(57)【要約】      （修正有）【課題】電源スイッチを駆動するためのシステムおよび方法を提供する。【解決手段】電源スイッチ用のゲートドライバ回路３１２が開示される。ゲートドライバ回路３１２は、電源スイッチに接続されている抵抗器回路網３２２を含む。抵抗器回路網３２２は、複数の抵抗器３２６、３２８、３３０、３３２を含む。ゲートドライバ回路３１２は、抵抗器回路網３２２に作動可能に接続されているコントロールユニット３４２を更に含む。電源スイッチが第１の状態に移行される場合、抵抗器回路網３２２が、遅延位相、転流位相および飽和位相の少なくとも２つの中で異なる抵抗値を提供するように、コントロールユニットが、抵抗器回路網３２２を制御するように構成されている。電源スイッチを駆動するための方法もまた開示される。【選択図】図３
2016105684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源スイッチを駆動するためのゲートドライバ回路（３１２、４００、７００）であって、
前記電源スイッチに接続されている抵抗器回路網（３２２、４０４）であって、前記抵抗器回路網（３２２、４０４）が複数の抵抗器（３２６、３２８、３３０、３３２、４０６、４０８、４１０、４１２、４２２、４２４、４２６、４２８）を備える抵抗器回路網（３２２、４０４）と、
前記抵抗器回路網（３２２、４０４）に作動可能に接続され、前記電源スイッチが第１の状態に移行される場合、前記抵抗器回路網（３２２、４０４）が、遅延位相（２１０、５１０、６１０）、転流位相（２１２、５１２、６１２）および飽和位相（２１４、５１４、６１４）の少なくとも２つの中で異なる抵抗値を提供するように、前記抵抗器回路網（３２２、４０４）を制御するように構成されているコントロールユニット（３４２、４０２、７０２）と
を備えるゲートドライバ回路（３１２、４００、７００）。
【請求項２】
前記第１の状態が、オン状態である、請求項１に記載のゲートドライバ回路（３１２、４００、７００）。
【請求項３】
前記電源スイッチが、インバータ回路の中に配置されている、請求項１に記載のゲートドライバ回路（３１２、４００、７００）。
【請求項４】
前記電源スイッチが、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、逆導通ＩＧＢＴ、バイモード絶縁ゲートトランジスタ、および金属酸化物半導体電解効果トランジスタの少なくとも１つを備える、請求項１に記載のゲートドライバ回路（３１２、４００、７００）。
【請求項５】
前記抵抗器回路網（３２２、４０４）が、前記電源スイッチのゲート端子に接続されている、請求項１に記載のゲートドライバ回路（３１２、４００、７００）。
【請求項６】
前記抵抗器回路網（３２２、４０４）が、前記複数の抵抗器（３２６、３２８、３３０、３３２、４０６、４０８、４１０、４１２、４２２、４２４、４２６、４２８）に接続されている複数のスイッチ（３３３、３３４、３３６、３３８、３４０、４１４、４１６、４１８、４２０、４３０、４３２、４３４、４３６）を更に備える、請求項１に記載のゲートドライバ回路（３１２、４００、７００）。
【請求項７】
前記コントロールユニット（３４２、４０２、７０２）が、前記複数のスイッチ（３３３、３３４、３３６、３３８、３４０、４１４、４１６、４１８、４２０、４３０、４３２、４３４、４３６）に作動可能に接続され、前記遅延位相（２１０、５１０、６１０）、前記転流位相（２１２、５１２、６１２）または前記飽和位相（２１４、５１４、６１４）の発生に基づいて、前記複数のスイッチ（３３３、３３４、３３６、３３８、３４０、４１４、４１６、４１８、４２０、４３０、４３２、４３４、４３６）の１つまたは複数をオン状態とオフ状態との間に選択的に移行させるように構成されている、請求項６に記載のゲートドライバ回路（３１２、４００、７００）。
【請求項８】
前記遅延位相（２１０、５１０、６１０）または前記飽和位相（２１４、５１４、６１４）の中で前記抵抗器回路網（３２２、４０４）によって提供される抵抗値が、前記遅延位相（２１０、５１０、６１０）または前記飽和位相（２１４、５１４、６１４）の持続期間を最小にすることを補助するように、前記コントロールユニット（３４２、４０２、７０２）が、前記抵抗器回路網（３２２、４０４）を制御するように更に構成されている、請求項１に記載のゲートドライバ回路（３１２、４００、７００）。
【請求項９】
前記遅延位相（２１０、５１０、６１０）または前記飽和位相（２１４、５１４、６１４）の中の前記抵抗器回路網（３２２、４０４）によって提供される抵抗値が、前記転流位相（２１２、５１２、６１２）の中の前記抵抗器回路網（３２２、４０４）によって提供される抵抗値よりも低くなるように、前記コントロールユニット（３４２、４０２、７０２）が、前記抵抗器回路網（３２２、４０４）を制御するように更に構成されている、請求項１に記載のゲートドライバ回路（３１２、４００、７００）。
【請求項１０】
前記電源スイッチが、前記電源スイッチのコレクタ端子とエミッタ端子との間に接続される還流ダイオード（１１４、１１６、１１８、１２０、３１４、３１６、３１８、３２０）を備える、請求項１に記載のゲートドライバ回路（３１２、４００、７００）。
【請求項１１】
前記コントロールユニット（３４２、４０２、７０２）が、前記電源スイッチの識別および前記遅延位相（２１０、５１０、６１０）、前記転流位相（２１２、５１２、６１２）および前記飽和位相（２１４、５１４、６１４）の開始に関連する相当するタイムスタンプに基づいて、転流位相（２１２、５１２、６１２）および飽和位相（２１４、５１４、６１４）の発生を検出するように更に構成されている、請求項１に記載のゲートドライバ回路（３１２、４００、７００）。
【請求項１２】
前記コントロールユニット（３４２、４０２、７０２）が、前記遅延位相（２１０、５１０、６１０）、前記転流位相（２１２、５１２、６１２）および前記飽和位相（２１４、５１４、６１４）の開始に関連するタイムスタンプに相当する値、ならびに探索表から前記タイムスタンプに相当する抵抗値を得るように更に構成されている、請求項１１に記載のゲートドライバ回路（３１２、４００、７００）。
【請求項１３】
前記コントロールユニット（３４２、４０２、７０２）が、前記電源スイッチを通って流れる電流の導関数に基づいて、前記転流位相（２１２、５１２、６１２）および前記飽和位相（２１４、５１４、６１４）の発生を検出するように更に構成されている、請求項１に記載のゲートドライバ回路（３１２、４００、７００）。
【請求項１４】
前記コントロールユニット（３４２、４０２、７０２）が、前記電源スイッチのケルビン端子と電源端子との間の電圧を監視するように更に構成され、前記電源スイッチの前記ケルビン端子と前記電源端子との間の前記電圧が、前記電源スイッチを通って流れる前記電流の前記導関数を示す、請求項１３に記載のゲートドライバ回路（３１２、４００、７００）。
【請求項１５】
前記コントロールユニット（３４２、４０２、７０２）が、ゲート電圧および前記電源スイッチのコレクタ−エミッタ電圧の少なくとも１つを監視するように更に構成されて、前記転流位相（２１２、５１２、６１２）および前記飽和位相（２１４、５１４、６１４）の発生を検出するように更に構成されている、請求項１に記載のゲートドライバ回路（３１２、４００、７００）。
【請求項１６】
電源スイッチを駆動するための方法であって、
前記電源スイッチがオン状態に移行される場合、遅延位相（２１０、５１０、６１０）、転流位相（２１２、５１２、６１２）および飽和位相（２１４、５１４、６１４）の発生を決定するステップと、
前記抵抗器回路網（３２２、４０４）が、前記遅延位相（２１０、５１０、６１０）、前記転流位相（２１２、５１２、６１２）および前記飽和位相（２１４、５１４、６１４）の少なくとも２つの中で異なる抵抗値を提供するように、前記電源スイッチに接続されている前記抵抗器回路網（３２２、４０４）を制御するステップであって、前記抵抗器回路網（３２２、４０４）が複数の抵抗器（３２６、３２８、３３０、３３２、４０６、４０８、４１０、４１２、４２２、４２４、４２６、４２８）を備えるステップと
を含む方法。
【請求項１７】
前記抵抗器回路網（３２２、４０４）が、複数のスイッチ（３３３、３３４、３３６、３３８、３４０、４１４、４１６、４１８、４２０、４３０、４３２、４３４、４３６）を更に備え、各前記複数のスイッチ（３３３、３３４、３３６、３３８、３４０、４１４、４１６、４１８、４２０、４３０、４３２、４３４、４３６）が、前記複数の抵抗器（３２６、３２８、３３０、３３２、４０６、４０８、４１０、４１２、４２２、４２４、４２６、４２８）の中の１つの抵抗器に直列に接続されている、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記抵抗器回路網（３２２、４０４）を制御するステップが、前記遅延位相（２１０、５１０、６１０）、前記転流位相（２１２、５１２、６１２）または前記飽和位相（２１４、５１４、６１４）の前記発生に基づいて、前記複数のスイッチ（３３３、３３４、３３６、３３８、３４０、４１４、４１６、４１８、４２０、４３０、４３２、４３４、４３６）の１つまたは複数を選択的にオンに切り替えるステップおよびオフに切り替えるステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記遅延位相（２１０、５１０、６１０）、前記転流位相（２１２、５１２、６１２）および前記飽和位相（２１４、５１４、６１４）の開始に関連するタイムスタンプ、ならびに探索表から前記タイムスタンプに相当する抵抗値を得るステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記探索表に基づいて、前記遅延位相（２１０、５１０、６１０）、前記転流位相（２１２、５１２、６１２）および前記飽和位相（２１４、５１４、６１４）の前記発生を決定するステップを更に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
電源スイッチを駆動するためのゲートドライバ回路（３１２、４００、７００）であって、
前記電源スイッチに接続され、前記電源スイッチに駆動強度を供給するように構成されている可変電流源と、
