(57)【要約】【課題】ゲート駆動回路の発熱を抑制すること。【解決手段】電源電圧を降圧し、トランジスタのゲートに定電圧を印加するゲート駆動回路であって、前記ゲート駆動回路の温度を検知する温度検知回路と、前記ゲートの電圧と基準電圧とを比較する比較器と、前記ゲート駆動回路の温度が所定温度より高く、且つ、前記ゲートの電圧が前記基準電圧より低い場合に、前記基準電圧より高い定電圧を生成するシリーズレギュレータと、を有する、ゲート駆動回路。【選択図】図１
2015228772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源電圧を降圧し、トランジスタのゲートに定電圧を印加するゲート駆動回路であって、
前記ゲート駆動回路の温度を検知する温度検知回路と、
前記ゲートの電圧と基準電圧とを比較する比較器と、
前記ゲート駆動回路の温度が所定温度より高く、且つ、前記ゲートの電圧が前記基準電圧より低い場合に、前記基準電圧より高い定電圧を生成するシリーズレギュレータと、
を有する、ゲート駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲート駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、シリーズレギュレータを用いて電源電圧を降圧し、安定化させた定電圧を、スイッチング素子のゲートに印加することで、電源の低コスト化、装置の高精度化を図ったスイッチング素子の駆動装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−３４４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電源電圧とシリーズレギュレータの出力電圧との差が大きいと、ゲートを駆動させる間に、ゲート駆動回路の発熱が増大してしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、ゲート駆動回路の発熱を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、一態様によれば、
電源電圧を降圧し、トランジスタのゲートに定電圧を印加するゲート駆動回路であって、
前記ゲート駆動回路の温度を検知する温度検知回路と、
前記ゲートの電圧と基準電圧とを比較する比較器と、
前記ゲート駆動回路の温度が所定温度より高く、且つ、前記ゲートの電圧が前記基準電圧より低い場合に、前記基準電圧より高い定電圧を生成するシリーズレギュレータと、
を有する、ゲート駆動回路が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
一態様によれば、ゲート駆動回路の発熱を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態１に係るゲート駆動回路を例示する図である。
【図２】実施形態１に係るゲート駆動回路の動作を例示する図である。
【図３】実施形態１に係るゲート駆動回路の動作を例示する図である。
【図４】実施形態１に係るゲート駆動回路を例示する図である。
【図５】実施形態１に係るゲート駆動回路を例示する図である。
【図６】実施形態１に係るゲート駆動回路を例示する図である。
【図７】実施形態２に係るゲート駆動回路を例示する図である。
【図８】実施形態２に係るゲート駆動回路の動作を例示する図である。
【図９】実施形態２に係るゲート駆動回路の動作を例示する図である。
【図１０】実施形態３に係るゲート駆動回路を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１０】
〈第１の実施の形態〉
＜ゲート駆動回路の構成＞
図１に、本実施の形態に係るゲート駆動回路１００の概略構成の一例を示す。ゲート駆動回路１００は、例えば、自動車等の車両に搭載される。このような車両の具体例として、ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車、電気自動車、等が挙げられる。
【００１１】
ゲート駆動回路１００は、温度検知回路１０１、比較器（例えば、コンパレータ等）１０２、シリーズレギュレータ１０３、ＡＮＤ回路１０４、スイッチング素子１０５、を含む。
