り替える。スイッチ３４は、制御装置７０からの信号によって制御される。
【００２２】
ゲート放電回路４０は、第２抵抗４４と、ｎＭＯＳ４２を有している。第２抵抗４４とｎＭＯＳ４２は、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａとグランド８０の間に直列に接続されている。ｎＭＯＳ４２は、第２抵抗４４よりもグランド８０側に接続されている。ｎＭＯＳ４２のソース４２ｂは、グランド８０に接続されている。ｎＭＯＳ４２のドレイン４２ａは、第２抵抗４４の端子４４ａに接続されている。ｎＭＯＳ４２のゲート４２ｃは、制御装置７０に接続されている。ｎＭＯＳ４２は、制御装置７０からの信号に応じてスイッチングする。第２抵抗４４の端子４４ｂは、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａに接続されている。
【００２３】
制御装置７０は、スイッチ３４とｎＭＯＳ４２ｃを制御する。
【００２４】
次に、ゲート電位制御回路１０ａの動作について説明する。図２は、ＩＧＢＴ１２がオフ状態（図２の期間Ｔ０）からオン状態（図２の期間Ｔ６）に切り替わる際における電位Ｖａ、Ｖｂ及び電位差Ｖａ‐Ｖｂの変化を示している。ＩＧＢＴ１２がオフしている状態（すなわち、期間Ｔ０）では、ｎＭＯＳ４２がオンしており、スイッチ３４はオンしている（すなわち、ｐＭＯＳ２２はオフしている）。このため、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａにはグランド電位（０Ｖ）が印加されている。したがって、電位Ｖａ、Ｖｂは共に０Ｖとなっている。
【００２５】
制御装置７０は、図２の時刻ｔ１において、ｎＭＯＳ４２をオフさせるとともに、スイッチ３４をオフさせる。スイッチ３４がオフすると、ｐＭＯＳ２２のゲート２２ｃの電位は、第１オペアンプ３２ａによって制御されるようになる。時刻ｔ１では、電位Ｖａと電位Ａ（Ｖａ−Ｖｂ）が共に略０Ｖ（グランド電位）であるので、第１選択器３２ｂは略０Ｖを出力する。したがって、第１オペアンプ３２ａの非反転入力には略０Ｖが入力される。反転入力（Ｖｒｅｆ１）が非反転入力（０Ｖ）よりも高いので、第１オペアンプ３２ａは、出力（すなわち、ｐＭＯＳ２２のゲート２２ｃ）の電位を低下させる。これにより、ｐＭＯＳ２２がオンし、絶縁電源６０から、ｐＭＯＳ２２と第１抵抗２４を経由して、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａに向かってゲート電流が流れる。時刻ｔ１でｐＭＯＳ２２がオンすると、その後の期間Ｔ１でゲート電流が増加するため、電位差Ｖａ−Ｖｂが増加する。また、ゲート電流が流れるのに伴ってゲート１２ａに電荷が蓄積されるため、ゲート１２ａの電位が徐々に上昇する。このため、期間Ｔ１では、電位Ｖａ、Ｖｂが上昇する。また、期間Ｔ１では、非反転入力に入力される電位が低いため、第１オペアンプ３２ａは、出力電位（すなわち、ゲート２２ｃの電位）をそのスルーレートに従って低下させる。このため、期間Ｔ１では、電位Ｖａ、Ｖｂが上昇する傾きは、第１オペアンプ３２ａのスルーレートに従った傾きとなっている。期間Ｔ１においては、電位Ａ（Ｖａ−Ｖｂ）が電位Ｖａよりも速く上昇する。したがって、期間Ｔ１の間は、電位Ａ（Ｖａ−Ｖｂ）が第１オペアンプ３２ａの非反転入力に入力され続ける。
【００２６】
期間Ｔ１でゲート電流が上昇すると、時刻ｔ２において、電位差Ｖａ−Ｖｂが値Ｖｒｅｆ１／Ａに達する。すなわち、時刻ｔ２の時点で、Ａ（Ｖａ−Ｖｂ）＝Ｖｒｅｆ１が満たされる。すると、第１オペアンプ３２ａが、Ａ（Ｖａ−Ｖｂ）＝Ｖｒｅｆ１を維持するように、ゲート２２ｃの電位を制御する。したがって、時刻ｔ２の後の期間Ｔ２では、電位差Ｖａ−ＶｂがＶｒｅｆ１／Ａで略一定となる。すなわち、ゲート電流が略一定となる。このため、時刻ｔ２の後の期間Ｔ２では、一定のゲート電流に応じた傾きで電位Ｖａ、Ｖｂが上昇する。電位Ｖａ、Ｖｂは、時刻ｔ３の後の期間Ｔ３になると略一定の電位で推移するようになるが、これは、ＩＧＢＴ１２のミラー容量に電荷が充電されるためである。期間Ｔ３でも、ゲート電流（すなわち、電位差Ｖａ−Ｖｂ）は略一定である。その後、時刻ｔ４になると、ミラー容量への電荷の充電が完了する。このため、時刻ｔ４の後の期間Ｔ４で、再度、電位Ｖａ、Ｖｂが上昇する。期間Ｔ４でもゲート電流が略一定であるので、期間Ｔ４では期間Ｔ２と略同じ傾きで電位Ｖａ、Ｖｂが上昇する。時刻ｔ５において電位Ｖａが第１参照電位Ｖｒｅｆ１に達すると、電位Ｖａが電位Ａ（Ｖａ−Ｖｂ）を超えるため、第１選択器３２ｂが電位Ｖａを第１オペアンプ３２ａの非反転入力に入力する。すると、第１オペアンプ３２ａは、電位Ｖａを第１参照電位Ｖｒｅｆ１に維持するように、ゲート２２ｃの電位を制御する。これによって、ゲート電流が減少し、電位差Ｖａ−Ｖｂが低下する。このように、電位差Ｖａ−Ｖｂが低下するため、時刻ｔ５の後の期間Ｔ５では、第１オペアンプ３２ａの非反転入力に電位Ｖａが入力され続ける。このため、期間Ｔ５では、電位Ｖａが第１参照電位Ｖｒｅｆ１と一致するように、ｐＭＯＳ２２が制御される。したがって、期間Ｔ５の間に徐々にゲート電流が低下し、電位Ｖｂが第１参照電位Ｖｒｅｆ１と一致する電位まで上昇した時刻ｔ６でゲート電流（すなわち、電位差Ｖａ−Ｖｂ）が略ゼロとなる。その後は、第１オペアンプ３２ａは、電位Ｖａ、Ｖｂが第１参照電位Ｖｒｅｆ１と一致する状態を維持する。電位Ｖｂは、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａの電位であるので、電位Ｖｂが第１参照電位Ｖｒｅｆ１に制御されることで、ＩＧＢＴ１２がオンする。
【００２７】
ＩＧＢＴ１２をオフさせる場合には、制御装置７０によって、スイッチ３４とｎＭＯＳ４２がターンオンされる。スイッチ３４がオンすると、ｐＭＯＳ２２がオフし、ゲート１２ａへの電荷の供給が停止される。また、ｎＭＯＳ４２がオンすると、ゲート１２ａからグランド８０に電荷が排出され、ゲート１２ａの電位がグランド電位まで低下する。これによって、ＩＧＢＴ１２がオフする。