前記電源スイッチがオン状態に移行される場合、異なる駆動強度が、遅延位相（２１０、５１０、６１０）、転流位相（２１２、５１２、６１２）および飽和位相（２１４、５１４、６１４）の少なくとも２つの中で提供されるように、前記可変電流源に作動可能に接続され、前記可変電流源を制御するように構成されているコントロールユニット（３４２、４０２、７０２）と
を備える、ゲートドライバ回路（３１２、４００、７００）。
【請求項２２】
前記電源スイッチが、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、逆導通ＩＧＢＴ、バイモード絶縁ゲートトランジスタ、および金属酸化物半導体電解効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の少なくとも１つを備える、請求項２１に記載のゲートドライバ回路（３１２、４００、７００）。
【請求項２３】
前記駆動強度が、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、逆導通ＩＧＢＴ、バイモード絶縁ゲートトランジスタ、および金属酸化物半導体電解効果トランジスタの少なくとも１つの各ゲート端子に供給されるゲート電流を備える、請求項２２に記載のゲートドライバ回路（３１２、４００、７００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書の実施形態は、半導体電源スイッチに関し、より詳細には、半導体電源スイッチのスイッチングを制御するためのゲートドライバ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、逆導通ＩＧＢＴ、バイモード絶縁ゲートトランジスタ（ＢｉＧＴ）、金属酸化物半導体電解効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などの電源スイッチは、高電力、高電圧または高電流の使用を必要とする用途の中で使用されてきた。そのような用途のいくつかの実施例は、限定しないが、インバータ、整流器、チョッパおよび直流（ＤＣ）−ＤＣ変換装置を含む。これらの用途では，本明細書で採用する電源スイッチのスイッチングのタイミングが、電力変換装置の実施の中で重要な役割を果たす。
【０００３】
ＩＧＢＴモジュールなどの電源スイッチモジュールは、通常、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）と逆平行接続された還流ダイオードを含む。更に、ＩＧＢＴをオン状態に切り替えるステップは、遅延位相、転流位相および飽和位相など、３つの位相を含む。したがって、ＩＧＢＴの「スイッチオン」時間は、遅延位相、転流位相および飽和位相の持続期間の合計である。
【０００４】
やがて分かるように、ゲートドライバ回路は、電源スイッチモジュールの中で使用される電源スイッチのスイッチングを制御するステップに役立ち、次に電源スイッチモジュールは、例えばインバータ回路の中で採用され得る。インバータ回路の中で使用される電源スイッチは、ＩＧＢＴを含むことができる。ゲートドライバ回路は、通常、インバータ回路の中でＩＧＢＴのスイッチングを制御するＩＧＢＴのゲート電圧を制御するために採用される。
【０００５】
作動中、ゲートドライバ回路は、抵抗器（以下、ゲート抵抗器と呼ぶ）を通ってＩＧＢＴのゲート端子にゲート電圧を供給する。通常、ゲート抵抗器の値は固定値である。例えば、ゲート抵抗器は、ＩＧＢＴが最悪の場合の状態で、満足に機能するように選択され得る。より詳細には、通常、ＩＧＢＴモジュールの中の還流ダイオードが転流位相の中に誘導される負荷から保護されるように、ゲート抵抗器の値は選択される。したがって、そのようなゲート抵抗器の値は、還流ダイオードを通って流れる電流を低い方のスルーレートに維持することを補助し、それによって還流ダイオードを保護する。しかし、そのような固定された設定のゲート抵抗器は、長い遅延時間および高いスイッチング損失に起因して、やはり、遅延位相および飽和位相におけるＩＧＢＴの性能の低下をもたらす。更に、遅延位相および飽和位相におけるＩＧＢＴの性能のそのような低下が、高速スイッチングが必要とされる用途の中でゲートドライバ回路の操作性を妨げる。より速いスイッチング時間が、より高い効率を目標とする多くの用途での要因であるので、産業界は顕著な欠陥に煩わされないゲートドライバを必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第８７１７０６９号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本明細書の態様によって、電源スイッチ用ゲートドライバ回路が開示される。ゲートドライバ回路は、電源スイッチに接続されている抵抗器回路網を含む。抵抗器回路網は、複数の抵抗器を含む。ゲートドライバ回路は、抵抗器回路網に作動可能に接続されているコントロールユニットを更に含む。電源スイッチが第１の状態に移行される場合、抵抗器回路網が、遅延位相、転流位相および飽和位相の少なくとも２つの中で異なる抵抗値を提供するように、コントロールユニットは、抵抗器回路網を制御するように構成されている。
【０００８】
本明細書の態様によって、電源スイッチを駆動するための方法が開示される。方法が、電源スイッチがオン状態に移行される場合、遅延位相、転流位相および飽和位相の発生を決定するステップを含む。方法が、電源スイッチがオン状態に移行される場合、抵抗器回路網が、遅延位相、転流位相および飽和位相の少なくとも２つの中で異なる抵抗値を提供するように、電源スイッチに接続されている抵抗器回路網を制御するステップであって、抵抗器回路網が複数の抵抗器を備えるステップを更に含む。
【０００９】
本明細書のやはり別の態様によって、電源スイッチを駆動するためのゲートドライバ回路が開示される。ゲートドライバ回路は、電源スイッチに接続されている可変電流源を含む。可変電流源は、電源スイッチに駆動強度を供給するように構成されている。更に、ゲートドライバ回路は、可変電流源に作動可能に接続されているコントロールユニットを含む。電源スイッチがオン状態に移行される場合、異なる駆動強度が、遅延位相、転流位相および飽和位相の少なくとも２つの中に供給されるように、コントロールユニットは、可変電流源を制御するように構成されている。
【００１０】
添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読めば、本明細書のこれらの、および他の特徴、態様および利点が、よりよく理解されるようになり、添付の図面の中で、図面全体を通して同じ符号は同じ部品を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来のインバータ回路の概略図である。
【図２】電源スイッチがオン状態に移行される場合、図１のインバータ回路の中で使用される電源スイッチの様々なパラメータの時間応答のグラフを示す図である。
【図３】本明細書の態様による、例示的なゲートドライバ回路を採用するインバータ回路の概略図である。
【図４】本明細書の態様による、ゲートドライバ回路の別の実施形態の概略図である。
【図５】本明細書の態様による、開ループ制御モードでの電源スイッチの様々なパラメータの時間応答のグラフを示す図である。
【図６】本明細書の態様による、閉ループ制御モードでの電源スイッチの様々なパラメータの時間応答のグラフを示す図である。
【図７】本明細書の態様による、ゲートドライバ回路の別の実施形態の概略図である。
【図８】本明細書の態様による、電源スイッチを駆動するための実施例の方法の流れ図である。
【図９Ａ】本明細書の態様による、図８の方法の詳細な流れ図である。
【図９Ｂ】本明細書の態様による、図８の方法の詳細な流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
明細書は、詳細な図面および本明細書で述べる説明を参照することによって、最もよく理解され得る。様々な実施形態が、図面を参照して以下に説明される。しかし、当業者なら、方法およびシステムが説明される実施形態を超えて広がるので、これらの図面に関して本明細書で与えられる詳細な説明が、単に例示の目的のためであることを容易に理解するであろう。
【００１３】
以下の明細書および特許請求の範囲の中で、単数形「１つの（ａ）」「１つの（ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、文脈がそうではないと明確に指示しない限り、複数の参照を含む。本明細書で使用される場合、「または（ｏｒ）」という用語は、排他的であることを意味せず、参照される少なくとも１つの構成要素が存在することを示し、参照される構成要素の組合せが、文脈がそうではないと明確に指示しない限り、存在することができる実施例を含む。
【００１４】
本明細書で使用される場合、「可能性がある（ｍａｙ）」および「〜である可能性がある（ｍａｙ  ｂｅ）」という用語は、１組の環境内で発生する可能性と、特定の特性、特徴または機能の保有とを示し、および／または適格とされる動詞に付随する能力、特性または可能性の１つまたは複数を表現することによって別の動詞を適格とする。したがって、「可能性がある（ｍａｙ）」および「〜である可能性がある（ｍａｙ  ｂｅ）」の使用は、修飾される用語が、示される特性、機能または用法に明確に適しており、能力があり、または適切であることを示すが、同時に、いくつかの環境を考慮に入れると、修正された用語が、時には適せず、能力がなく、または適切でない可能性がある。
【００１５】
図１は、従来のインバータ回路１００の概略図である。インバータ回路１００は、直流（ＤＣ）電圧源１０２、ならびにＩＧＢＴモジュール１２４、１２６、１２８および１３０などの１つまたは複数の電源スイッチモジュールの配置を含む。ＩＧＢＴモジュール１２４、１２６、１２８および１３０は、以下、集合的にＩＧＢＴモジュール１２４−１３０と呼ぶ。ＩＧＢＴモジュール１２４−１３０は、それぞれＩＧＢＴ１０４、１０６、１０８、１１０を含むことができる。ＩＧＢＴ１０４、１０６、１０８、１１０は、以下、集合的にＩＧＢＴ１０４−１１０と呼ぶ。更に、いくつかの実施形態では、ＩＧＢＴモジュール１２４−１３０は、図１に示すように、ＩＧＢＴ１０４、１０６、１０８、１１０の各コレクタ端子とエミッタ端子との間に逆平行接続された還流ダイオード１１４、１１６、１１８および１２０を更に含むことができる。