【００１２】
電源電圧を電源電圧ＶＣＣ、基準電圧を基準電圧Ｖｒｅｆ、ゲート駆動回路１００の出力電圧を電圧ＶＭＰ、スイッチング素子１０６のゲート電圧をゲート電圧Ｖｇｅ、シリーズレギュレータ１０３の出力電圧を電圧Ｖｒｅｆ'と表す。
【００１３】
ゲート駆動回路１００は、シリーズレギュレータ１０３を用いて電源電圧ＶＣＣを降圧し、安定化させた定電圧を、図１に示すスイッチング素子（トランジスタ）１０６のゲートに印加する。スイッチング素子１０６の駆動は、該定電圧により制御される。スイッチング素子１０６は、ダイオード１０７と逆並列に接続され、ゲート抵抗１０８と直接に接続される。
【００１４】
温度検知回路１０１は、例えば、温度検知回路１０１内に設けられる公知の温度センサ（図示せず）によりゲート駆動回路１００の温度を検知して、検知信号をＡＮＤ回路１０４へと、出力する。温度検知回路１０１は、例えば、ゲート駆動回路１００の温度が、所定温度より高い場合、検知信号として、"ハイレベル"信号（＝Ｈ信号）をＡＮＤ回路１０４へと、出力する。温度検知回路１０１は、例えば、ゲート駆動回路１００の温度が、所定温度以下である場合、検知信号として、"ロウレベル"信号（＝Ｌ信号）をＡＮＤ回路１０４へと、出力する。
【００１５】
なお、所定温度は、ゲート駆動回路の仕様、構成、等に合わせて、適宜設定される温度であるため、特にその温度が限定されるものではない。少なくとも、ゲート駆動回路が過熱状態であるか否かを検知できる温度が設定されていれば良い。
【００１６】
比較器１０２は、反転入力端子（−端子）に入力されるゲート電圧Ｖｇｅと、非反転入力端子（＋端子）に入力される基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、比較信号をＡＮＤ回路１０４へと、出力する。比較器１０２は、例えば、ゲート電圧Ｖｇｅが、基準電圧Ｖｒｅｆより低い場合、比較信号として、Ｈ信号をＡＮＤ回路１０４へと、出力する。比較器１０２は、例えば、ゲート電圧Ｖｇｅが、基準電圧Ｖｒｅｆ以上である場合、比較信号として、Ｌ信号をＡＮＤ回路１０４へと、出力する。
【００１７】
シリーズレギュレータ１０３は、ＡＮＤ回路１０４から出力される出力信号に基づいて、出力電圧（＝電圧Ｖｒｅｆ'）を生成する。シリーズレギュレータ１０３内に設けられるアンプ（ＡＭＰ）の非反転入力端子（＋端子）には、電圧Ｖｒｅｆ'が入力され、反転入力端子（−端子）には、電圧ＶＭＰが入力される。
【００１８】
例えば、ＡＮＤ回路１０４から出力される出力信号がＨ信号である場合、ゲート駆動回路１００の温度は、所定温度より高く（ゲート駆動回路１００は、過熱状態である）、且つ、ゲート電圧Ｖｇｅは、基準電圧Ｖｒｅｆより低いことを意味する。
【００１９】
この場合、シリーズレギュレータ１０３は、一時的に、ゲート駆動回路１００の出力電圧（＝電圧ＶＭＰ）を上昇させ、基準電圧Ｖｒｅｆより高い定電圧（シリーズレギュレータ１０３の出力電圧となる）を生成する。スイッチング素子１０６のゲートは、該電圧に基づいて、駆動する。
【００２０】
例えば、ＡＮＤ回路１０４から出力される出力信号がＬ信号である場合、ゲート駆動回路１００の温度は、所定温度以下（ゲート駆動回路１００は、過熱状態ではない）、又は／且つ、ゲート電圧Ｖｇｅは、基準電圧Ｖｒｅｆ以上であることを意味する。
【００２１】
この場合、シリーズレギュレータ１０３は、ゲート駆動回路１００の出力電圧（＝電圧ＶＭＰ）を、基準電圧Ｖｒｅｆ（シリーズレギュレータ１０３の出力電圧となる）に保つ。スイッチング素子１０６のゲートは、該電圧に基づいて、駆動する。
【００２２】
即ち、シリーズレギュレータ１０３は、ゲート駆動回路１００が過熱状態である場合には、出力電圧と電源電圧ＶＣＣとの差を小さくする。これにより、ゲートを駆動させる間におけるゲート駆動回路１００の発熱増大を抑制することができる。
【００２３】
ＡＮＤ回路１０４は、温度検知回路１０１から出力される検知信号、比較器１０２から出力される比較信号に基づいて、出力信号（論理積）を生成し、シリーズレギュレータ１０３へと、出力する。検知信号は、ゲート駆動回路１００の温度が所定温度より高いか否かを示す信号であり、比較信号は、ゲートの電圧が基準電圧Ｖｒｅｆより低いか否かを示す信号である。
