(57)【要約】【課題】小型でありながらブートストラップコンデンサの放電によるドライブ回路の電源電圧の低下を防止することができる電源回路を提供する。【解決手段】上アームのスイッチング素子Ｑ１のターンオフ時には、配線のインダクタンスに起因してサージ電圧が発生し、スイッチング素子Ｑ１の両端間電圧Ｖが一時的に負荷用電源Ｅ１の電源電圧Ｖ１より高くなり、上アームのスイッチング素子Ｑ１のドレイン端子Ｄから逆流防止用のダイオードＤ２と電圧しきい値決定用のツェナーダイオードＺＤ１を介してブートストラップコンデンサＣの正電極へ充電電流Ｉｃが流れ、ブートストラップコンデンサＣが充電される。充電電流ＩｃによりブートストラップコンデンサＣの両端間電圧が制御用電源Ｅ２の電源電圧Ｖ２より高くなると、ツェナーダイオードＺＤ２のインピーダンスが減少し、これによりブートストラップコンデンサＣが過電圧となることが防止される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブートストラップコンデンサの蓄積電荷を電源としてドライブ回路を駆動することによりスイッチング素子をオン／オフ制御するためのスイッチング素子駆動用電源回路において、
ブートストラップコンデンサの正電極とスイッチング素子のドレイン端子との間に電圧しきい値決定用のツェナーダイオードと逆流防止用のダイオードを直列に接続し、スイッチング素子のターンオフ時に発生するサージ電圧により前記ツェナーダイオードと前記ダイオードを介してブートストラップコンデンサに充電電流が流れることを特徴とするスイッチング素子駆動用電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スイッチング素子駆動用電源回路に係り、特にブートストラップ方式の電源回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、インバータ等においては、２つのスイッチング素子（主回路素子）をアーム接続し、上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子を交互にオン／オフ制御して使用している。このようなスイッチング素子を駆動するための電源回路として、コストや体格等の観点から、例えば図３に示されるようなブートストラップ方式の電源回路が多く採用されている。
【０００３】
負荷用電源Ｅ１に２つのＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１及びＱ２が直列に接続され、上アームのスイッチング素子Ｑ１のゲート端子Ｇに接続された高圧側ドライブ回路１がブートストラップコンデンサＣの蓄積電荷を電源として駆動されると共に下アームのスイッチング素子Ｑ２のゲート端子Ｇに接続された低圧側ドライブ回路２が制御用電源Ｅ２よって駆動される。外部からの入力信号に基づいて低圧側ドライブ回路２により下アームのスイッチング素子Ｑ２がオンすると、制御用電源Ｅ２によりダイオードＤ１及び電流制限抵抗Ｒを介してブートストラップコンデンサＣに充電がなされ、下アームのスイッチング素子Ｑ２がオフすると、ブートストラップコンデンサＣに蓄積された電荷を電源として高圧側ドライブ回路１が作動し、外部からの入力信号に基づいて上アームのスイッチング素子Ｑ１がターンオンする。
【０００４】
このようにして上アームのスイッチング素子Ｑ１と下アームのスイッチング素子Ｑ２を交互にオン／オフ制御することにより、上アームのスイッチング素子Ｑ１のソース端子Ｓと下アームのスイッチング素子Ｑ２のドレイン端子Ｄとの接続点に接続された負荷３にパルス状の駆動信号が出力される。
【０００５】
ここで、上アームのスイッチング素子Ｑ１がオンし続けると、ブートストラップコンデンサＣが放電し、高圧側ドライブ回路１の電源電圧が低下してしまう。そこで、例えば特許文献１に開示された電源回路では、低圧側ドライブ回路に電源電圧を供給する制御用電源と並列に昇圧チョッパ回路を構成するインダクタとスイッチ素子との直列回路を接続すると共にこのインダクタとスイッチ素子との接続点とブートストラップコンデンサとの間にダイオードを挿入し、スイッチング素子のオン／オフに関わらずに常時ブートストラップコンデンサを充電できるようにしている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１８８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の回路では、図３に示した電源回路に対して昇圧チョッパ回路を構成するインダクタ及びスイッチ素子とダイオードを付加すると共にスイッチ素子をオン／オフするための回路を付加しなければならず、部品点数が多くなって電源回路が大型化するという問題が生じてしまう。