【００２８】
以上に説明したように、このゲート電位制御回路１０ａでは、ＩＧＢＴ１２をオンさせる際に、第１抵抗２４の両端の電位差Ｖａ−Ｖｂが所定電位Ｖｒｅｆ１／Ａを超えないように、ｐＭＯＳ２２が制御される。このため、期間Ｔ２〜Ｔ４では、電位差Ｖａ−Ｖｂ（すなわち、ゲート電流）が一定となり、電位Ｖａ、Ｖｂが上昇する傾きがゲート電流に応じた傾きに制御される。すなわち、期間Ｔ２、Ｔ４では、電位Ｖａ、Ｖｂが上昇する傾きが、スルーレートに従う傾きよりも小さい略一定の傾きに制御される。このため、このゲート電位制御回路１０ａによりＩＧＢＴ１２をオンさせれば、第１オペアンプ３２ａのスルーレートの影響をほとんど受けることなく、略一定の速度でＩＧＢＴ１２をオンさせることができる。したがって、このゲート電位制御回路１０ａを量産した場合には、第１オペアンプ３２ａのスルーレートのばらつきの影響をほとんど受けることなく、各ゲート電位制御回路１０ａのスイッチング速度のばらつきが抑制される。また、第１オペアンプ３２ａによれば、期間Ｔ６におけるＩＧＢＴ１２のゲート１２ａの電位Ｖｂを、電位Ｖｒｅｆ１に正確に制御することができる。すなわち、このゲート電位制御回路１０ａでは、ＩＧＢＴ１２のターンオン速度にばらつきが生じ難いと共に、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａの電位にもばらつきが生じ難い。
【実施例２】
【００２９】
図３に示す実施例２のゲート電位制御回路１０ｂは、絶縁電源６０とゲート放電回路４０の構成が、実施例１のゲート電位制御回路１０ａと異なる。
【００３０】
実施例２の絶縁電源６０は、出力端子６０ｂを有している。出力端子６０ｂには、マイナス電位Ｖ−ｏｕｔ（グランドよりも低い電位）が出力される。電位Ｖ−ｏｕｔは、ゲート電位制御回路１０ｂの中で最も低い電位である。
【００３１】
実施例２のゲート放電回路４０は、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａから電荷を排出することで、ＩＧＢＴ１２をオフさせるための回路である。ゲート放電回路４０は、ｎＭＯＳ４２と、第２抵抗４４と、減算器４６と、増幅器４８と、第２参照電源５０と、第２オペアンプＩＣ５２と、スイッチ５４を有している。
【００３２】
ｎＭＯＳ４２と第２抵抗４４は、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａと絶縁電源６０のマイナス側の出力端子６０ｂの間に直列に接続されている。ｎＭＯＳ４２は、第２抵抗４４よりも絶縁電源６０の出力端子６０ｂ側に接続されている。ｎＭＯＳ４２のソース４２ｂは、絶縁電源６０の出力端子６０ｂに接続されている。ｎＭＯＳ４２のドレイン４２ａは、第２抵抗４４の端子４４ａに接続されている。第２抵抗４４の端子４４ｂは、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａに接続されている。なお、図３に示す電位Ｖｃは、第２抵抗４４の端子４４ａの電位であり、ｎＭＯＳ４２のドレイン４２ａの電位と等しい。また、電位Ｖｂは、第２抵抗４４の端子４４ｂの電位と等しい。
【００３３】
減算器４６のプラス端子は、第２抵抗４４の端子４４ａに接続されている。減算器４６のマイナス端子は、第２抵抗４４の端子４４ｂに接続されている。減算器４６の出力端子は、増幅器４８に接続されている。減算器４６は、端子４４ａの電位（Ｖｃ）から端子４４ｂの電位（Ｖｂ）を減算した電位（Ｖｃ−Ｖｂ）を出力端子に出力する。Ｖｃ＜Ｖｂであるので、電位Ｖｃ−Ｖａはマイナスの電位である。
【００３４】
増幅器４８の入力端子は、減算器４６の出力端子に接続されている。増幅器４８の出力端子は、第２オペアンプＩＣ５２に接続されている。増幅器４８は、減算器４６の出力電位（Ｖｃ−Ｖｂ）をＡ倍した電位を出力する。増幅器４８の出力電位Ａ（Ｖｃ−Ｖｂ）は、第２オペアンプＩＣ５２に入力される。
【００３５】
第２参照電源５０の正極は、グランドに接続されている。第２参照電源５０の負極は、第２オペアンプＩＣ５２に接続されている。第２参照電源５０は、第２参照電位Ｖｒｅｆ２を出力する。第２参照電位Ｖｒｅｆ２は、グランドよりも低いマイナスの電位である。
【００３６】
第２オペアンプＩＣ５２は、第２オペアンプ５２ａと第２選択器５２ｂを有するＩＣである。第２選択器５２ｂには、第２抵抗４４の端子４４ａの電位Ｖｃと、増幅器４８の出力電位Ａ（Ｖｃ−Ｖｂ）が入力される。第２選択器５２ｂは、電位Ｖｃと電位Ａ（Ｖｃ−Ｖｂ）のうちの低い方の電位を出力する。
【００３７】
第２オペアンプ５２ａの非反転入力には、第２選択器５２ｂの出力電位（すなわち、電位Ｖｃと電位Ａ（Ｖｃ−Ｖｂ）のうちの低い方の電位）が入力される。第２オペアンプ５２ａの反転入力には、第２参照電位Ｖｒｅｆ２が入力される。第２オペアンプ５２ａの出力は、ｎＭＯＳ４２のゲート４２ｃに接続されている。第２オペアンプ５２ａは、非反転入力の電位が反転入力の電位よりも高いときはプラスの電位を出力し、反転入力の電位が非反転入力の電位よりも高いときはマイナスの電位を出力する。これによって、第２オペアンプ５２ａは、非反転入力に入力される電位と反転入力に入力される電位が一致するようにｎＭＯＳ４２のゲート４２ｃの電位を制御する。
【００３８】
スイッチ５４は、ｎＭＯＳ４２のソース４２ｂとゲート４２ｃの間に接続されている。スイッチ５４は、ソース４２ｂとゲート４２ｃの間を導通状態と遮断状態とに切り替える。スイッチ５４は、制御装置７０からの信号によって制御される。
【００３９】