【００１６】
ＤＣ電圧源１０２は、電池、ＤＣ−ＤＣ電源、またはＤＣ電圧を供給することができる任意の他のエネルギー源を含むことができる。ＤＣ電圧源１０２は、２つ以上の電圧レベルを供給することができる。実施例として、ＤＣ電圧源１０２からの出力電圧レベルは、−１５ボルトおよび＋１５ボルトのゲート供給電圧、およびゲートドライバユニット１１２用のバイアス電圧を含むことができる。
【００１７】
ＩＧＢＴモジュール１２４−１３０は、ＤＣリンクに接続される。ＤＣリンクからの電圧は、ＩＧＢＴモジュール１２４−１３０を作動するために使用される。図１に示すように、インバータ回路１００の中に、ＩＧＢＴモジュール１２４−１３０が、標準的なＨブリッジ構成で接続されているように図示されている。より詳細には、ＩＧＢＴ１０４および１０８のコレクタ端子は、ＤＣリンクの正端子に接続されている。更に、ＩＧＢＴ１０６および１１０のエミッタ端子は、図１に示すように、ＤＣリンクの負端子に接続されている。しかし、ＩＧＢＴ１０６および１１０のエミッタ端子は、接地されることができる。加えて、ＩＧＢＴ１０４のエミッタ端子は、ＩＧＢＴ１１０のコレクタ端子に電気的に接続され得る。同様に、ＩＧＢＴ１０８のエミッタ端子は、ＩＧＢＴ１０６のコレクタ端子に電気的に接続され得る。
【００１８】
インバータ回路１００は、一般的に負荷１３２に接続される。より詳細には、負荷１３２は、ＩＧＢＴ１０４のエミッタ端子とＩＧＢＴ１０８のエミッタ端子との間に接続される。負荷１３２は、例えば、家事または産業用電気装置などの任意の電気機器を代表することができる。
【００１９】
更に、インバータ回路１００は、ゲート抵抗器１２２を通ってＩＧＢＴ１０８のゲート端子に接続されるゲートドライバユニット１１２など、１つまたは複数のゲートドライバユニットを含むことができる。典型的には、ゲートドライバユニット１１２は、ＩＧＢＴ１０８のスイッチングをオン状態とオフ状態との間に制御するために、ＩＧＢＴ１０８のゲート電圧（Ｖｇ）を制御するように構成されている。
【００２０】
典型的には、ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ電圧の値（ＶCE）が、ＩＧＢＴの順電圧降下の値に概ね等しくなり、相当する還流ダイオードが導通していない場合、ＩＧＢＴは、「第１の状態」、「オン状態」または「スイッチオン状態」にあると言われている。典型的には、ＩＧＢＴの順電圧降下の値は、数百ミリボルトから数ボルト程度である。更に、ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ電圧の値（ＶCE）が、ＤＣリンク電圧に概ね接近し、相当する還流ダイオードが導通していない場合、ＩＧＢＴは、「第２の状態」、「オフ状態」または「スイッチオフ状態」にあると言われている。更に、「スイッチオン時間」という用語が、ＩＧＢＴをオン状態からオフ状態に移行させるためにかかる時間を言及するために使用される。同様に、「スイッチオフ時間」という用語が、ＩＧＢＴをオフ状態からオン状態に移行させるためにかかる時間を言及するために使用される。
【００２１】
ゲートドライバユニット１１２は、ゲート抵抗器１２２を通ってＩＧＢＴ１０８のゲート端子にゲート電圧（Ｖｇ）を印加するように構成されている。ゲート抵抗器１２２は、固定値であり、ゲートドライバユニット１１２とＩＧＢＴ１０８のゲート端子との間に強固に構成されている。ゲート抵抗器１２２は、ゲートドライバユニット１１２とＩＧＢＴ１０８のゲート端子との間に接続されるように図示されるが、ゲート抵抗器１２２は、ゲートドライバユニット１１２の内部に配置され得る。一実施例では、ＩＧＢＴ１０６に対応する還流ダイオード１１６を通って流れる電流のスルーレートが、低い値に維持されて、還流ダイオード１１６からＩＧＢＴ１０８に電流を転流する場合、還流ダイオード１１６を保護するように、ゲート抵抗器１２２は選択される。実施例として、ゲート抵抗器１２２は、約５オームの値を有することができる。図１では、１つだけのゲートドライバユニット１１２が、例示および簡潔にする目的のために示されている。やがて分かるように、そのような追加のゲートドライバユニットが、各ＩＧＢＴのスイッチングを制御するために、他のＩＧＢＴ１０４、１０６および１１０のゲート端子にやはり接続され得る。
【００２２】
各ＩＧＢＴ１０４−１１０のスイッチングは、ゲートドライバユニット１１２などの各ゲートドライバユニットによって選択的に制御される。インバータ回路１００の中で、負荷１３２を横切る交流（ＡＣ）電圧が出現するように、ＩＧＢＴ１０４−１１０のスイッチングは制御される。負荷１３２を横切るＡＣ電圧を得るために、ゲートドライバユニット１１２はＩＧＢＴ１０４および１０６をオン状態に移行させることができるが、一方でＩＧＢＴ１０８および１１０はオフ状態に維持される。そのような例では、電流が、ＤＣリンクの正端子からＩＧＢＴ１０４、負荷１３２およびＩＧＢＴ１０６を通って流れる。したがって、負電圧が、負荷１３２を横切って出現する。
【００２３】
典型的には、ＩＧＢＴ１０８および１１０をオン状態に切り替える前に、ＩＧＢＴ１０４および１０６をオフに切り替えることが可能である。ＩＧＢＴ１０４および１０６がオフ状態に切り替えられている間、かつＩＧＢＴ１０８および１１０がオン状態に切り替えられる前に、負荷１３２を通って流れる電流は中断される。負荷１３２などの誘導負荷が、そこを通って流れる電流の突然の中断に対抗する。より詳細には、負荷１３２は、電流の流れを維持しようとする。しかし、すべてのＩＧＢＴ１０４−１１０がオフ状態にあるので、電流は、負荷１３２から前方のバイアスされた還流ダイオード１１８を通ってＤＣリンクへ流れる。
【００２４】
ＩＧＢＴ１０８および１１０がオン状態に移行される場合、電流が、ＤＣリンクの正端子からＩＧＢＴ１０８、負荷１３２およびＩＧＢＴ１１０を通って流れる。したがって、正電圧が、負荷１３２を横切って出現する。そのようなＩＧＢＴ１０４−１１０の周期的スイッチングが、負荷１３２を横切るＡＣ電圧を生成する。
【００２５】
還流ダイオード１１６を通って流れる電流、および負荷１３２を通って流れる電流は、ＩＧＢＴ１０８を通って流れる電流を構成する。典型的には、負荷１３２を通って流れる電流は、依然として一定の状態である。したがって、ＩＧＢＴ１０８がオン状態に移行される場合、ＩＧＢＴ１０８を通って流れる電流（典型的には転流位相）は、今度は還流ダイオード１１６に影響を与える可能性がある。したがって、還流ダイオード１１６を通って流れる電流のスルーレートは、還流ダイオード１１６を保護するように制御される必要がある。同様に、ＩＧＢＴ１０６、１１０および１０４がそれぞれオン状態に移行される場合、そのような電流は更に、還流ダイオード１１８、１１４および１２０を通って流れる。
【００２６】
図２は、ＩＧＢＴ１０８がオン状態に移行中の図１のＩＧＢＴモジュール１２８など、電源スイッチモジュールの様々なパラメータの時間応答のグラフ２００である。図２に示す時間応答は、図１に関して説明されている。図示および簡潔にする目的のために、ＩＧＢＴモジュール１２８に相当する時間応答が、図２に図示されている。他のＩＧＢＴモジュール１２４、１２６および１３０もやはり、オン状態への各移行中に同様の時間応答を有することができる。
【００２７】
より詳細には、グラフ２００は、ゲート電圧（Ｖｇ）２０２、コレクタ−エミッタ電流（ＩCE）２０４、およびＩＧＢＴ１０８のコレクタ−エミッタ電圧（ＶCE）２０６の時間応答を示す。グラフ２００は、還流ダイオード１１６を通って流れる電流（Ｉｎ）の時間応答２０８を更に図示する。グラフ２００の中で、Ｘ軸２０１はマイクロセカンドで時間を表示し、Ｙ軸２０３はゲート電圧（Ｖｇ）、コレクタ−エミッタ電流（ＩCE）、ＩＧＢＴ１０８のコレクタ−エミッタ電圧（ＶCE）、および還流ダイオード１１６を通って流れる電流（Ｉｎ）を表示する。ＩＧＢＴ１０８のゲート電圧（Ｖｇ）２０２の時間応答は、スケールアップされた値を使用して図示されていることに留意されたい。一実施例では、ＩＧＢＴ１０８のゲート電圧（Ｖg）の値は、約１００でスケールアップ可能である。
【００２８】
第１の状態に移行中、ＩＧＢＴ１０８は、遅延位相、転流位相および飽和位相を通って循環する。一実施形態では、第１の状態はオン状態である。したがって、ＩＧＢＴ１０８の「スイッチオン時間」は、遅延位相（あるいは予圧位相として公知である）、転流位相および飽和位相（あるいは昇圧位相として公知である）の持続期間の合計に等しくなることができる。
【００２９】
ゲート電圧（Ｖｇ）２０２の時間応答を参照すると、ゲート電圧（Ｖｇ）が上昇し始める時に、遅延位相が開始し、ゲート電圧（Ｖｇ）がＩＧＢＴ１０８の閾値に到達する場合、遅延位相は終了する。一実施例では、ＩＧＢＴ１０８の閾値電圧は、６ボルトであることができる。遅延位相の持続期間は、参照符号２１０によって表示される。遅延位相中、ＩＧＢＴ１０８は導通しない。ゲート電圧（Ｖｇ）の上昇のスルーレートは、ゲート抵抗器１２２の抵抗に依存する。例えば、ゲート抵抗器１２２の抵抗が小さいほど、ゲート電圧（Ｖｇ）の上昇のスルーレートはより速くなる。しかし、前述したとおり、ゲート抵抗器１２２の値は、還流ダイオード１１６を保護するように選択される。結果として、図２に示すように、遅延位相２１０の持続期間は、重大なことに長くなる。遅延位相２１０のそのような長い持続期間は、ＩＧＢＴ１０８のスイッチオン時間の増加の一因となる。
【００３０】