【００２４】
例えば、温度検知回路１０１からＨ信号が入力され、且つ、比較器１０２からＨ信号が入力されると、ＡＮＤ回路１０４は、Ｈ信号を、シリーズレギュレータ１０３へと出力する。
【００２５】
又、例えば、温度検知回路１０１からＨ信号が入力され、且つ、比較器１０２からＬ信号が入力されると、ＡＮＤ回路１０４は、Ｌ信号を、シリーズレギュレータ１０３へと出力する。
【００２６】
又、例えば、温度検知回路１０１からＬ信号が入力され、且つ、比較器１０２からＨ信号が入力されると、ＡＮＤ回路１０４は、Ｌ信号を、シリーズレギュレータ１０３へと出力する。
【００２７】
又、例えば、温度検知回路１０１からＬ信号が入力され、且つ、比較器１０２からＬ信号が入力されると、ＡＮＤ回路１０４は、Ｌ信号を、シリーズレギュレータ１０３へと出力する。
【００２８】
スイッチング素子１０５は、マイコン（マイクロコンピュータ）等から出力される駆動信号に基づいて、オンオフ制御される。例えば、駆動信号がＨ信号であり、スイッチング素子１０５がオンすると、シリーズレギュレータ１０３とスイッチング素子１０６とは導通するため、スイッチング素子１０６のゲートに、シリーズレギュレータ１０３の出力電圧が印加される。又、例えば、駆動信号がＬ信号であり、スイッチング素子１０５がオフすると、シリーズレギュレータ１０３とスイッチング素子１０６とは非導通するため、スイッチング素子１０６のゲートに、シリーズレギュレータ１０３の出力電圧が印加されない。
【００２９】
なお、スイッチング素子は、特に限定されるものではなく、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ、バイポーラトランジスタ、等を用いることができる。
【００３０】
＜ゲート駆動回路１００の出力電圧＞
次に、図２及び図３を用いて、ゲート駆動回路１００の出力電圧（＝電圧ＶＭＰ）の動作の一例について説明する。
【００３１】
図２に、ゲート駆動回路１００が過熱状態ではない場合の、電圧ＶＭＰの動作を示す。図３に、ゲート駆動回路１００が過熱状態である場合の、電圧ＶＭＰの動作を示す。
【００３２】
図２に示すように、ゲート駆動回路１００の出力電圧は、基準電圧Ｖｒｅｆとなるため、スイッチング素子１０６のゲートには、基準電圧Ｖｒｅｆが印加される。基準電圧Ｖｒｅｆは、電源電圧ＶＣＣより低い。
【００３３】
図３（Ａ）に示すように、ゲート駆動回路１００の出力電圧は、一時的に上昇し、電源電圧ＶＣＣとなるため、スイッチング素子１０６のゲートには、電源電圧ＶＣＣが印加される。即ち、電源電圧ＶＣＣとシリーズレギュレータ１０３の出力電圧との差が小さくなる。この際、スイッチング素子１０６のゲートには、過剰な電圧ストレスが与えられることは無い。
【００３４】
なお、発熱の割合に応じて、ゲート駆動回路１００の出力電圧を変化させることが可能である。ゲート駆動回路１００の出力電圧は、基準電圧Ｖｒｅｆ以上電源電圧ＶＣＣ以下を満たす範囲で、発熱の割合が高い程、高くなるように、設定されることが好ましい。例えば、図３（Ｂ）に示すように、ゲート駆動回路１００の出力電圧を、電源電圧ＶＣＣと基準電圧Ｖｒｅｆとの間の中間電圧Ｖｒｅｆα（＝（電源電圧ＶＣＣ−基準電圧Ｖｒｅｆ）／２）としても良い。
【００３５】
本実施の形態に係るゲート駆動回路１００によれば、ゲート駆動回路１００が過熱状態である場合に、シリーズレギュレータの出力電圧を上昇させ、電源電圧とシリーズレギュレータの出力電圧との差を小さくする。即ち、必要時のみ、基準電圧よりも高い電圧で、スイッチング素子１０６のゲートを定電圧制御することで、ゲート駆動回路１００の発熱を抑制することができる。又、ゲート駆動回路１００が過熱状態であっても、ゲートの駆動を継続させ、ゲートの制御継続性を高めることができる。
【００３６】
ゲート駆動回路１００の構成は、図１に示す構成に、特に限定されるものではない。例えば、図４に示すように、オンオフ制御用の、電流容量が小さいスイッチング素子１０９を新たに設ける構成としても良い。該構成とすることにより、アンプの電流容量を削減することができるため、ゲート駆動回路の低コスト化を図れる。又、図５に示すように、スイッチング素子１０５、１０９として、ＮＭＯＳトランジスタを用いる構成としても良い。