次に、ゲート電位制御回路１０ｂの動作について説明する。図４は、ＩＧＢＴ１２がオフ状態（図４の期間Ｔ０）からオン状態（図４の期間Ｔ６）に切り替わる際における電位Ｖａ、Ｖｂ、電位差Ｖａ‐Ｖｂの変化を示している。図４に示すように、ＩＧＢＴ１２がオフしている期間Ｔ０においては、電位Ｖａ、Ｖｂが第２参照電位Ｖｒｅｆ２（マイナスの電位）となっている。すなわち、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａに第２参照電位Ｖｒｅｆ２が印加されている。ＩＧＢＴ１２をオンさせる際には、制御装置７０が、スイッチ５４をオンさせるとともに、スイッチ３４をオフさせる。スイッチ５４がオンすると、ｎＭＯＳ４２はオフする。また、スイッチ３４がオフすると、ゲート充電回路２０が電位Ｖａ、Ｖｂを第１参照電位Ｖｒｅｆ１まで上昇させる。この動作は、ＩＧＢＴ１２がオフしている際の電位Ｖｒｅｆ２がマイナスの電位である点を除いて、実施例１の動作と等しい。
【００４０】
次に、ＩＧＢＴ１２をオフさせる場合のゲート電位制御回路１０ｂの動作について説明する。図５は、ＩＧＢＴ１２をオフ状態（図５の期間Ｔ０）からオン状態（図５の期間Ｔ６）に切り替わる際における電位Ｖｂ、Ｖｃ及び電位差Ｖｃ‐Ｖｂの変化を示している。上述したように、ＩＧＢＴ１２がオンしている期間（図５の期間Ｔ０）においては、スイッチ５４がオンしており、スイッチ３４がオフしている。制御装置７０は、図５の時刻ｔ１において、スイッチ５４をオフさせるとともに、スイッチ３４をオンさせる。スイッチ３４がオンすると、ｐＭＯＳ２２がオフする。また、スイッチ５４がオフすると、ｎＭＯＳ４２のゲート４２ｃの電位は、第２オペアンプ５２ａによって制御されるようになる。時刻ｔ１では、電位Ｖｂと電位Ｖｃは共に第１参照電位Ｖｒｅｆ１である。したがって、増幅器４８の出力電位Ａ（Ｖｃ−Ｖｂ）は略０Ｖである。このため、電位Ａ（Ｖｃ−Ｖｂ）が電位Ｖｃ（＝Ｖｒｅｆ１）よりも低いので、第２選択器５２ｂは、電位Ａ（Ｖｃ−Ｖｂ）を第２オペアンプ５２ａの非反転入力に入力する。第２オペアンプ５２ａは、非反転入力（０Ｖ）が反転入力（Ｖｒｅｆ２：マイナスの電位）よりも高いので、出力（すなわち、ｎＭＯＳ４２のゲート４２ｃ）の電位を上昇させる。これにより、ｎＭＯＳ４２がオンし、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａから、第２抵抗４４とｎＭＯＳ４２を経由して、絶縁電源６０の出力端子６０ｂに向かってゲート電流が流れる。時刻ｔ１でｎＭＯＳ４２がオンすると、その後の期間Ｔ１でゲート電流が増加するため、電位差Ｖｃ−Ｖｂが低下する（電位差Ｖｃ−Ｖｂの絶対値が増加する）。また、ゲート電流が流れるのに伴ってゲート１２ａから電荷が排出されるため、ゲート１２ａの電位が徐々に低下する。このため、期間Ｔ１では、電位Ｖｂ、Ｖｃが低下する。また、期間Ｔ１では、非反転入力に入力される電位が低いため、第１オペアンプ３２ａは、出力電位（すなわち、ゲート４２ｃの電位）をそのスルーレートに従って低下させる。このため、期間Ｔ１では、電位Ｖｂ、Ｖｃが低下する傾きは、第２オペアンプ５２ａのスルーレートに従った傾きとなっている。期間Ｔ１においては、電位Ａ（Ｖｃ−Ｖｂ）が電位Ｖｃよりも速く低下する。したがって、電位Ａ（Ｖｃ−Ｖｂ）が第２オペアンプ５２ａの非反転入力に入力され続ける。
【００４１】
期間Ｔ１でゲート電流が上昇すると、時刻ｔ２において、電位差Ｖｃ−Ｖｂが値Ｖｒｅｆ２／Ａに達する。すなわち、時刻ｔ２の時点で、Ａ（Ｖｃ−Ｖｂ）＝Ｖｒｅｆ２が満たされる。すると、第２オペアンプ５２ａが、Ａ（Ｖｃ−Ｖｂ）＝Ｖｒｅｆ２を維持するように、ゲート４２ｃの電位を制御する。したがって、時刻ｔ２の後の期間Ｔ２では、電位差Ｖｃ−ＶｂがＶｒｅｆ２／Ａで略一定となる。すなわち、ゲート電流が略一定となる。このため、時刻ｔ２の後の期間Ｔ２では、一定のゲート電流に応じた傾きで電位Ｖｂ、Ｖｃが低下する。電位Ｖｂ、Ｖｃは、時刻ｔ３の後の期間Ｔ３になると略一定の電位で推移するようになるが、これは、ＩＧＢＴ１２のミラー容量から電荷が排出されるためである。期間Ｔ３でも、ゲート電流（すなわち、電位差Ｖｃ−Ｖｂ）は略一定である。その後、時刻ｔ４になると、ミラー容量からの電荷の排出が完了する。このため、時刻ｔ４の後の期間Ｔ４で、再度、電位Ｖｂ、Ｖｃが低下する。期間Ｔ４でもゲート電流が略一定であるので、期間Ｔ４では期間Ｔ２と略同じ傾きで電位Ｖｂ、Ｖｃが低下する。時刻ｔ５において電位Ｖｃが第２参照電位Ｖｒｅｆ２に達すると、電位Ｖｃが電位Ａ（Ｖｃ−Ｖｂ）より低くなるため、第２オペアンプ５２ａの非反転入力に電位Ｖｃが入力される。すると、第２オペアンプ５２ａは、電位Ｖｃを第２参照電位Ｖｒｅｆ２に維持するように、ゲート４２ｃの電位を制御する。これによって、ゲート電流が減少し、電位差Ｖｃ−Ｖｂが上昇する（０Ｖに近づく）。このように、電位差Ｖｃ−Ｖｂが上昇するため、時刻ｔ５の後の期間Ｔ５では、第２オペアンプ５２ａの非反転入力に電位Ｖｃが入力され続ける。このため、期間Ｔ５では、電位Ｖｃが第２参照電位Ｖｒｅｆ２と一致するように、ｎＭＯＳ４２が制御される。したがって、期間Ｔ５の間に徐々にゲート電流が低下し、電位Ｖｂが第２参照電位Ｖｒｅｆ２と一致する電位まで低下した時刻ｔ６でゲート電流（すなわち、電位差Ｖｃ−Ｖｂ）が略ゼロとなる。その後は、第２オペアンプ５２ａは、電位Ｖｃ、Ｖｂが第２参照電位Ｖｒｅｆ２と一致する状態を維持する。電位Ｖｂ（すなわち、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａの電位）が第２参照電位Ｖｒｅｆ２（低電位）に制御されることで、ＩＧＢＴ１２がオフする。
【００４２】