更に、ゲート電圧（Ｖｇ）がＩＧＢＴ１０８に対応する閾値電圧に到達する時、転流位相が開始し、還流ダイオード１１６を通って流れる電流（Ｉｎ）（例えば、転流電流）が負方向の最大値に到達する時、転流位相は終了する。還流ダイオードが停止モードに入る場合、還流ダイオード１１６を通って流れる電流は、負の値を有する。更に、前述したとおり、ＩＧＢＴ１０８を通って流れる電流は、負荷１３２まで流れる電流、および還流ダイオード１１６を通って流れる電流の合計である。負荷１３２を通って流れる電流は、転流位相の間、一定である。したがって、還流ダイオード１１６を保護し、電磁放射を制限制御するために、還流ダイオード１１６を通って流れる電流（Ｉｎ）のスルーレートは、制御される必要がある。したがって、ゲート抵抗器１２２のより高い値が要求される。前述のように、還流ダイオード１１６を通って流れる電流（Ｉｎ）のスルーレートが低い値に維持されて、還流ダイオード１１６を保護するように、ゲート抵抗器１２２は選択される。しかし、ゲート抵抗器１２２が強固に構成された場合の構成などでは、還流ダイオード１１６を通って流れる電流（Ｉｎ）のスルーレートは、ＤＣリンク電圧、負荷１３２を通って流れる電流、およびＩＧＢＴ１０８内の接合部温度の１つまたは複数の変化によって更に影響を受ける可能性がある。転流位相の持続期間は、参照符号２１２によって表示される。
【００３１】
飽和位相は、転流位相の終了時およびＩＧＢＴ１０８がオン状態に到達する時に開始する。飽和位相の持続期間は、参照符号２１４によって表示される。飽和位相２１４の間、ＩＧＢＴ１０８のコレクタ−エミッタ電圧の値（ＶCE）は、ＤＣリンク電圧レベル近傍から、ＩＧＢＴ１０８の順電圧降下に等しい電圧値などの低いレベルまで減少する。コレクタ−エミッタ電圧（ＶCE）のスルーレートは、ゲート抵抗器１２２の値によって制御される。例えば、ゲート抵抗器１２２の抵抗が高いほど、コレクタ−エミッタ電圧（ＶCE）のスルーレートはより低くなる。しかし、還流ダイオード１１６上の負荷は、コレクタ−エミッタ電圧（ＶCE）のスルーレートから独立している。したがって、コレクタ−エミッタ電圧（ＶCE）の高いスルーレートは、スイッチング損失を低減するように所望され、ＩＧＢＴ１０８をオン状態に迅速に移行させる。しかし、ゲート抵抗器１２２は、転流位相２１２の中で還流ダイオード１１６を通って流れる電流のスルーレートを制限するために十分高い値（例えば、５オーム）を有するように選択される。ゲート抵抗器１２２の高い抵抗値に起因して、コレクタ−エミッタ電圧（ＶCE）のスルーレートは、飽和位相の中の動作だけが最適化された場合に起こり得るよりも低くなる。その結果、飽和位相の持続期間もやはり、図２に図示するように実質的に長くなる。飽和位相の長い持続期間は、やはりＩＧＢＴ１０８のスイッチオン時間の増加の一因となる。
【００３２】
したがって、還流ダイオード１１６を保護するように選択されるゲート抵抗器１２２の固定値を使用することによって、ＩＧＢＴ１０８の全体的なスイッチオン時間の増加につながる。ＩＧＢＴ１０８のスイッチオン時間の増加は、次に、高周波数の用途でそのようなＩＧＢＴを含むインバータ回路１００の使用を制限する。
【００３３】
図３は、本明細書の態様による、例示的なゲートドライバ回路を採用するインバータ回路３００の概略図である。例示的なゲートドライバ回路の使用は、現在利用可能なインバータ回路の欠点を回避することに役立つ。
【００３４】
図３のインバータ回路３００は、直流（ＤＣ）電圧源３０２、ならびにＩＧＢＴモジュール３４４、３４６、３４８および３５０などの１つまたは複数の電源スイッチモジュールの配置を含む。ＩＧＢＴモジュール３４４、３４６、３４８および３５０は、以下、集合的にＩＧＢＴモジュール３４４−３５０と呼ぶことができる。ＤＣ電圧源３０２は、図１のＤＣ電圧源１０２と同様であり、２つ以上の電圧レベルを供給するように構成され得る。例えば、ＤＣ電圧源３０２からの出力電圧レベルは、−１５ボルトおよび＋１５ボルトの電圧、およびゲートドライバ回路３１２用のバイアス電圧を含むことができる。図３の実施形態では、ＤＣ電圧源３０２が、ゲートドライバ回路３１２の外部に示されている。しかし、いくつかの実施形態では、ＤＣ電圧源３０２は、ゲートドライバ回路３１２の部分を形成することができる。
【００３５】
ＩＧＢＴモジュール３４４−３５０は、図１のＩＧＢＴモジュール１２４−１３０の構成と実質的に同様である構成を有することができる。例えば、ＩＧＢＴモジュール３４４、３４６、３４８および３５０もやはり、それぞれＩＧＢＴ３０４、３０６、３０８および３１０を含むことができる。更に、ＩＧＢＴモジュール３４４、３４６、３４８および３５０は、やはり、ＩＧＢＴ３０４、３０６、３０８および３１０とそれぞれ逆平行接続された還流ダイオード３１４、３１６、３１８および３２０を含むことができる。ＩＧＢＴ３０４、３０６、３０８および３１０は、以下、集合的にＩＧＢＴ３０４−３１０と呼ぶことができる。更に、各ＩＧＢＴ３０４−３１０は、やはり、それぞれ電源エミッタ端子に接続されているケルビンエミッタ端子を含むことができる。説明を容易にするために、ＩＧＢＴ３０８のような、ただ１つのＩＧＢＴに対応するケルビンエミッタ端子３０７および電源エミッタ端子３０９を図３に示す。
【００３６】
インバータ回路３００の中に、ＩＧＢＴモジュール３４４−３５０が、標準的なＨブリッジインバータ構成で接続されている。更に、負荷３２４が、図３に示すインバータ回路３００のＩＧＢＴモジュール３４４−３５０に接続されている。いくつかの実施形態では、インバータ回路３００の作動は、図１のインバータ回路１００の作動と同様であることができる。図３の実施形態は、標準的なＨブリッジインバータ構成で接続されているＩＧＢＴモジュール３４４−３５０を示すが、半分のブリッジインバータ構成などの他の構成の使用もまた考えられる。
【００３７】
一実施形態では、インバータ回路３００は、ＩＧＢＴのゲート端子に接続されるゲートドライバ回路３１２など、１つまたは複数のゲートドライバユニットを更に含むことができる。図３に示す実施形態では、インバータ回路３００は、説明を容易にするために、ＩＧＢＴ３０８に作動可能に接続されている１つのゲートドライバ回路３１２を含むように図示されている。追加のゲートドライバ回路もやはり、他のＩＧＢＴ３０４、３０６および３１０と共に使用され得る。更に、やはり別の実施形態では、共通のゲートドライバ回路が、ＩＧＢＴ３０４−３１０のスイッチングを制御するために実施され得る。加えて、ＩＧＢＴ３０４−３１０は、図３の実施形態の電源スイッチとして図示されているが、限定しないが、逆導通ＩＧＢＴ、ＢｉＧＴ、またはＭＯＳＦＥＴ含む他の型の半導体装置が、本明細書の範囲から逸脱せずに電源スイッチとして使用され得る。
【００３８】
現在考えられる構成では、ゲートドライバ回路３１２は、ＩＧＢＴ３０８のゲート端子に接続されている抵抗器回路網３２２を含む。より詳細には、抵抗器回路網３２２の第１の端子３２１は、ＤＣ電圧源３０２の正のゲート電圧源端子に接続されている。一実施例ではＤＣ電圧源３０２は、正の電圧源端子から＋１５ボルトを供給するように構成され得る。更に、抵抗器回路網３２２の第２の端子３２３は、ＩＧＢＴ３０８のゲート端子に接続されている。抵抗器回路網３２２は、抵抗器回路網３２２の第１の端子３２１と第２の端子３２３との間に接続されている抵抗器３２６、３２８、３３０および３３２など、複数の抵抗器を含む。図３の実施形態では、４つの抵抗器３２６、３２８、３３０および３３２を含むように抵抗器回路網３２２を図示するが、より大きい数または小さい数の抵抗器もやはり、本明細書の範囲から逸脱せずに使用され得る。抵抗器３２６、３２８、３３０および３３２の値は、同じまたは異なることができる。
【００３９】
追加的に、一実施形態では、ゲートドライバ回路３１２は、遮断抵抗器３３１を含むことができる。遮断抵抗器３３１の一方の端子は、ＩＧＢＴ３０８のゲート端子に接続され得る。遮断抵抗器３３１の他方の端子は、スイッチ３３３を経て、ＤＣ電圧源３０２の負のゲート電圧源端子に接続され得る。一実施例ではＤＣ電圧源３０２は、負のゲート電圧源端子から−１５ボルトを供給するように構成され得る。図３の実施例の実施形態は、１つの遮断抵抗器３３１を図示するが、抵抗器回路網３２２のような別の抵抗器回路網が、ＩＧＢＴ３０８のゲート端子とＤＣ電圧源３０２の負のゲート供給電圧端子との間に使用され得る。
【００４０】
更に、抵抗器回路網３２２は、抵抗器３２６、３２８、３３０および３３２にそれぞれ直列に電気的に接続されているスイッチ３３４、３３６、３３８および３４０を更に含むことができる。一実施例では、スイッチ３３３、３３４、３３６、３３８および３４０は、ＭＯＳＦＥＴである。１つまたは複数のスイッチ３３４、３３６、３３８および３４０は、閉じている（例えば、オン状態である）場合、各抵抗器の並列接続を可能にする。したがって、ＩＧＢＴ３０８のゲート端子で、抵抗器回路網３２２によって提供される抵抗値（以下、抵抗器回路網３２２の等価な抵抗とも呼ぶ）は、並列に接続されている抵抗器の等価並列値である。実施例として、すべてのスイッチ３３４、３３６、３３８および３４０が閉じている場合、抵抗器回路網３２２の等価抵抗（ＲＥＱ）は、等式（１）を使用して決定され得る。
【００４１】
【数１】
2016105684.tif 000003
Ｒ326、Ｒ328、Ｒ330およびＲ332が、それぞれ抵抗器３２６、３２８、３３０および３３２の抵抗値を表す。
【００４２】
同様に、別の実施例では、スイッチ３３４、３３６が閉じており、スイッチ３３８および３４０が開いている場合、抵抗器回路網３２２の等価抵抗（ＲＥＱ）は、等式（２）を使用して決定され得る。
【００４３】
【数２】
2016105684.tif 000004
続けて図３を参照すると、ゲートドライバ回路３１２は、コントロールユニット３４２を更に含むことができる。一実施例では、コントロールユニット３４２は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのコントローラーを使用して実施され得る。別の実施例では、コントロールユニット３４２が、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として実施され得る。やはり別の実施例では、コントロールユニット３４２は、マイクロコントローラーまたはプロセッサを使用して実施され得る。一実施形態では、コントロールユニット３４２は、メモリ（図示せず）などの記憶媒体を更に含むことができる。
【００４４】