【０００８】
この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、小型でありながらブートストラップコンデンサの放電によるドライブ回路の電源電圧の低下を防止することができる電源回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るスイッチング素子駆動用電源回路は、ブートストラップコンデンサの蓄積電荷を電源としてドライブ回路を駆動することによりスイッチング素子をオン／オフ制御するための電源回路において、ブートストラップコンデンサの正電極とスイッチング素子のドレイン端子との間に電圧しきい値決定用のツェナーダイオードと逆流防止用のダイオードを直列に接続し、スイッチング素子のターンオフ時に発生するサージ電圧によりツェナーダイオードとダイオードを介してブートストラップコンデンサに充電電流が流れるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、ブートストラップコンデンサの正電極とスイッチング素子のドレイン端子との間に電圧しきい値決定用のツェナーダイオードと逆流防止用のダイオードを直列に接続するだけの簡単な構成で、スイッチング素子のターンオフ時に発生するサージ電圧を利用してブートストラップコンデンサを充電することができ、小型でありながらブートストラップコンデンサの放電によるドライブ回路の電源電圧の低下防止が可能な電源回路が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に実施の形態に係るスイッチング素子駆動用電源回路を備えた駆動回路の構成を示す。インバータを構成する２つのＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子（主回路素子）Ｑ１及びＱ２が負荷用電源Ｅ１に直列に接続され、上アームのスイッチング素子Ｑ１のゲート端子Ｇに高圧側ドライブ回路１が接続されている。制御用電源Ｅ２にダイオードＤ１及び電流制限抵抗Ｒを介して接続された電源ラインＬ１とスイッチング素子Ｑ１のソース端子Ｓが接続される基準ラインＬ０との間にブートストラップコンデンサＣが接続されている。
【００１２】
ブートストラップコンデンサＣの正電極と上アームのスイッチング素子Ｑ１のドレイン端子Ｄとの間に電圧しきい値決定用のツェナーダイオードＺＤ１と逆流防止用のダイオードＤ２との直列回路が接続され、ブートストラップコンデンサＣと並列に過電圧防止用のツェナーダイオードＺＤ２が接続されている。
また、下アームのスイッチング素子Ｑ２のゲート端子Ｇに低圧側ドライブ回路２が接続されている。さらに、上アームのスイッチング素子Ｑ１のソース端子Ｓと下アームのスイッチング素子Ｑ２のドレイン端子Ｄとの接続点に負荷３が接続されている。
【００１３】
すなわち、この駆動回路は、図３に示した従来の回路において、電圧しきい値決定用のツェナーダイオードＺＤ１と逆流防止用のダイオードＤ２をブートストラップコンデンサＣの正電極と上アームのスイッチング素子Ｑ１のドレイン端子Ｄとの間に直列に接続すると共にブートストラップコンデンサＣと並列に過電圧防止用のツェナーダイオードＺＤ２を接続したものである。
なお、電圧しきい値決定用のツェナーダイオードＺＤ１は、負荷用電源Ｅ１の電源電圧Ｖ１と制御用電源Ｅ２の電源電圧Ｖ２との差分ΔＶ＝Ｖ１−Ｖ２よりわずかに高いツェナー電圧を有しているものとする。
また、過電圧防止用のツェナーダイオードＺＤ２は、例えば制御用電源Ｅ２の電源電圧Ｖ２と同程度のツェナー電圧を有している。
【００１４】
次に、この実施の形態の動作について説明する。まず、低圧側ドライブ回路２は制御用電源Ｅ２からの電源供給を受け、外部からの入力信号に基づいて下アームのスイッチング素子Ｑ２をオン／オフ制御する。スイッチング素子Ｑ２のオン時には、制御用電源Ｅ２からダイオードＤ１及び電流制限抵抗Ｒを介してブートストラップコンデンサＣに電流が流れ、これによりブートストラップコンデンサＣに充電がなされる。このとき、電流制限抵抗ＲによってブートストラップコンデンサＣに流れる充電電流が大きくなり過ぎないように制限される。そして、十分な充電が行われると、ブートストラップコンデンサＣの両端間電圧は制御用電源Ｅ２の電源電圧Ｖ２となる。