以上に説明したように、このゲート電位制御回路１０ｂでは、ＩＧＢＴ１２をオフさせる際に、第２抵抗４４の両端の電位差Ｖｃ−Ｖｂが所定電位Ｖｒｅｆ２／Ａを下回らないように（すなわち、電位差Ｖｃ−Ｖｂの絶対値が電位Ｖｒｅｆ２／Ａの絶対値を超えないように）、ｎＭＯＳ４２が制御される。このため、期間Ｔ２〜Ｔ４では、電位差Ｖｃ−Ｖｂ（すなわち、ゲート電流）が一定となり、電位Ｖｂ、Ｖｃが低下する傾きがゲート電流に応じた傾きに制御される。すなわち、期間Ｔ２、Ｔ４では、電位Ｖｂ、Ｖｃが低下する傾きが、スルーレートに従う傾きよりも小さい略一定の傾きに制御される。このため、ゲート電位制御回路１０ｂによりＩＧＢＴ１２をオフさせれば、第２オペアンプ５２ａのスルーレートの影響をほとんど受けることなく、略一定の速度でＩＧＢＴ１２をオフさせることができる。すなわち、実施例２のゲート電位制御回路１０ｂでは、ＩＧＢＴ１２をオンさせる場合も、ＩＧＢＴ１２をオフさせる場合も、オペアンプのスルーレートの影響をほとんど受けない。これによって、量産時に、ＩＧＢＴ１２のスイッチング速度のばらつきが抑制される。また、ゲート電位制御回路１０ｂによれば、電位Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを正確に制御することができる。
【００４３】
次に、上述した実施例１、２の構成要素と請求項の構成要素との関係について説明する。実施例１、２のＩＧＢＴ１２は請求項の駆動用スイッチング素子の一例であり、実施例１、２の絶縁電源６０の出力端子６０ａは請求項の第１ゲート電位供給部の一例であり、実施例１、２の第１抵抗２４は請求項の第１抵抗の一例であり、実施例１、２のｐＭＯＳ２２は請求項の第１スイッチング素子の一例であり、実施例１、２の第１オペアンプ３２ａは請求項の第１オペアンプの一例である。なお、実施例１、２の第１オペアンプ３２ａの非反転入力には、電位差Ｖａ‐Ｖｂに基づく値Ａ（Ｖａ‐Ｖｂ）と電位Ｖａのうちの高い方の値（すなわち、絶縁電源６０の出力電位Ｖｏｕｔに近い方の値）が入力される。また、実施例１、２の電位Ｖｒｅｆ１／Ａは、請求項の第７参照電位の一例である。また、実施例１、２の第１参照電位Ｖｒｅｆ１は、請求項の第１参照電位の一例であるとともに、請求項の第８参照電位の一例でもある。また、実施例２の絶縁電源６０の出力端子６０ｂは請求項の第２ゲート電位供給部の一例であり、実施例２のｎＭＯＳ４２は請求項の第２スイッチング素子の一例であり、実施例２の第２抵抗４４は請求項の第２抵抗の一例であり、実施例２の第２オペアンプ５２ａは請求項の第２オペアンプの一例である。また、実施例２の電位Ｖｒｅｆ２／Ａは、請求項の第９参照電位の一例である。また、実施例２の第２参照電位Ｖｒｅｆ２は、請求項の第２参照電位の一例であるとともに、請求項の第１０参照電位の一例でもある。
また、実施例２の構成要素と請求項の構成要素を、以下のように認めることもできる。すなわち、実施例２のＩＧＢＴ１２は請求項の駆動用スイッチング素子の一例であり、実施例２の絶縁電源６０の出力端子６０ｂは請求項の第１ゲート電位供給部の一例であり、実施例２の第２抵抗４４は請求項の第１抵抗の一例であり、実施例２のｎＭＯＳ４２は請求項の第１スイッチング素子の一例であり、実施例２の第２オペアンプ５２ａは請求項の第１オペアンプの一例である。なお、実施例２の第２オペアンプ５２ａの非反転入力には、電位差Ｖｃ−Ｖｂに基づく値Ａ（Ｖｃ−Ｖｂ）と電位Ｖｃのうちの低い方の値（すなわち、絶縁電源６０の出力電にＶ−ｏｕｔに近い方の値）が入力される。このように、請求項の第１ゲート電位供給部は、駆動用スイッチング素子をオンさせる（すなわち、ＩＧＢＴのゲート電位を上昇させる）ためのゲートオン電位（例えば、実施例１、２の絶縁電源６０の出力電位Ｖｏｕｔ）であってもよいし、駆動用スイッチング素子をオフさせる（すなわち、ＩＧＢＴのゲート電位を低下させる）ためのゲートオフ電位（例えば、実施例２の絶縁電源６０の出力電位Ｖ−ｏｕｔ）であってもよい。この場合、実施例２の電位Ｖｒｅｆ２／Ａは、請求項の第７参照電位の一例であり、実施例２の第２参照電位Ｖｒｅｆ２は、請求項の第８参照電位の一例であるとともに、請求項の第１参照電位の一例でもある。
【００４４】
また、実施例２の構成に対して、図６に示すように、第３抵抗１０１、１０２を付加してもよい。第３抵抗１０１は、第１抵抗２４とＩＧＢＴ１２のゲート１２ａの間に接続されている。第３抵抗１０２は、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａと第２抵抗４４の間に接続されている。このような構成によれば、第３抵抗１０１、１０２の両端の電位差がオペアンプに入力されることがないので、第３抵抗１０１、１０２の抵抗値を変更しても、オペアンプの動作にほとんど影響を与えることがない。したがって、第３抵抗１０１、１０２を交換することで、オペアンプの動作にほとんど影響を与えることなく、ゲート抵抗を調整することができる。これによって、設計の自由度が向上する。また、図７に示すように、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａに対して充電時と放電時とで共通に使用される電流経路に、追加の第３抵抗１０３を付加してもよい。図７の構成でも、オペアンプの動作にほとんど影響を与えることなくゲート抵抗を調整することができる。また、図６、７の第３抵抗１０１、１０３と同様にして、図１に示す実施例１のゲート電位制御回路１０ａの端子２４ｂとゲート１２ａの間に第３抵抗を追加してもよい。
【００４５】
また、実施例１、２、及び図６、７の回路においては、第１抵抗２４とｐＭＯＳ２２の位置が入れ替わっていてもおい。また、実施例２及び図６、７の回路においては、第２抵抗４４とｎＭＯＳ４２の位置が入れ替わっていてもよい。例えば、図６の回路を図８に示すように変更してもよい。この回路では、実施例１、２及び図６、７の回路と同様に、第１抵抗２４の両端の電位差を定数倍した値Ａ（Ｖａ‐Ｖｂ）と、ｐＭＯＳ２２のドレイン２２ａの電位Ｖａ２が、第１選択器３２ｂに入力される。また、この回路では、実施例２及び図６、７の回路と同様に、第２抵抗４４の両端の電位差（Ｖｃ−Ｖｂ）と、ｎＭＯＳ４２のドレイン４２ａの電位Ｖｃ２が、第２選択器５２ｂに入力される。図８のように配置を変更しても、実施例１、２、及び図６、７の回路と同様の動作が可能である。
【実施例３】