更に、一実施形態では、コントロールユニット３４２は、ＤＣ電圧源３０２からバイアス電圧を受信することができる。コントロールユニット３４２は、抵抗器回路網３２２および遮断抵抗器３３１に作動可能に接続され得る。より詳細には、コントロールユニット３４２は、スイッチ３３４、３３６、３３８、３４０および３３３に作動可能に接続され得る。スイッチがＭＯＳＦＥＴを含む場合、コントロールユニット３４２は、ＭＯＳＦＥＴのゲート端子に作動可能に接続され得る。ＩＧＢＴ３０８がオン状態に移行する場合、抵抗器回路網３２２が、遅延位相、転流位相および飽和位相の少なくとも２つの中で異なる等価の抵抗値を提供することができるように、コントロールユニット３４２は、スイッチ３３４、３３６、３３８および３４０を選択的に作動することによって（例えば、閉じること、および開けること）、抵抗器回路網３２２を制御するように構成され得る。
【００４５】
インバータ回路３００の作動中、スイッチ３３４、３３６、３３８および３４０を選択的に作動するために、コントロールユニット３４２は、遅延位相、転流位相および飽和位相の発生（例えば、開始）を決定するように構成されている。一実施形態では、コントロールユニット３４２は、ＩＧＢＴ３０８のゲート端子でゲート電圧（Ｖｇ）が上昇し始める時、遅延位相が開始されたことを決定するように構成されている。
【００４６】
本明細書の一実施形態では、ゲートドライバ回路３１２の開ループ制御モードの場合、コントロールユニット３４２は、探索表の使用によって、転流位相および／または飽和位相の発生を決定するように構成されている。探索表は、限定しないが、様々な電源スイッチに対応する転流位相および飽和位相の典型的な開始時間を含む情報を含むことができる。より詳細には、探索表は、ＩＧＢＴ３０８の対応するモデル数（以下、識別とも呼ぶ）と共に、転流位相および飽和位相の典型的な開始時間を含むことができる。加えて、抵抗器回路網３２２の所望の等価の抵抗値もやはり、モデル数に相当する各遅延位相、転流位相および飽和位相についての探索表内に記憶され得る。表１は、スイッチ３３４、３３６、３３８および３４０を選択的に作動するために、コントロールユニット３４２によって使用され得る実施例の探索表である。
【００４７】
【表１】
2016105684.tif 000005
一実施形態では、作動のためにコントロールユニット３４２を実施する前に、探索表が、コントロールユニット３４２に付随するメモリの中に記憶され得る。更に、ＩＧＢＴのモデル数もやはり、メモリの中に記憶され得る。
【００４８】
インバータ回路３００の作動中、例えば、ＩＧＢＴ３０８をオン状態に移行することが望ましい場合、コントロールユニット３４２は、ＩＧＢＴ３０８の所与のモデル数についての探索表に基づいて、遅延位相に対応する抵抗器回路網３２２の所望の等価の抵抗値を決定するように構成され得る。例えば、ＩＧＢＴ３０８のモデル数が＃１である場合、コントロールユニット３４２は、遅延位相に対応する抵抗器回路網３２２の所望の等価の抵抗値が表１などの探索表に基づいて１オームであると決定するように構成され得る。
【００４９】
更に、コントロールユニット３４２は、抵抗器回路網３２２の等価の抵抗を所望の値に設定するために、スイッチ３３４、３３６、３３８および３４０を選択的に作動するように構成され得る。例えば、ＩＧＢＴ３０８の遅延位相の中で、抵抗器回路網３２２の等価の抵抗が１オームに設定されるように、コントロールユニット３４２は、１つまたは複数のスイッチ３３４、３３６、３３８および３４０をオン状態とオフ状態との間に選択的に切り替えるように構成され得る。一実施例では、スイッチ３３４、３３６、３３８および３４０がＭＯＳＦＥＴである場合、スイッチ３３４、３３６、３３８および３４０の各ゲート端子で適切な電圧を提供することによって、スイッチ３３４、３３６、３３８および３４０をオンに切り替え、および／またはオフに切り替えることができる。やがて分かるように、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴおよびｐチャネルＭＯＳＦＥＴは、ゲート電圧の異なる極性がオンに切り替えられ、かつオフに切り替えられることを必要とする。一旦抵抗器回路網３２２の等価の抵抗が、遅延位相に相当する所望の値に設定されると、ゲート電圧（Ｖｇ）が上昇し始める。ゲート電圧（Ｖg）が上昇し始める時間を以下に、時間Ｔ1と呼ぶ。
【００５０】
本明細書の一実施形態では、コントロールユニット３４２は、開ループ制御モードで作動するように構成され得る。開ループ制御モードでは、転流位相および飽和位相の開始が、時間Ｔ1後の経過時間に基づいて決定され得る。実施例として、開ループ制御モードでは、コントロールユニット３４２は、時間Ｔ1後の経過時間を監視するように構成され得る。経過時間が、探索表に記憶されている転流位相および飽和位相の相当する開始時間を超える場合、コントロールユニット３４２は、転流位相および飽和位相の開始を決定するようにも更に構成され得る。
【００５１】
本明細書の別の実施形態では、コントロールユニット３４２は、閉ループ制御モードで作動するように構成され得る。閉ループ制御モードでは、ＩＧＢＴ３０８のケルビンエミッタ端子３０７および電源エミッタ端子３０９が、ゲートドライバ回路３１２に接続され得る。より詳細には、ケルビンエミッタ端子３０７および電源エミッタ端子３０９が、コントロールユニット３４２に接続され得る。同様に、他のＩＧＢＴ３０４、３０６および３１０のケルビンエミッタ端子（図示せず）および電源エミッタ端子もやはり、ＩＧＢＴ３０４、３０６および３１０に関連するゲートドライバ回路の中の各コントロールユニットに接続され得る。
【００５２】
更に、閉ループ制御モードでは、転流位相および飽和位相の開始が、ＩＧＢＴ３０８のケルビンエミッタ端子３０７と電源エミッタ端子３０９との間の電圧（Ｖｋｐｅ）の値に基づいて決定され得る。例えば、閉ループ制御モードでは、コントロールユニット３４２は、ケルビンエミッタ端子３０７と電源エミッタ端子３０９との間の電圧（Ｖｋｐｅ）を監視するように構成され得る。やがて分かるように、電圧（Ｖｋｐｅ）は、ＩＧＢＴ３０８のコレクタのエミッタに対する電流（ＩCE）の導関数（ｄＩCE／ｄｔ）を示すことができる。加えて、電圧（Ｖｋｐｅ）は、寄生インダクタンス３１１を横切る電圧を表すことができる。更に、一実施形態では、コントロールユニット３４２は、電圧値（Ｖｋｐｅ）を第１の閾値および第２の閾値と比較して、転流位相および飽和位相の開始をそれぞれ決定するように更に構成され得る。第１の閾値は、転流位相の開始を示すことができ、第２の閾値は、飽和位相の開始示すことができる。別の実施形態では、１つの閾値だけが使用され得る。例えば、電圧（Ｖｋｐｅ）の値が閾値を超える場合、コントロールユニット３４２は、転流位相が開始したことを決定するように構成され得る。しかし、電圧（Ｖｋｐｅ）の値が閾値未満に低下する場合、コントロールユニット３４２は、飽和位相が開始したことを決定するように構成され得る。
【００５３】
いくつかの実施形態では、閉ループ制御モードでは、ＩＧＢＴ３０８についての転流位相および飽和位相の開始が、ＩＧＢＴ３０８のゲート電圧（Ｖg）の値に基づいて決定され得る。そのような実施例では、ＩＧＢＴ３０８のゲート端子が、コントロールユニット３４２に結合され得る（図示せず）。ＩＧＢＴ３０８のゲート電圧（Ｖｇ）の値が、第３の閾値および第４の閾値をそれぞれ超える場合、コントロールユニット３４２は、転流位相および飽和位相の開始を決定するように更に構成され得る。第３の閾値は、転流位相の開始を示すことができ、第４の閾値は、飽和位相の開始示すことができる。
【００５４】
更に、特定の実施形態で、閉ループ制御モードでは、ＩＧＢＴ３０８の転流位相の開始が、ＩＧＢＴ３０８のコレクタ−エミッタ電圧（ＶCE）の値に基づいて決定され得る。そのような例では、ＩＧＢＴ３０８のコレクタ端子および／または電源エミッタ端子３０９が、コントロールユニット３４２に接続され得る（図示せず）。ＩＧＢＴ３０８のコレクタ−エミッタ電圧（ＶCE）の値が低下し始める時、コントロールユニット３４２は、転流位相の開始を決定するように構成され得る。
【００５５】
本明細書の別の実施形態では、コントロールユニット３４２は、ハイブリッドモードで作動するように構成され得る。ハイブリッドモードでは、ケルビンエミッタ端子３０７および電源エミッタ端子３０９が、ゲートドライバ回路３１２に接続され得る。より詳細には、ケルビンエミッタ端子３０７および電源エミッタ端子３０９が、コントロールユニット３４２に接続され得る。同様に、他のＩＧＢＴ３０４、３０６および３１０のケルビンエミッタ端子および電源エミッタ端子もやはり、ＩＧＢＴ３０４、３０６および３１０に関連するゲートドライバ回路の中の各コントロールユニットに接続され得る。
【００５６】
ハイブリッドモードでは、転流位相および飽和位相の開始が、ケルビンエミッタ端子３０７と電源エミッタ端子３０９との間の電圧（Ｖｋｐｅ）の値および／または時間Ｔ1後の経過時間に基づいて決定され得る。一実施形態では、コントロールユニット３４２は、時間Ｔ1後の経過時間およびケルビンエミッタ端子３０７と電源エミッタ端子３０９との間の電圧（Ｖｋｐｅ）の両方を監視するように構成され得る。加えて、コントロールユニット３４２は、開ループ制御モードおよび閉ループ制御モードの中に採用される手法を使用して、転流位相および飽和位相の開始を決定するように更に構成され得る。そのようにして決定された、特定の位相（例えば、転流位相または飽和位相）についての２つの開始時間の早い方が、特定の位相の開始時間として識別され得る。例えば、電圧（Ｖｋｐｅ）に基づいて決定された転流位相の開始時間が、経過時間に基づいて決定された転流位相の開始時間よりも遅い場合、コントロールユニット３４２は、電圧（Ｖｋｐｅ）に基づいて決定された開始時間を転流位相の開始時間として識別するように構成され得る。
【００５７】
更に、コントロールユニット３４２は、転流位相および飽和位相に対応する抵抗器回路網３２２の所望の等価の抵抗値をＩＧＢＴ３０８のモデル数に基づいて決定するように更に構成され得る。例えば、転流位相および飽和位相の中で、抵抗器回路網３２２の所望の等価の抵抗値が、それぞれ１．５オームおよび０．５オームである。各転流位相および飽和位相に対応する抵抗器回路網３２２の所望の等価の抵抗値を決定するステップの詳細が、図９Ａおよび図９Ｂに関連してより詳細に説明される。
【００５８】