その後、下アームのスイッチング素子Ｑ２がオフすると、ブートストラップコンデンサＣに蓄積された電荷を電源として高圧側ドライブ回路１が作動し、外部からの入力信号に基づいて上アームのスイッチング素子Ｑ１がターンオンする。
【００１５】
このようにして上アームのスイッチング素子Ｑ１と下アームのスイッチング素子Ｑ２が交互にオン／オフ制御され、スイッチング素子Ｑ１のソース端子Ｓとスイッチング素子Ｑ２のドレイン端子Ｄとの接続点に接続された負荷３にパルス状の駆動信号が出力される。
なお、上アームのスイッチング素子Ｑ１のオン時には、ブートストラップコンデンサＣに蓄積された電荷が電源として高圧側ドライブ回路１で消費されるため、ブートストラップコンデンサＣの両端間電圧は次第に低下する。
【００１６】
次に、上アームのスイッチング素子Ｑ１がオフして、下アームのスイッチング素子Ｑ２がオンすることとなるが、上アームのスイッチング素子Ｑ１のターンオフ時には、配線のインダクタンスに起因してサージ電圧が発生し、図２に示されるように、スイッチング素子Ｑ１の両端間電圧Ｖは一時的に負荷用電源Ｅ１の電源電圧Ｖ１より高くなる。
【００１７】
このとき、電圧しきい値決定用のツェナーダイオードＺＤ１は、負荷用電源Ｅ１の電源電圧Ｖ１と制御用電源Ｅ２の電源電圧Ｖ２との差分ΔＶ＝Ｖ１−Ｖ２よりわずかに高いツェナー電圧を有しており、またブートストラップコンデンサＣの両端間電圧は高圧側ドライブ回路１による電力消費のために制御用電源Ｅ２の電源電圧Ｖ２より低下している。したがって、ツェナーダイオードＺＤ１のインピーダンスが減少し、図１に破線で示すように、上アームのスイッチング素子Ｑ１のドレイン端子ＤからダイオードＤ２とツェナーダイオードＺＤ１を介してブートストラップコンデンサＣの正電極へ充電電流Ｉｃが流れ、ブートストラップコンデンサＣが充電される。
【００１８】
ここで、ブートストラップコンデンサＣと並列にツェナーダイオードＺＤ２が接続されているため、充電電流ＩｃによりブートストラップコンデンサＣの両端間電圧が制御用電源Ｅ２の電源電圧Ｖ２より高くなると、ツェナーダイオードＺＤ２のインピーダンスが減少し、これによりブートストラップコンデンサＣが過電圧となることが防止される。
【００１９】
以上のように、ブートストラップコンデンサＣの正電極と上アームのスイッチング素子Ｑ１のドレイン端子Ｄとの間に電圧しきい値決定用のツェナーダイオードＺＤ１と逆流防止用のダイオードＤ２を直列に接続するだけの簡単な構成で、上アームのスイッチング素子Ｑ１のターンオフ時においても、発生するサージ電圧を利用してブートストラップコンデンサＣを充電することが可能となる。
さらに、ブートストラップコンデンサＣと並列にツェナーダイオードＺＤ２を接続すれば、ブートストラップコンデンサＣの過電圧を防止することができる。
【００２０】
なお、この発明は、インバータを構成するスイッチング素子をオン／オフ制御する駆動回路に限らず、ブートストラップコンデンサを電源として回路素子をオン／オフする各種の回路に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施の形態に係る電源回路を備えたスイッチング素子の駆動回路の構成を示す図である。
【図２】スイッチング素子のターンオフ時におけるスイッチング素子の両端間電圧の変化を示すグラフである。
【図３】従来の電源回路を備えた駆動回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  高圧側ドライブ回路、２  低圧側ドライブ回路、３  負荷、Ｅ１  負荷用電源、Ｅ２  制御用電源、Ｑ１  上アームのスイッチング素子、Ｑ２  下アームのスイッチング素子、Ｃ  ブートストラップコンデンサ、ＺＤ１  電圧しきい値決定用のツェナーダイオード、ＺＤ２  過電圧防止用のツェナーダイオード、Ｄ２  逆流防止用のダイオード。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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