【００４６】
図９に示す実施例３のゲート電位制御回路１０ｃは、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａの電位を制御する。実施例３のゲート電位制御回路１０ｃは、ゲート充電回路２０の構成が実施例１の回路と異なり、その他の構成は実施例１と等しい。
【００４７】
実施例３では、ゲート充電回路２０は、ｐＭＯＳ２２と、第１抵抗２４と、加算器３５と、第３参照電源３６と、第４参照電源３７と、第１オペアンプＩＣ３２と、スイッチ３４を有している。
【００４８】
ｐＭＯＳ２２と第１抵抗２４は、実施例１と同様に、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａと絶縁電源６０の出力端子６０ａの間に直列に接続されている。なお、図９に示す電位Ｖｄは、第１抵抗２４の端子２４ａの電位であり、ｐＭＯＳ２２のドレイン２２ａの電位と等しい。また、図９に示す電位Ｖｅは、第１抵抗２４の端子２４ｂの電位であり、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａの電位と等しい。
【００４９】
第３参照電源３６の正極は、加算器３５に接続されている。第３参照電源３６の負極は、グランドに接続されている。第３参照電源３６は、第３参照電位Ｖｒｅｆ３を出力する。
【００５０】
加算器３５の１つの入力端子は、第１抵抗２４の端子２４ｂに接続されている。加算器３５の他の入力端子は、第３参照電源３６の正極に接続されている。加算器３５の出力端子は、第１オペアンプＩＣ３２に接続されている。加算器３５は、端子２４ｂの電位Ｖｅに第３参照電位Ｖｒｅｆ３を加算した電位Ｖｅ＋Ｖｒｅｆ３を出力端子に出力する。
【００５１】
第４参照電源３７の正極は、第１オペアンプＩＣ３２に接続されている。第４参照電源３７の負極は、グランドに接続されている。第４参照電源３７は、第４参照電位Ｖｒｅｆ４を出力する。第４参照電位Ｖｒｅｆ４は、第３参照電位Ｖｒｅｆ３よりも小さい。
【００５２】
第１オペアンプＩＣ３２は、第１オペアンプ３２ａと第１選択器３２ｂを有する。第１選択器３２ｂには、加算器３５が出力する電位Ｖｅ＋Ｖｒｅｆ３と、第４参照電源３７が出力する第４参照電位Ｖｒｅｆ４とが入力される。第１選択器３２ｂは、電位Ｖｅ＋Ｖｒｅｆ３と電位Ｖｒｅｆ４のうちの低い方の電位を出力する。
【００５３】
第１オペアンプ３２ａの反転入力には、第１選択器３２ｂの出力電位（すなわち、電位Ｖｅ＋Ｖｒｅｆ３と電位Ｖｒｅｆ４のうちの低い方の電位）が入力される。第１オペアンプ３２ａの非反転入力には、電位Ｖｄが入力される。第１オペアンプ３２ａの出力は、ｐＭＯＳ２２のゲート２２ｃに接続されている。第１オペアンプ３２ａは、非反転入力の電位が反転入力の電位よりも高いときはプラスの電位を出力し、反転入力の電位が非反転入力の電位よりも高いときはマイナスの電位を出力する。これによって、第１オペアンプ３２ａは、非反転入力に入力される電位と反転入力に入力される電位が一致するようにｐＭＯＳ２２のゲート２２ｃの電位を制御する。
【００５４】
スイッチ３４は、ｐＭＯＳ２２のソース２２ｂとゲート２２ｃの間に接続されている。スイッチ３４は、ソース２２ｂとゲート２２ｃの間を導通状態と遮断状態とに切り替える。スイッチ３４は、制御装置７０からの信号によって制御される。
【００５５】
次に、ゲート電位制御回路１０ｃの動作について説明する。図１０は、ＩＧＢＴ１２がオフ状態（図１０の期間Ｔ０）からオン状態（図１０の期間Ｔ６）に切り替わる際における電位Ｖｄ、Ｖｅ及び電位差Ｖｄ‐Ｖｅの変化を示している。ＩＧＢＴ１２がオフしている状態（すなわち、期間Ｔ０）では、ｎＭＯＳ４２がオンしており、スイッチ３４はオンしている（すなわち、ｐＭＯＳ２２はオフしている）。このため、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａにはグランド電位（０Ｖ）が印加されている。したがって、電位Ｖｄ、Ｖｅは共に０Ｖとなっている。
【００５６】
制御装置７０は、図１０の時刻ｔ１において、ｎＭＯＳ４２をオフさせるとともに、スイッチ３４をオフさせる。スイッチ３４がオフすると、ｐＭＯＳ２２のゲート２２ｃの電位は、第１オペアンプ３２ａによって制御されるようになる。時刻ｔ１では、電位Ｖｅが略０Ｖ（グランド電位）であるので、加算器３５の出力電位Ｖｅ＋Ｖｒｅｆ３は、第３参照電位Ｖｒｅｆ３と等しい。第３参照電位Ｖｒｅｆ３が第４参照電位Ｖｒｅｆ４よりも低いので、第１選択器３２ｂは第３参照電位Ｖｒｅｆ３を第１オペアンプ３２ａの反転入力に入力する。反転入力（Ｖｒｅｆ３）が非反転入力（Ｖｄ＝０Ｖ）よりも高いので、第１オペアンプ３２ａは、出力（すなわち、ｐＭＯＳ２２のゲート２２ｃ）の電位を低下させる。これにより、ｐＭＯＳ２２がオンし、絶縁電源６０から、ｐＭＯＳ２２と第１抵抗２４を経由して、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａに向かってゲート電流が流れる。時刻ｔ１でｐＭＯＳ２２がオンすると、その後の期間Ｔ１でゲート電流が増加するため、電位差Ｖｄ−Ｖｅが増加する。また、ゲート電流が流れるのに伴ってゲート１２ａに電荷が蓄積されるため、ゲート１２ａの電位が徐々に上昇する。このため、期間Ｔ１では、電位Ｖｄ、Ｖｅが上昇する。また、期間Ｔ１では、非反転入力に入力される電位Ｖｄが低いため、第１オペアンプ３２ａは、出力電位（すなわち、ゲート２２ｃの電位）をそのスルーレートに従って低下させる。このため、期間Ｔ１では、電位Ｖｄ、Ｖｅが上昇する傾きは、第１オペアンプ３２ａのスルーレートに従った傾きとなっている。時刻ｔ１以降においても、電位Ｖｅ＋Ｖｒｅｆ３が第４参照電位Ｖｒｅｆ４よりも低いので、電位Ｖｅ＋Ｖｒｅｆ３が第１オペアンプ３２ａの反転入力に入力され続ける。
【００５７】