加えて、各転流位相および飽和位相に対して、コントロールユニット３４２は、抵抗器回路網３２２の等価の抵抗値を所望の値に設定するために、スイッチ３３４、３３６、３３８および３４０を選択的に作動するように更に構成され得る。前述したとおり、一実施形態では、抵抗器回路網３２２の所望の等価の抵抗値を探索表を使用して得ることができる。各転流位相および飽和位相の中で、スイッチ３３４、３３６、３３８および３４０を選択的に作動するステップの詳細が、図９Ａおよび図９Ｂと共に詳細に説明される。更に、やがて分かるように、一旦スイッチ３３４、３３６、３３８および３４０が選択的に作動されて、抵抗器回路網３２２の等価の抵抗を遅延位相、転流位相および飽和位相の任意の中で所望の値に設定すると、駆動強度（例えば、ゲート電流）が、ＩＧＢＴ３０８のゲート端子に供給される。駆動強度の値は、抵抗器回路網３２２の等価の抵抗の瞬間的値に基づくことができる。
【００５９】
一実施形態では、コントロールユニット３４２は、遅延位相中における抵抗器回路網３２２の等価の抵抗を、転流位相中における抵抗器回路網３２２の等価の抵抗と比較する場合、低い方の値に設定するように構成され得る。その結果、ゲート電圧（Ｖｇ）は、ＩＧＢＴ３０８の閾値電圧により速く到達することができる。ゲート電圧（Ｖｇ）のそのような速い上昇は、遅延位相の持続時間（以下、不感時間とも呼ぶ）を低下させることに役立つ。やはり、コントロールユニット３４２は、飽和位相中における抵抗器回路網３２２の等価の抵抗を、転流位相中における抵抗器回路網３２２の等価の抵抗と比較する場合、低い方の値に設定するように構成され得る。その結果、ＩＧＢＴ３０８のコレクタ−エミッタ電圧（ＶCE）のスルーレートは、ＩＧＢＴ１０８のコレクタ−エミッタ電圧（ＶCE）のスルーレートと比較すると、より高くなる。飽和位相の中でコレクタ−エミッタ電圧（ＶCE）のスルーレートのこの上昇が、飽和位相の持続時間を減少させることに更に役立つ。更に、転流位相の中でより高い抵抗値を使用することが、還流ダイオード３１６を通って流れる電流のスルーレートをより低く保つことに役立ち、それによって還流ダイオード３１６の負荷を低減する。したがって、還流ダイオード３１６もやはり、転流位相中に保護される。
【００６０】
図４は、本明細書の態様による、ゲートドライバ回路の別の実施形態の概略図である。特に、図４のゲートドライバ回路４００は、図３のゲートドライバ回路３１２の別の実施形態を示す。したがって、一実施形態では、ゲートドライバ回路４００は、図３のインバータ回路３００の中で、ゲートドライバ回路３１２の代わりに採用され得る。図４は、図３の構成要素と共に説明される。
【００６１】
ゲートドライバ回路４００は、コントロールユニット４０２を含むことができる。いくつかの実施形態では、コントロールユニット４０２の作動は、図３のコントロールユニット３４２の作動に概ね均等であることができる。ＩＧＢＴ３０８などのＩＧＢＴをオン状態に移行中、様々な抵抗を提供することに加えて、ゲートドライバ回路４００は、ＩＧＢＴ３０８を第２の状態に移行中、様々な抵抗を提供するように更に構成され得る。一実施形態では、第２の状態はオフ状態である。
【００６２】
ゲートドライバ回路４００は、第１の端子４４０および第２の端子４４２を有する抵抗器回路網４０４を含むことができる。抵抗器４０６、４０８、４１０および４１２、ならびにスイッチ４１４、４１６、４１８および４２０に加えて、抵抗器回路網４０４は、抵抗器４２２、４２４、４２６および４２８、ならびに対応するスイッチ４３０、４３２、４３４および４３６を更に含むことができる。スイッチ４１４、４１６、４１８および４２０は、それぞれ抵抗器４０６、４０８、４１０および４１２にそれぞれ直列に接続されている。やはり、スイッチ４３０、４３２、４３４および４３６は、それぞれ抵抗器４２２、４２４、４２６および４２８それぞれ直列に接続されている。スイッチ４１４、４１６、４１８、４２０、４３０、４３２、４３４および４３６は、コントロールユニット４０２によって選択的に作動され得る。
【００６３】
更に、抵抗器４０６、４０８、４１０、４１２、４２２、４２４、４２６および４２８の第１の端部は、図４に示すように、共通の接合点４３８で接続され得る。現在考えられている構成では、共通の接合点４３８が、ＩＧＢＴ３０８（図４に図示せず）のゲート端子に接続されている。抵抗器４０６、４０８、４１０および４１２の第２の端部は、それぞれスイッチ４１４、４１６、４１８および４２０を経て抵抗器回路網４０４の第１の端子４４０に接続されている。抵抗器回路網４０４の第１の端子４４０は、ＤＣ電圧源３０２などのＤＣ電圧源の正のゲート電圧源端子に接続されている。更に、抵抗器４２２、４２４、４２６および４２８の第２の端部は、それぞれスイッチ４３０、４３２、４３４および４３６を経て抵抗器回路網４０４の第２の端子４４２に接続されている。抵抗器回路網４０４の第２の端子４４２は、ＤＣ電圧源の負のゲート電圧源端子に接続されている。
【００６４】
ＩＧＢＴ３０８がオン状態に移行する場合、コントロールユニット４０２は、スイッチ４３０、４３２、４３４および４３６を開くように構成され得る。更に、コントロールユニット４０２は、スイッチ４１４、４１６、４１８および４２０を選択的に作動して、ＩＧＢＴ３０８がオン状態に移行する場合、遅延位相、転流位相および飽和位相中で異なる等価の抵抗値を提供するように構成され得る。
【００６５】
同様の様式で、ＩＧＢＴ３０８がオフ状態に移行する場合、コントロールユニット４０２は、スイッチ４１４、４１６、４１８および４２０を開くように構成され得る。更に、コントロールユニット４０２は、スイッチ４３０、４３２、４３４および４３６を選択的に作動して、ＩＧＢＴ３０８がオフ状態に移行する場合、様々な位相中に異なる等価の抵抗値を提供するように構成され得る。
【００６６】
ＩＧＢＴをオン状態に移行中に様々な抵抗を提供することに加えて、ゲートドライバ回路をこのような様式で実施することによって、ＩＧＢＴをオフ状態に移行中、様々な抵抗が更に提供され得る。その結果、ＩＧＢＴのスイッチオン時間およびスイッチオフ時間の両方が減少して、より速いＩＧＢＴのスイッチングが達成され得る。
【００６７】
図５は、本明細書の態様によって、ＩＧＢＴ３０８がオン状態に移行する場合、図３のＩＧＢＴモジュール３４８など、電源スイッチモジュールの様々なパラメータに相当する時間応答を示すグラフ５００である。より詳細には、図５に示される時間応答は、コントロールユニット３４２が開ループ制御モードで作動するように構成されている場合に得ることができる。図示を容易にする目的のために、ＩＧＢＴモジュール３４８に相当する時間応答だけが、図５に図示されている。他のＩＧＢＴモジュール３４４、３４６、３５０もやはり、同様の時間応答を有することができる。
【００６８】
より詳細には、グラフ５００は、ＩＧＢＴ３０８のゲート電圧（Ｖｇ）５０２、コレクタ−エミッタ電流（ＩCE）５０４、およびコレクタ−エミッタ電圧（ＶCE）５０６の時間応答を示す。グラフ５００は、還流ダイオード３１６を通って流れる電流（Ｉｎ）の時間応答５０８を更に図示する。更に、グラフ５００の中で、Ｘ軸５０１はマイクロセカンドで時間を表示し、Ｙ軸５０３はＩＧＢＴ３０８のゲート電圧（Ｖｇ）、コレクタ−エミッタ電流（ＩCE）、コレクタ−エミッタ電圧（ＶCE）、および還流ダイオード３１６を通って流れる電流（Ｉｎ）を表示する。ＩＧＢＴ３０８のゲート電圧（Ｖg）５０２の時間応答は、スケールアップされた値を使用して図示されている。一実施例では、ＩＧＢＴ３０８のゲート電圧（Ｖg）の値は、約１００でスケールアップ可能である。遅延位相、転流位相および飽和位相の持続時間は、それぞれ参照符号５１０、５１２および５１４によって表示されている。遅延位相、転流位相および飽和位相の開始時間は、Ｔd（例えば、Ｔ1）、ＴcおよびＴsによって表示されている。更に、前述したとおり、Ｔd、ＴcおよびＴsの値は、探索表の中に記憶され得る。図１のＩＧＢＴ１０８の遅延位相および飽和位相の持続時間と比較して、ＩＧＢＴ３０８の遅延位相および飽和位相の持続時間は、概ねより少ない。ＩＧＢＴ３０８の遅延位相および飽和位相の持続時間のこの減少は、図１のゲート抵抗器１２２の固定値と比較して、抵抗器回路網３２２の等価の抵抗における適応性のある変化によるものである。
【００６９】
本明細書のいくつかの実施形態では、短絡状況では、ＩＧＢＴ３０８のコレクタ−エミッタ電流（ＩCE）が、より高い値まで上昇し始める可能性がある。例えば、ＩＧＢＴ３０８のコレクタ−エミッタ電流（ＩCE）は、ＩＧＢＴ３０８の短絡電流限界のレベルまで上昇する可能性がある。そのような場合、抵抗器回路網３２２の等価の抵抗の変化が、図５に示す飽和位相の開始で始動されるならば、ＩＧＢＴ３０８のコレクタ−エミッタ電流（ＩCE）内の変動を減少させることが可能であり、それによって短絡状況の中でＩＧＢＴ３０８を保護することができる。
【００７０】
図６は、本明細書の態様によって、ＩＧＢＴ３０８がオン状態に移行する場合、ＩＧＢＴモジュール３４８など、電源スイッチモジュールの様々なパラメータに相当する別の組の時間応答を示すグラフ６００である。より詳細には、図６に示される時間応答は、コントロールユニット３４２が閉ループ制御モードで作動するように構成されている場合に得ることができる。前述したとおり、閉ループ制御モードでは、コントロールユニット３４２は、ケルビンエミッタ端子３０７と電源エミッタ端子３０９との間に出現する、少なくとも電圧値（Ｖｋｐｅ）に基づいて、転流位相および飽和位相の開始を決定するように構成されている。図示を容易にする目的のために、ＩＧＢＴモジュール３４８に相当する時間応答だけが、図６に図示されている。他のＩＧＢＴモジュール３４４、３４６、３５０もやはり、同様の時間応答を有することができる。
【００７１】
より詳細には、グラフ６００は、ＩＧＢＴ３０８のゲート電圧（Ｖｇ）６０２、コレクタ−エミッタ電流（ＩCE）６０４、コレクタ−エミッタ電圧（ＶCE）６０６および電圧（Ｖｋｐｅ）６１６の時間応答を示す。グラフ６００は、還流ダイオード３１６を通って流れる電流（Ｉｎ）の時間応答６０８を更に図示する。更に、グラフ６００の中で、Ｘ軸６０１はマイクロセカンドで時間を表示し、Ｙ軸６０３はＩＧＢＴ３０８のゲート電圧（Ｖｇ）、コレクタ−エミッタ電流（ＩCE）、コレクタ−エミッタ電圧（ＶCE）、電圧（Ｖｋｐｅ）、および還流ダイオード３１６を通って流れる電流（Ｉｎ）を表示する。ＩＧＢＴ３０８のゲート電圧（Ｖg）６０２の時間応答および電圧（Ｖｋｐｅ）６１６の時間応答が、スケールアップされた値を使用して図示されている。一実施例では、ＩＧＢＴ３０８のゲート電圧（Ｖｇ）および電圧（Ｖｋｐｅ）の値は、約１００でスケールアップ可能である。更に、遅延位相、転流位相および飽和位相の持続時間は、それぞれ参照符号６１０、６１２および６１４によって表示されている。