【００３７】
又、例えば、図６に示すように、ゲート駆動回路が過熱状態であるか否かを、検知信号によりマイコンへ通知する機能を有する構成としても良い。該構成とすることにより、マイコン側で、システム電圧ＶＰを、適切に制御することができる。例えば、ゲート駆動回路が過熱状態である場合に、システム電圧ＶＰを低くし、スイッチング動作を遅くすることで（スイッチング素子のｄｉ／ｄｔ（電流変化率）を小さくすることで）、サージを抑制できる。
【００３８】
〈第２の実施の形態〉
本実施の形態では、ゲート駆動回路の電源回路として、シリーズレギュレータを用いずに、定電流駆動回路を用いる場合について、説明する。
【００３９】
図７に、本実施の形態に係るゲート駆動回路２００の概略構成の一例を示す。
【００４０】
ゲート駆動回路２００は、温度検知回路１０１、定電流駆動回路２０１、スイッチング素子２０２、を含む。
【００４１】
電源電圧を電源電圧ＶＣＣ、基準電圧を基準電圧（ＶＣＣ−Ｖｃｏｎｓｔ）、ゲート駆動回路２００の出力電圧を電圧ＶＦＢ、スイッチング素子１０６のゲート電圧をゲート電圧Ｖｇｅ、定電流を電流（Ｖｃｏｎｓｔ／Ｒｒｅｆ）と表す。
【００４２】
定電流駆動回路２０１は、ゲート駆動回路２００が過熱状態ではない場合、ゲート容量を、定電流で充電し、ゲート駆動回路２００が過熱状態である場合、停止する。定電流駆動回路２０１は、スイッチング素子２０２を介して、マイコンへと検知信号を出力し、又、定電流駆動回路２０１には、マイコンからの駆動信号が入力される。
【００４３】
＜ゲート駆動回路２００の出力電圧及び定電流＞
次に、図８及び図９を用いて、ゲート駆動回路２００の出力電圧及び定電流の動作の一例について説明する。
【００４４】
図８に、ゲート駆動回路２００が過熱状態ではない場合の、電圧ＶＦＢの動作を示す。図９に、ゲート駆動回路２００が過熱状態である場合の、電圧ＶＦＢの動作を示す。
【００４５】
図８（Ａ）に示すように、ゲート駆動回路２００の出力電圧は、基準電圧（ＶＣＣ−Ｖｃｏｎｓｔ）となるため、スイッチング素子１０６のゲートには、基準電圧（ＶＣＣ−Ｖｃｏｎｓｔ）が印加される。基準電圧（ＶＣＣ−Ｖｃｏｎｓｔ）は、電源電圧ＶＣＣより低い。又、図８（Ｂ）に示すように、定電流駆動回路２０１は、定電流駆動を行うため、電流は一定（定電流＝（Ｖｃｏｎｓｔ／Ｒｒｅｆ））である。
【００４６】
図９（Ａ）に示すように、ゲート駆動回路２００の出力電圧は、電圧Ｖｒｅｆβとなるため、スイッチング素子１０６のゲートには、電圧Ｖｒｅｆβが印加される。電圧Ｖｒｅｆβは、基準電圧（ＶＣＣ−Ｖｃｏｎｓｔ）より低い。又、図９（Ｂ）に示すように、定電流駆動回路２０１は、定電流駆動を行わないため、電流は一定ではない（変化する）。
【００４７】
従って、図８（Ａ）の場合は、図８（Ｂ）の場合と比較して、電圧ＶＦＢとスイッチング素子１０６のゲート電圧Ｖｇｅとの差が大きくなる。つまり、図８（Ａ）の場合は、図８（Ｂ）の場合と比較して、定電流駆動回路２０１に印加される電圧が大きくなる。
【００４８】
本実施の形態に係るゲート駆動回路２００によれば、ゲート駆動回路２００が過熱状態である場合に、定電流駆動回路２０１の定電流駆動を停止し、定電流駆動回路２０１への印加電圧を小さくする。即ち、必要時のみ、ゲート駆動回路２００の出力電圧を、基準電圧より低くすることで、ゲート駆動回路２００の発熱を抑制することができる。又、検知信号を利用することで、ゲート駆動回路２００に発生するサージを抑制することができる。
【００４９】
〈第３の実施の形態〉
本実施の形態では、ゲート駆動回路に、温度モニタ回路及びハイセレクト回路を追加し、スイッチング素子１０６の温度を、温度センス素子（例えば、サーミスタ、温度センスダイオード、等）により検知する場合について、説明する。
【００５０】
図１０に、本実施の形態に係るゲート駆動回路３００の概略構成の一例を示す。
【００５１】
ゲート駆動回路３００は、温度検知回路１０１、比較器１０２、シリーズレギュレータ１０３、ＡＮＤ回路１０４、スイッチング素子１０５、温度モニタ回路３０１、温度モニタ回路３０２、ハイセレクト回路３０３、を含む。
【００５２】