期間Ｔ１でゲート電流が上昇すると、時刻ｔ２において、電位差Ｖｄ−Ｖｅが第３参照電位Ｖｒｅｆ３に達する。すなわち、時刻ｔ２の時点で、Ｖｄ＝Ｖｅ＋Ｖｒｅｆ３が満たされる。すなわち、第１オペアンプ３２ａの反転入力の電位と非反転入力の電位が略一致する。すると、第１オペアンプ３２ａが、Ｖｄ＝Ｖｅ＋Ｖｒｅｆ３の関係を維持するように、ゲート２２ｃの電位を制御する。したがって、時刻ｔ２の後の期間Ｔ２では、電位差Ｖｄ−Ｖｅが第３参照電位Ｖｒｅｆ３で略一定となる。すなわち、ゲート電流が略一定となる。このため、時刻ｔ２の後の期間Ｔ２では、一定のゲート電流に応じた傾きで電位Ｖｄ、Ｖｅが上昇する。電位Ｖｄ、Ｖｅは、時刻ｔ３の後の期間Ｔ３になると略一定の電位で推移するようになるが、これは、ＩＧＢＴ１２のミラー容量に電荷が充電されるためである。期間Ｔ３でも、ゲート電流（すなわち、電位差Ｖｄ−Ｖｅ）は略一定である。その後、時刻ｔ４になると、ミラー容量への電荷の充電が完了する。このため、時刻ｔ４の後の期間Ｔ４で、再度、電位Ｖｄ、Ｖｅが上昇する。期間Ｔ４でもゲート電流が略一定であるので、期間Ｔ４では期間Ｔ２と略同じ傾きで電位Ｖｄ、Ｖｅが上昇する。時刻ｔ５において電位Ｖｄが第４参照電位Ｖｒｅｆ４に達すると、電位Ｖｅ＋Ｖｒｅｆ３が第４参照電位Ｖｒｅｆ４を超えるため、第１選択器３２ｂが第４参照電位Ｖｒｅｆ４を第１オペアンプ３２ａの反転入力に入力する。すると、第１オペアンプ３２ａは、電位Ｖｄを第４参照電位Ｖｒｅｆ４に維持するように、ゲート２２ｃの電位を制御する。これによって、ゲート電流が減少し、電位差Ｖｄ−Ｖｅが低下する。しかしながら、その後もゲート電流が流れるため、電位Ｖｅは期間Ｔ５でも上昇を続ける。したがって、期間Ｔ５では、第１オペアンプ３２ａの反転入力に第４参照電位Ｖｒｅｆ４が入力され続ける。このため、期間Ｔ５では、電位Ｖｄが第４参照電位Ｖｒｅｆ４と一致するように、ｐＭＯＳ２２が制御される。したがって、期間Ｔ５の間に徐々にゲート電流が低下し、電位Ｖｅが第４参照電位Ｖｒｅｆ４と一致する電位まで上昇した時刻ｔ６でゲート電流（すなわち、電位差Ｖｄ−Ｖｅ）が略ゼロとなる。その後は、第１オペアンプ３２ａは、電位Ｖｄ、Ｖｅが第４参照電位Ｖｒｅｆ４と一致する状態を維持する。したがって、ＩＧＢＴ１２がオンする。その後、ＩＧＢＴ１２をオフさせる場合には、実施例１と同様に、ｎＭＯＳ４２をオンさせ、ｐＭＯＳ２２をオフさせる。
【００５８】
以上に説明したように、このゲート電位制御回路１０ｃでは、ＩＧＢＴ１２をオンさせる際に、第１抵抗２４の両端の電位差Ｖｄ−Ｖｅが所定電位Ｖｒｅｆ３を超えないように、ｐＭＯＳ２２が制御される。このため、期間Ｔ２〜Ｔ４では、電位差Ｖｄ−Ｖｅ（すなわち、ゲート電流）が一定となり、電位Ｖｄ、Ｖｅが上昇する傾きがゲート電流に応じた傾きに制御される。すなわち、期間Ｔ２、Ｔ４では、電位Ｖｄ、Ｖｅが上昇する傾きが、スルーレートに従う傾きよりも小さい略一定の傾きに制御される。このため、このゲート電位制御回路１０ｃでは、スイッチング速度のばらつきが抑制される。また、第１オペアンプ３２ａによれば、電位Ｖｄ、Ｖｅを正確に制御することができる。
【実施例４】
【００５９】
図１１に示す実施例４のゲート電位制御回路１０ｄは、絶縁電源６０とゲート放電回路４０の構成が、実施例３のゲート電位制御回路１０ｃと異なる。
【００６０】
実施例４の絶縁電源６０は、出力端子６０ｂを有している。出力端子６０ｂには、マイナス電位Ｖ−ｏｕｔ（グランドよりも低い電位）が出力される。電位Ｖ−ｏｕｔは、ゲート電位制御回路１０ｄの中で最も低い電位である。
【００６１】
実施例４のゲート放電回路４０は、ｎＭＯＳ４２と、第２抵抗４４と、加算器５５と、第５参照電源５６と、第６参照電源５７と、第２オペアンプＩＣ５２と、スイッチ５４を有している。
【００６２】
ｎＭＯＳ４２と第２抵抗４４は、実施例２と同様にして、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａと絶縁電源６０のマイナス側の出力端子６０ｂの間に直列に接続されている。なお、図１１に示す電位Ｖｆは、第２抵抗４４の端子４４ａの電位であり、ｎＭＯＳ４２のドレイン４２ａの電位と等しい。また、電位Ｖｅは、第２抵抗４４の端子４４ｂの電位と等しい。
【００６３】
第５参照電源５６の負極は、加算器５５に接続されている。第５参照電源５６の正極は、グランドに接続されている。第５参照電源５６は、第５参照電位Ｖｒｅｆ５を出力する。第５参照電位Ｖｒｅｆ５は、グランドよりも低いマイナスの電位である。
【００６４】
加算器５５の１つの入力端子は、第２抵抗４４の端子４４ｂに接続されている。加算器５５の他の入力端子は、第５参照電源５６の負極に接続されている。加算器５５の出力端子は、第２オペアンプＩＣ５２に接続されている。加算器５５は、端子４４ｂの電位Ｖｅに第５参照電位Ｖｒｅｆ５を加算した電位Ｖｅ＋Ｖｒｅｆ５を出力端子に出力する。
【００６５】
第６参照電源５７の負極は、第２オペアンプＩＣ５２に接続されている。第６参照電源５７の正極は、グランドに接続されている。第６参照電源５７は、第６参照電位Ｖｒｅｆ６を出力する。第６参照電位Ｖｒｅｆ６は、グランドよりも低いマイナスの電位である。第６参照電位Ｖｒｅｆ６は、第５参照電位Ｖｒｅｆ５よりも低い（すなわち、第６参照電位Ｖｒｅｆ６の絶対値は、第５参照電位Ｖｒｅｆ５の絶対値よりも大きい）。
【００６６】
第２オペアンプＩＣ５２は、第２オペアンプ５２ａと第２選択器５２ｂを有する。第２選択器５２ｂには、加算器５５が出力する電位Ｖｅ＋Ｖｒｅｆ５と、第６参照電源５７が出力する第６参照電位Ｖｒｅｆ６とが入力される。第２選択器５２ｂは、電位Ｖｅ＋Ｖｒｅｆ５と電位Ｖｒｅｆ６のうちの高い方の電位を出力する。
【００６７】