【００７２】
一実施形態では、グラフ６００に図示するように、転流位相の開始は、電圧（Ｖｋｐｅ）が第１の閾値を超える場合に起動され得る。例えば、第１の閾値は２ボルトであることができる。更に、飽和位相の開始は、電圧（Ｖｋｐｅ）が第２の閾値を超える場合に起動され得る。実施例として、第２の閾値はゼロ（０）であることができる。電圧（Ｖｋｐｅ）のゼロの値は、ｄＩCE／ｄｔの値が０Ｖ／μｓであることを示すことができる。別の実施形態では、飽和位相は、転流位相が起動された後、電圧（Ｖｋｐｅ）の値が第１の閾値未満に低下する時に起動され得る。
【００７３】
図５のグラフ５００の中の飽和位相の開始と比較して、図６のグラフ６００の中の飽和位相はより早く開始していることに留意されたい。その結果、抵抗器回路網３２２の等価の抵抗は、ゲートドライバ回路３１２の閉ループ制御モードの場合よりも早く調節され得る。そのように飽和位相が早く開始することによって、飽和位相の持続時間を更に短くすることを補助することができて、それによってスイッチング時間およびスイッチング損失を減少させる。
【００７４】
図７は、本明細書の態様による、ゲートドライバ回路の別の実施形態の概略図である。特に、図７のゲートドライバ回路７００は、図３のゲートドライバ回路３１２の別の実施形態を示す。したがって、一実施形態では、ゲートドライバ回路７００は、図３のインバータ回路３００の中で、ゲートドライバ回路３１２の代わりに採用され得る。図７は、図３の構成要素と共に説明される。
【００７５】
ゲートドライバ回路７００は、可変電流源７０４に作動可能に接続されているコントロールユニット７０２を含むことができる。可変電流源７０４は、次にＩＧＢＴ３０８のゲート端子に接続され得る。やがて分かるように、可変電流源７０４の出力電流は、ＩＧＢＴ３０８の駆動強度を構成することができる。駆動強度およびゲート電流は、同じ意味で使用され得る。可変電流源７０４は、トランジスタおよび／または演算増幅器（Ｏｐａｍｐｓ）を使用して実施され得る。
【００７６】
コントロールユニット７０２の作動は、図３のコントロールユニット３４２の作動と概ね均等であることができることに留意されたい。例えば、コントロールユニット７０２は、開ループ制御モード、閉ループ制御モードまたはハイブリッドモードで作動することができるゲートドライバ回路３１２の任意の実施の中で、遅延位相、転流位相および／または飽和位相に対応する開始時間を決定するように構成され得る。図７の実施形態では、一旦遅延位相、転流位相および／または飽和位相の開始が決定されると、ＩＧＢＴ３０８がオン状態に移行する場合、異なる駆動強度が遅延位相、転流位相および／または飽和位相の少なくとも２つの中に供給されるように、コントロールユニット７０２は、可変電流源７０４を制御するように構成され得る。より詳細には、ＩＧＢＴ３０８をオン状態に移行する全体の時間が減少するように、コントロールユニット７０２は、可変電流源７０４を制御するように構成され得る。
【００７７】
一実施形態では、可変電流源７０４によって、遅延位相および／または飽和位相の中でＩＧＢＴ３０８のゲート端子に供給される駆動強度が、転流位相の中で供給されるゲート電流と比較してより高くなることができて、それによって遅延位相および飽和位相の持続時間を減少させることができる。そのような遅延位相および飽和位相の持続時間の減少が、次いでＩＧＢＴ３０８がオン状態に移行する全体の時間を減少させることができる。更に、転流位相の中でより低いゲート電流を提供するステップを用意することが、還流ダイオード３１６を通って流れる電流のスルーレートを低い値に維持することに役立つ。還流ダイオード３１６を通って流れる電流のスルーレートの値が低いことによって、還流ダイオード３１６を保護する。
【００７８】
図８は、本明細書の態様による、図３のＩＧＢＴ３０８などの電源スイッチを駆動するための実施例の方法を説明する流れ図８００を示す。流れ図８００は、図３のインバータ回路３００の構成要素と共に説明される。前述したとおり、インバータ回路３００は、ＩＧＢＴモジュール３４４−３５０およびゲートドライバ回路３１２を含むことができる。更に、ＩＧＢＴは、ＩＧＢＴ３０４−３１０および還流ダイオード３１４−３２０を含む。加えて、ゲートドライバ回路３１２は、抵抗器回路網３２２を含むことができる。更に、コントロールユニット３４２は、抵抗器回路網３２２を制御するように構成される。
【００７９】
ステップ８０２で、ＩＧＢＴ３０８などの電源スイッチが第１の状態に移行される場合、遅延位相、転流位相および飽和位相の発生が決定され得る。一実施形態では、第１の状態はオン状態である。遅延位相、転流位相および飽和位相の発生が、ゲートドライバ回路３１２のコントロールユニット３４２によって決定される。一実施形態では、探索表に基づいて、遅延位相、転流位相および飽和位相の発生が決定され得る。別の実施形態では、遅延位相、転流位相および飽和位相の発生が、ケルビンエミッタ端子３０７と電源エミッタ端子３０９との間に出現する電圧値（Ｖｋｐｅ）、および探索表に基づいて決定され得る。ステップ８０２の追加の詳細は、図９の流れ図の中で説明される。
【００８０】
ステップ８０４で、ＩＧＢＴ３０８がオン状態に移行される場合、抵抗器回路網３２２が、遅延位相、転流位相および飽和位相の少なくとも２つの中で異なる抵抗値を提供することができるように、ＩＧＢＴ３０８に接続される抵抗器回路網３２２などの抵抗器回路網が制御され得る。一実施形態では、抵抗器回路網３２２が、コントロールユニット３４２によって、スイッチ３３４、３３６、３３８および３４０を選択的に作動することによって制御される。ステップ８０４の追加の詳細は、図９の流れ図の中で説明される。
【００８１】
図９Ａおよび図９Ｂは、本明細書の態様による、図８の方法の詳細な流れ図９００である。流れ図９００は、図３のインバータ回路３００の構成要素と共に説明される。前述したとおり、作動のためにコントロールユニット３４２を実施する前に、コントロールユニット３４２は、例えばメモリの中に探索表を記憶するように構成されている。ゲートドライバユニット３１２が電気的に接続されるはずであるＩＧＢＴ（この実施例では、ＩＧＢＴ３０８）のモデル数もやはり、コントロールユニット３４２に付随するメモリの中に更に記憶される。代替として、コントロールユニット３４２は、コントロールユニット３４２の外部の供給源から所望の情報を得るように構成され得る。
【００８２】
インバータ回路３００の作動中、ステップ９０２で示されるように、ＩＧＢＴ３０８などの電源スイッチを第１の状態に移行する必要が決定され得る。一実施形態では、第１の状態はオン状態である。一実施形態では、コントロールユニット３４２は、負荷３２４を横切るＡＣ信号の所望の周期に基づいて、ＩＧＢＴ３０８をオン状態に移行する必要を決定するために使用され得る。別の実施形態では、コントロールユニット３４２は、別のコントローラー（図示せず）から命令信号を受信することができ、その場合、命令信号は、ＩＧＢＴ３０８をオン状態に移行するための必要を示す。
【００８３】
ＩＧＢＴ３０８をオン状態に移行することが望ましいと決定される場合、コントロールユニット３４２は、ステップ９０４で示されるように、遅延位相に対応する抵抗器回路網３２２の所望の等価の抵抗値を決定するように構成され得る。一実施形態では、コントロールユニット３４２は、探索表に基づいて、抵抗器回路網３２２の所望の等価の抵抗値を決定するように構成され得る。例えば、ＩＧＢＴ３０８のモデル数が＃１である場合、コントロールユニット３４２は、遅延位相に対応する抵抗器回路網３２２の所望の等価の抵抗値が１オームの値を有することを探索表から得るように構成され得る。
【００８４】
その後、ステップ９０６で、コントロールユニット３４２は、抵抗器回路網３２２の等価の抵抗を所望の値である１オームに設定するように、抵抗器回路網３２２の中のスイッチ３３４、３３６、３３８および３４０を選択的に作動するように構成され得る。したがって、１オームの抵抗が、遅延位相の中のＩＧＢＴ３０８のゲート端子に提供され得る。一旦等価の抵抗の所望の値が、ＩＧＢＴ３０８のゲート端子に提供されると、ＩＧＢＴ３０８のゲート電圧（Ｖｇ）が上昇し始めることができる。ゲート電圧（Ｖg）が上昇し始める時間を以下に、時間Ｔ1と呼ぶことができる。一旦ゲート電圧（Ｖg）が上昇し始めると、コントロールユニット３４２は、遅延位相が起動されたことを決定するように構成され得る。遅延位相、転流位相および飽和位相の開始時間は、以下にそれぞれ時間Ｔd（例えば、Ｔ10058）、ＴcおよびＴsと呼ぶ。一実施形態では、ゲートドライバ回路３１２の開ループ制御モードの場合、ＩＧＢＴ３０８の所与のモデル数についての時間ＴcおよびＴsが、探索表の中に記憶される。
【００８５】
更に、ステップ９０８で、コントロールユニット３４２は、転流位相の発生を決定するように構成され得る。一実施形態では、ゲートドライバ回路３１２の開ループ制御モードの場合、コントロールユニット３４２は、時間Ｔ1後の経過時間を監視するように構成され得る。時間Ｔ1の後の経過時間は、以下、時間Ｔiと呼ぶ。別の実施形態では、ゲートドライバ回路３１２の閉ループ制御モードの場合、コントロールユニット３４２は、ＩＧＢＴ３０８のケルビンエミッタ端子３０７と電源エミッタ端子３０９との間に出現する電圧（Ｖｋｐｅ）を監視するように構成され得る。やはり別の実施形態では、ゲートドライバ回路３１２のハイブリッドモードの場合、コントロールユニット３４２は、時間Ｔi、およびケルビンエミッタ端子３０７と電源エミッタ端子３０９との間に出現する電圧（Ｖｋｐｅ）を監視するように構成されて、転流位相の発生を決定することができる。
【００８６】