温度モニタ回路３０１は、温度検知回路１０１により検知されたゲート駆動回路３００の温度に基づいて、第１のモニタ信号を生成し、ハイセレクト回路３０３へと、出力する。
【００５３】
温度モニタ回路３０２は、温度センス素子３０４により検知されたスイッチング素子１０６の温度に基づいて、第２のモニタ信号を生成し、ハイセレクト回路３０３へと、出力する。
【００５４】
ハイセレクト回路３０３は、第１のモニタ信号と第２のモニタ信号とを比較し、温度の高い方の信号を選択して、温度信号を生成し、マイコンへと、出力する。つまり、ハイセレクト回路３０３は、ゲート駆動回路３００、スイッチング素子１０６の両方が過熱状態であるか否かという情報、ゲート駆動回路３００、スイッチング素子１０６の片方が過熱状態であるか否かをという情報を、温度信号によりマイコンへ通知する。
【００５５】
例えば、ゲート駆動回路３００及びスイッチング素子１０６が過熱状態ではない場合、ハイセレクト回路３０３は、ゲート駆動回路３００、スイッチング素子１０６の両方が過熱状態ではないという温度信号を、マイコンへ通知する。ゲート駆動回路３００は、マイコンからの駆動信号に基づいて、スイッチング素子１０６のゲートに、基準電圧Ｖｒｅｆを印加する。
【００５６】
例えば、ゲート駆動回路３００が過熱状態であり、スイッチング素子１０６が過熱状態ではない場合、ハイセレクト回路３０３は、ゲート駆動回路３００のみが過熱状態であるという温度信号を、マイコンへ通知する。ゲート駆動回路３００は、マイコンからの駆動信号に基づいて、スイッチング素子１０６のゲートに、基準電圧Ｖｒｅｆより高い電圧を印加し、更に、マイコンは、システムの出力を制限する（負荷率制限）。これにより、ゲート駆動回路３００における発熱抑制及びサージ抑制が可能になる。
【００５７】
例えば、スイッチング素子１０６が過熱状態であり、ゲート駆動回路３００が過熱状態ではない場合、ハイセレクト回路３０３は、スイッチング素子１０６のみが過熱状態であるという温度信号を、マイコンへ通知する。マイコンは、システムの出力を制限する。これにより、スイッチング素子１０６における発熱抑止が可能になる。
【００５８】
例えば、ゲート駆動回路３００及びスイッチング素子１０６が過熱状態である場合、ハイセレクト回路３０３は、ゲート駆動回路３００、スイッチング素子１０６の両方が過熱状態であるという温度信号を、マイコンへ通知する。ゲート駆動回路３００は、マイコンからの駆動信号に基づいて、スイッチング素子１０６のゲートに、基準電圧Ｖｒｅｆより高い電圧を印加し、更に、マイコンは、システムの出力を制限する。これにより、ゲート駆動回路３００における発熱抑制及びサージ抑制、スイッチング素子１０６における発熱抑止が可能になる。
【００５９】
本実施の形態に係るゲート駆動回路３００によれば、ゲート駆動回路３００及びスイッチング素子１０６過熱状態を検知し、過熱状態に応じて、シリーズレギュレータの出力電圧、システムの出力、等の制御を行う。これにより、ゲート駆動回路３００における発熱抑制及びスイッチング素子１０６における発熱抑止と、ゲートストレス抑制とを両立させ、制御継続性及び信頼性の高いゲート駆動回路３００を実現することができる。
【００６０】
以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１００，２００，３００  ゲート駆動回路
１０１                  温度検知回路
１０２                  比較器
１０３                  シリーズレギュレータ
１０６                  スイッチング素子（トランジスタ）
【図１】
2015228772.tif 000003
【図２】
2015228772.tif 000004
【図３】
2015228772.tif 000005
【図４】
2015228772.tif 000006
【図５】
2015228772.tif 000007
【図６】
2015228772.tif 000008
【図７】
2015228772.tif 000009
【図８】
2015228772.tif 000010
【図９】
2015228772.tif 000011
【図１０】
2015228772.tif 000012