第２オペアンプ５２ａの反転入力には、第２選択器５２ｂの出力電位（すなわち、電位Ｖｅ＋Ｖｒｅｆ５と電位Ｖｒｅｆ６のうちの高い方の電位）が入力される。第２オペアンプ５２ａの非反転入力には、電位Ｖｆが入力される。第２オペアンプ５２ａの出力は、ｎＭＯＳ４２のゲート４２ｃに接続されている。第２オペアンプ５２ａは、非反転入力の電位が反転入力の電位よりも高いときはプラスの電位を出力し、反転入力の電位が非反転入力の電位よりも高いときはマイナスの電位を出力する。これによって、第２オペアンプ５２ａは、非反転入力に入力される電位と反転入力に入力される電位が一致するようにｎＭＯＳ４２のゲート４２ｃの電位を制御する。
【００６８】
スイッチ５４は、ｎＭＯＳ４２のソース４２ｂとゲート４２ｃの間に接続されている。スイッチ５４は、ソース４２ｂとゲート４２ｃの間を導通状態と遮断状態とに切り替える。スイッチ５４は、制御装置７０からの信号によって制御される。
【００６９】
次に、ゲート電位制御回路１０ｄの動作について説明する。図１２は、ＩＧＢＴ１２がオフ状態（図１２の期間Ｔ０）からオン状態（図１２の期間Ｔ６）に切り替わる際における電位Ｖｄ、Ｖｅ、電位差Ｖｄ‐Ｖｅの変化を示している。図１２に示すように、ＩＧＢＴ１２がオフしている期間Ｔ０においては、電位Ｖｄ、Ｖｅが第６参照電位Ｖｒｅｆ６（マイナスの電位）となっている。すなわち、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａに第６参照電位Ｖｒｅｆ６が印加されている。ＩＧＢＴ１２をオンさせる際には、制御装置７０が、スイッチ５４をオンさせるとともに、スイッチ３４をオフさせる。スイッチ５４がオンすると、ｎＭＯＳ４２はオフする。また、スイッチ３４がオフすると、ゲート充電回路２０が電位Ｖｄ、Ｖｅを第４参照電位Ｖｒｅｆ４まで上昇させる。この動作は、ＩＧＢＴ１２がオフしている際の電位Ｖｒｅｆ６がマイナスの電位である点を除いて、実施例１の動作と等しい。
【００７０】
次に、ＩＧＢＴ１２をオフさせる場合のゲート電位制御回路１０ｄの動作について説明する。図１３は、ＩＧＢＴ１２をオフ状態（図１３の期間Ｔ０）からオン状態（図１３の期間Ｔ６）に切り替わる際における電位Ｖｅ、Ｖｆ及び電位差Ｖｆ‐Ｖｅの変化を示している。上述したように、ＩＧＢＴ１２がオンしている期間（図１３の期間Ｔ０）においては、スイッチ５４がオンしており、スイッチ３４がオフしている。制御装置７０は、図１３の時刻ｔ１において、スイッチ５４をオフさせるとともに、スイッチ３４をオンさせる。スイッチ３４がオンすると、ｐＭＯＳ２２がオフする。また、スイッチ５４がオフすると、ｎＭＯＳ４２のゲート４２ｃの電位は、第２オペアンプ５２ａによって制御されるようになる。時刻ｔ１では、電位Ｖｅが第４参照電位Ｖｒｅｆ４であるので、加算器５５の出力電位Ｖｅ＋Ｖｒｅｆ５は、電位Ｖｒｅｆ４＋Ｖｒｅｆ５となっている。この段階では、電位Ｖｒｅｆ４＋Ｖｒｅｆ５は第６参照電位Ｖｒｅｆ６よりも高い。このため、第２選択器５２ｂは、電位Ｖｒｅｆ４＋Ｖｒｅｆ５を第２オペアンプ５２ａの反転入力に入力する。非反転入力（Ｖｆ＝Ｖｒｅｆ４）が反転入力（Ｖｒｅｆ４＋Ｖｒｅｆ５）よりも高いので、第２オペアンプ５２ａは出力（すなわち、ｎＭＯＳ４２のゲート４２ｃ）の電位を上昇させる。これにより、ｎＭＯＳ４２がオンし、ＩＧＢＴ１２のゲート１２ａから、第２抵抗４４とｎＭＯＳ４２を経由して、絶縁電源６０の出力端子６０ｂに向かってゲート電流が流れる。時刻ｔ１でｎＭＯＳ４２がオンすると、その後の期間Ｔ１でゲート電流が増加するため、電位差Ｖｆ−Ｖｅが低下する（電位差Ｖｆ−Ｖｅの絶対値が増加する）。また、ゲート電流が流れるのに伴ってゲート１２ａから電荷が排出されるため、ゲート１２ａの電位が徐々に低下する。このため、期間Ｔ１では、電位Ｖｅ、Ｖｆが低下する。期間Ｔ１では、非反転入力に入力される電位Ｖｆが高いため、第２オペアンプ５２ａは、出力電位（すなわち、ゲート４２ｃの電位）をそのスルーレートに従って上昇させる。このため、期間Ｔ１では、電位Ｖｅ、Ｖｆが低下する傾きは、第２オペアンプ５２ａのスルーレートに従った傾きとなっている。時刻ｔ１以降においても、電位Ｖｅ＋Ｖｒｅｆ５が第６参照電位Ｖｒｅｆ６よりも高いので、電位Ｖｅ＋Ｖｒｅｆ５が第２オペアンプ５２ａの反転入力に入力され続ける。
【００７１】
期間Ｔ１でゲート電流が上昇すると、時刻ｔ２において、電位差Ｖｆ−Ｖｅが第５参照電位Ｖｒｅｆ５に達する。すなわち、時刻ｔ２の時点で、Ｖｆ＝Ｖｅ＋Ｖｒｅｆ５が満たされる。すなわち、第１オペアンプ３２ａの反転入力の電位と非反転入力の電位が略一致する。すると、第２オペアンプ５２ａが、Ｖｆ＝Ｖｅ＋Ｖｒｅｆ５の関係を維持するように、ゲート４２ｃの電位を制御する。したがって、時刻ｔ２の後の期間Ｔ２では、電位差Ｖｆ−Ｖｅが第５参照電位Ｖｒｅｆ５で略一定となる。すなわち、ゲート電流が略一定となる。このため、時刻ｔ２の後の期間Ｔ２では、一定のゲート電流に応じた傾きで電位Ｖｅ、Ｖｆが低下する。電位Ｖｅ、Ｖｆは、時刻ｔ３の後の期間Ｔ３になると略一定の電位で推移するようになるが、これは、ＩＧＢＴ１２のミラー容量から電荷が排出されるためである。期間Ｔ３でも、ゲート電流（すなわち、電位差Ｖｆ−Ｖｅ）は略一定である。その後、時刻ｔ４になると、ミラー容量からの電荷の排出が完了する。このため、時刻ｔ４の後の期間Ｔ４で、再度、電位Ｖｅ、Ｖｆが低下する。期間Ｔ４でもゲート電流が略一定であるので、期間Ｔ４では期間Ｔ２と略同じ傾きで電位Ｖｅ、Ｖｆが低下する。時刻ｔ５において電位Ｖｆが第６参照電位Ｖｒｅｆ６に達すると、電位Ｖｅ＋Ｖｒｅｆ５が第６参照電位Ｖｒｅｆ６より低くなるため、第２選択器５２ｂが第６参照電位Ｖｒｅｆ６を第２オペアンプ５２ａの反転入力に入力する。すると、第２オペアンプ５２ａは、電位Ｖｆを第６参照電位Ｖｒｅｆ６に維持するように、ゲート４２ｃの電位を制御する。これによって、ゲート電流が減少し、電位差Ｖｆ−Ｖｅが低下する。しかしながら、その後もゲート電流が流れるため、電位Ｖｅは期間Ｔ５でも低下を続ける。したがって、期間Ｔ５では、第２オペアンプ５２ａの反転入力に第６参照電位Ｖｒｅｆ６が入力され続ける。このため、期間Ｔ５では、電位Ｖｆが第６参照電位Ｖｒｅｆ６と一致するように、ｎＭＯＳ４２が制御される。したがって、期間Ｔ５の間に徐々にゲート電流が低下し、電位Ｖｅが第６参照電位Ｖｒｅｆ６と一致する電位まで低下した時刻ｔ６でゲート電流（すなわち、電位差Ｖｆ−Ｖｅ）が略ゼロとなる。その後は、第２オペアンプ５２ａは、電位Ｖｅ、Ｖｆが第６参照電位Ｖｒｅｆ６と一致する状態を維持する。したがって、ＩＧＢＴ１２がオンする。
【００７２】
以上に説明したように、このゲート電位制御回路１０ｄでは、ＩＧＢＴ１２をオフさせる際に、第２抵抗４４の両端の電位差Ｖｆ−Ｖｅが所定電位Ｖｒｅｆ５を下回らないように（すなわち、電位差Ｖｆ−Ｖｅの絶対値が所定電位Ｖｒｅｆ５の絶対値を超えないように）、ｎＭＯＳ４２が制御される。このため、期間Ｔ２〜Ｔ４では、電位差Ｖｆ−Ｖｅ（すなわち、ゲート電流）が一定となり、電位Ｖｅ、Ｖｆが低下する傾きがゲート電流に応じた傾きに制御される。すなわち、期間Ｔ２、Ｔ４では、電位Ｖｅ、Ｖｆが低下する傾きが、スルーレートに従う傾きよりも小さい略一定の傾きに制御される。このため、このゲート電位制御回路１０ｄでは、スイッチング速度のばらつきが抑制される。また、第１オペアンプ３２ａ、５２ａによれば、電位Ｖｄ、Ｖｅ、Ｖｆを正確に制御することができる。
【００７３】
次に、上述した実施例３、４の構成要素と請求項の構成要素との関係について説明する。実施例３、４のＩＧＢＴ１２は請求項の駆動用スイッチング素子の一例であり、実施例３、４の絶縁電源６０の出力端子６０ａは請求項の第１ゲート電位供給部の一例であり、実施例３、４の第１抵抗２４は請求項の第１抵抗の一例であり、実施例３、４のｐＭＯＳ２２は請求項の第１スイッチング素子の一例であり、実施例３、４の第１オペアンプ３２ａは請求項の第１オペアンプの一例である。なお、実施例３、４の第１オペアンプ３２ａの反転入力には、電位Ｖｅ＋Ｖｒｅｆ３と電位Ｖｒｅｆ４のうちの低い方の値（すなわち、絶縁電源６０の出力電位Ｖｏｕｔから遠い方の値）が入力される。また、実施例３、４の第３参照電位Ｖｒｅｆ３は、請求項の第３参照電位の一例であるとともに、請求項の第７参照電位の一例でもある。また、実施例３、４の第４参照電位Ｖｒｅｆ４は、請求項の第４参照電位の一例であるとともに、請求項の第８参照電位の一例でもある。また、実施例４の絶縁電源６０の出力端子６０ｂは請求項の第２ゲート電位供給部の一例であり、実施例４のｎＭＯＳ４２は請求項の第２スイッチング素子の一例であり、実施例４の第２抵抗４４は請求項の第２抵抗の一例であり、実施例４の第２オペアンプ５２ａは請求項の第２オペアンプの一例である。また、実施例４の第５参照電位Ｖｒｅｆ５は、請求項の第５参照電位の一例であるとともに、請求項の第９参照電位の一例でもある。また、実施例４の第６参照電位Ｖｒｅｆ６は、請求項の第６参照電位の一例であるとともに、請求項の第１０参照電位の一例でもある。
また、実施例４の構成要素と請求項の構成要素を、以下のように認めることもできる。すなわち、実施例４のＩＧＢＴ１２は請求項の駆動用スイッチング素子の一例であり、実施例４の絶縁電源６０の出力端子６０ｂは請求項の第１ゲート電位供給部の一例であり、実施例４の第２抵抗４４は請求項の第１抵抗の一例であり、実施例４のｎＭＯＳ４２は請求項の第１スイッチング素子の一例であり、実施例４の第２オペアンプ５２ａは請求項の第１オペアンプの一例である。なお、実施例２の第２オペアンプ５２ａの非反転入力には、電位Ｖｅ＋Ｖｒｅｆ５と電位Ｖｒｅｆ６のうちの高い方の値（すなわち、絶縁電源６０の出力電位Ｖ−ｏｕｔから遠い方の値）が入力される。このように、請求項の第１ゲート電位供給部は、駆動用スイッチング素子をオンさせる（すなわち、ＩＧＢＴのゲート電位を上昇させる）ためのゲートオン電位（例えば、実施例３、４の絶縁電源６０の出力電位Ｖｏｕｔ）であってもよいし、駆動用スイッチング素子をオフさせる（すなわち、ＩＧＢＴのゲート電位を低下させる）ためのゲートオフ電位（例えば、実施例４の絶縁電源６０の出力電位Ｖ−ｏｕｔ）であってもよい。この場合、実施例４の第５参照電位Ｖｒｅｆ５は、請求項の第３参照電位の一例であるとともに、請求項の第７参照電位の一例でもある。また、この場合、実施例４の第６参照電位Ｖｒｅｆ６は、請求項の第４参照電位の一例であるとともに、請求項の第８参照電位の一例でもある。
【００７４】
なお、実施例３、４の回路においても、図６、７と同様にして、第３抵抗１０１、１０２、１０３を追加してもよい。
【００７５】
また、上述した実施例１〜４において、種々の電位がオペアンプに入力されることを説明したが、上記種々の電位をさらに加工した電位をオペアンプに入力してもよい。例えば、上記種々の電位を定数倍した電位をオペアンプに入力してもよい。
【００７６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００７７】
１０ａ−１０ｄ：ゲート電位制御回路
１２：ＩＧＢＴ
２０：ゲート充電回路
２２：ｐＭＯＳ
２４：第１抵抗
２６：減算器
２８：増幅器
３０：第１参照電源
３２：第１オペアンプＩＣ
３２ａ：第１オペアンプ
３２ｂ：第１選択器
３４：スイッチ
３５：加算器
３６：第３参照電源
３７：第４参照電源
４０：ゲート放電回路
４２：ｎＭＯＳ
４４：第２抵抗
４６：減算器
４８：増幅器
５０：第２参照電源
５２：第２オペアンプＩＣ
５２ａ：第２オペアンプ
５２ｂ：第２選択器
５４：スイッチ
５５：加算器
５６：第５参照電源
５７：第６参照電源
６０：絶縁電源
７０：制御装置
【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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【図１２】
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【図１３】
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