更に、ステップ９１０に示すように、転流位相が起動されたかどうかを決定するために、コントロールユニット３４２によって検査が実施され得る。一実施形態では、開ループ制御モードの場合、コントロールユニット３４２は、時間Ｔiを探索表の中に記憶されている時間Ｔcと比較するように構成され得る。ＴiがＴcに等しい場合、コントロールユニット３４２は、転流位相が開始したことを決定することができる。別の実施形態では、閉ループ制御モードの場合、コントロールユニット３４２は、電圧（Ｖｋｐｅ）の値を第１の閾値（例えば、２ボルト）と比較するように構成され得る。電圧（Ｖｋｐｅ）の値が第１の閾値を超える場合、コントロールユニット３４２は、転流位相が開始したことを決定することができる。別の実施形態では、ハイブリッドモードの場合、コントロールユニット３４２は、時間Ｔiに基づいて決定された転流位相の開始および電圧（Ｖｋｐｅ）に基づいて決定された転流位相の開始よりも早いものとして、転流位相の開始を決定するように構成され得る。
【００８７】
一旦転流位相が開始すると、コントロールユニット３４２は、ステップ９１２で示されるように、転流位相に対応する抵抗器回路網３２２の所望の等価の抵抗値を決定するように更に構成され得る。一実施例では、転流位相に対応する抵抗器回路網３２２の所望の等価の抵抗値を探索表から得ることができる。例えば、ＩＧＢＴ３０８のモデル数が＃１である場合、コントロールユニット３４２は、転流位相の中で抵抗器回路網３２２の所望の等価の抵抗値が１．５オームであると決定するように構成され得る。
【００８８】
加えて、ステップ９１４で、コントロールユニット３４２は、抵抗器回路網３２２の中のスイッチ３３４、３３６、３３８および３４０を選択的に作動するように構成され得る。より詳細には、コントロールユニット３４２は、抵抗器回路網３２２の等価の抵抗を抵抗器回路網３２２の所望の等価の抵抗値に設定するように、スイッチ３３４、３３６、３３８および３４０を選択的に作動するように構成され得る。
【００８９】
更に、ステップ９１６で、コントロールユニット３４２は、飽和位相の発生を決定するように構成され得る。一実施形態では、開ループ制御モードの場合、コントロールユニット３４２は、時間Ｔiを監視するように構成され得る。別の実施形態では、閉ループ制御モードの場合、コントロールユニット３４２は、ＩＧＢＴ３０８のケルビンエミッタ端子３０７と電源エミッタ端子３０９との間に出現する電圧（Ｖｋｐｅ）を監視するように構成され得る。別の実施形態では、ハイブリッドモードの場合、コントロールユニット３４２は、時間Ｔi、およびＩＧＢＴ３０８のケルビンエミッタ端子３０７と電源エミッタ端子３０９との間に出現する電圧（Ｖｋｐｅ）の両方を監視するように構成され得る。
【００９０】
その後、ステップ９１８で示すように、飽和位相が起動されたかどうかを決定するために、コントロールユニット３４２によって、検査が実施され得る。一実施形態では、開ループ制御モードの場合、コントロールユニット３４２は、時間Ｔiを探索表の中に記憶されている時間Ｔsと比較するように構成され得る。ＴiがＴsに等しい場合、コントロールユニット３４２は、飽和位相が開始したことを決定することができる。別の実施形態では、閉ループ制御モードの場合、コントロールユニット３４２は、電圧（Ｖｋｐｅ）の値を第２の閾値（例えば、０ボルト）と比較するように構成され得る。電圧（Ｖｋｐｅ）の値が第２の閾値を超える場合、コントロールユニット３４２は、飽和位相が開始したことを決定することができる。別の実施形態では、飽和位相の開始は、転流位相が開始した後、電圧（Ｖｋｐｅ）の値が第１の閾値未満に低下する時に決定され得る。別の実施形態では、ハイブリッドモードの場合、コントロールユニット３４２は、時間Ｔiに基づいて決定された飽和位相の開始、および電圧（Ｖｋｐｅ）に基づいて決定された飽和位相の開始の遅い方として転流位相の開始を決定するように構成され得る。
【００９１】
一旦飽和位相が開始すると、コントロールユニット３４２は、ステップ９２０で示されるように、飽和位相に対応する抵抗器回路網３２２の所望の等価の抵抗値を決定するように更に構成され得る。一実施例では、飽和位相に対応する抵抗器回路網３２２の所望の等価の抵抗値を探索表から得ることができる。例えば、ＩＧＢＴ３０８のモデル数が＃１である場合、コントロールユニット３４２は、飽和位相の中で抵抗器回路網３２２の所望の等価の抵抗値が０．５オームであると決定するように構成され得る。
【００９２】
加えて、ステップ９２２で、コントロールユニット３４２は、抵抗器回路網３２２の等価の抵抗を、探索表に基づいて決定された抵抗器回路網３２２の所望の等価の抵抗値に設定するように、抵抗器回路網３２２の中のスイッチ３３４、３３６、３３８および３４０を選択的に作動するように構成され得る。一旦抵抗器回路網３２２の等価の抵抗が、飽和位相についての所望の値に設定されると、制御はステップ９０２に戻ることができ、ステップ９０２−９２２が所望のように繰り返されることが可能である。
【００９３】
更に、ゲートドライバ回路の中のコントロールユニットによって実施され得るような前述の実施例、表示および方法ステップは、持続性コンピュータ可読媒体の中に適切なコードの形態で記憶され得る。コードは、一般目的または特定目的のコンピュータなど、プロセッサに基づくシステム上で実行され得る。本明細書の異なる実施が、異なる順番で、または実質的に同時に、すなわち並行して、本明細書に記載されるいくつかまたはすべてのステップを実行することができることに更に留意すべきである。更に、機能は、限定しないが、Ｃ＋＋またはＪａｖａ(登録商標）を含む様々なプログラム言語の中で実施され得る。そのようなコードは、記憶されるコードを実施するためにプロセッサに基づくシステムによってアクセス可能である、データレポジトリチップ、ローカルまたはリモートハードディスク、光ディスク（すなわち、ＣＤまたはＤＶＤ）、メモリまたは他の媒体などの１つまたは複数の有形コンピュータ可読媒体上に記憶され、または記憶するように適合され得る。有形媒体は、命令が印刷される紙または他の適切な媒体を備えることができることに留意されたい。例えば、命令は、紙または他の媒体の光学走査によって電子的に獲得され、次いで編集され、解釈され、またはそうではなく、必要な場合は適切な方法で処理され、次いでデータレポジトリまたはメモリの中に記憶され得る。
【００９４】
ゲートドライバ回路の実施形態および電源スイッチを駆動するための方法が、不感時間および飽和位相の持続時間を減少させることによって、電源スイッチのより迅速なスイッチングを促進する。更に、ゲートドライバ回路の使用によって、電源スイッチのスイッチング損失の減少を促進する。更に、還流ダイオード上の負荷もまた低減される。
【００９５】
上記に開示される変形形態および他の特徴および機能、またはその代替形態が、組み合わされて、多くの他の異なるシステムまたは応用を生成することができることを理解されたい。様々な予期しない代替形態、修正形態、変形形態またはその中の改良が、その後、当業者によって作製されることが可能であり、以下の特許請求の範囲によって包含されると更に意図される。
【符号の説明】
【００９６】
１００  インバータ回路
１０２  直流（ＤＣ）電圧源
１０４  絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）
１０６  ＩＧＢＴ
１０８  ＩＧＢＴ
１１０  ＩＧＢＴ
１１２  ゲートドライバユニット
１１４  還流ダイオード
１１６  還流ダイオード
１１８  還流ダイオード
１２０  還流ダイオード
１２２  ゲート抵抗器
１２４  ＩＧＢＴモジュール
１２６  ＩＧＢＴモジュール
１２８  ＩＧＢＴモジュール
１３０  ＩＧＢＴモジュール
１３２  負荷
２００  グラフ
２０１  Ｘ軸
２０２  ゲート電圧（Ｖｇ）
２０３  Ｙ軸
２０４  コレクタ−エミッタ電流（ＩCE）
２０６  コレクタ−エミッタ電圧（ＶCE）
２０８  時間応答
２１０  遅延位相
２１２  転流位相
２１４  飽和位相
３００  インバータ回路
３０２  直流（ＤＣ）電圧源
３０４  ＩＧＢＴ
３０６  ＩＧＢＴ
３０７  ケルビンエミッタ端子
３０８  ＩＧＢＴ
３０９  電源エミッタ端子
３１０  ＩＧＢＴ
３１１  寄生インダクタンス
３１２  ゲートドライバ回路
３１４  還流ダイオード
３１６  還流ダイオード
３１８  還流ダイオード
３２０  還流ダイオード
３２１  第１の端子
３２２  抵抗器回路網
３２３  第２の端子
３２４  負荷
３２６  抵抗器
３２８  抵抗器
３３０  抵抗器
３３１  遮断抵抗器
３３２  抵抗器
３３３  スイッチ
３３４  スイッチ
３３６  スイッチ
３３８  スイッチ
３４０  スイッチ
３４２  コントロールユニット
３４４  ＩＧＢＴモジュール
３４６  ＩＧＢＴモジュール
３４８  ＩＧＢＴモジュール
３５０  ＩＧＢＴモジュール
４００  ゲートドライバ回路
４０２  コントロールユニット
４０４  抵抗器回路網
４０６  抵抗器
４０８  抵抗器
４１０  抵抗器
４１２  抵抗器
４１４  スイッチ
４１６  スイッチ
４１８  スイッチ
４２０  スイッチ
４２２  抵抗器
４２４  抵抗器
４２６  抵抗器
４２８  抵抗器
４３０  スイッチ
４３２  スイッチ
４３４  スイッチ
４３６  スイッチ
４３８  共通の接合点
４４０  第１の端子
４４２  第２の端子
５００  グラフ
５０１  Ｘ軸
５０２  ゲート電圧（Ｖｇ）
５０３  Ｙ軸
５０４  コレクタ−エミッタ電流（ＩCE）
５０６  コレクタ−エミッタ電圧（ＶCE）
５０８  時間応答
５１０  遅延位相
５１２  転流位相
５１４  飽和位相
６００  グラフ
６０１  Ｘ軸
６０２  ゲート電圧（Ｖｇ）
６０３  Ｙ軸
６０４  コレクタ−エミッタ電流（ＩCE）
６０６  コレクタ−エミッタ電圧（ＶCE）
６０８  時間応答
６１０  遅延位相
６１２  転流位相
６１４  飽和位相
６１６  電圧（Ｖｋｐｅ）
７００  ゲートドライバ回路
７０２  コントロールユニット
７０４  可変電流源
８００  流れ図
８０２  ステップ
８０４  ステップ
９００  流れ図
９０２  ステップ
９０４  ステップ
９０６  ステップ
９０８  ステップ
９１０  ステップ
９１２  ステップ
９１４  ステップ
９１６  ステップ
９１８  ステップ
９２０  ステップ
９２２  ステップ
【図１】
2016105684.tif 000006
【図２】
2016105684.tif 000007
【図３】
2016105684.tif 000008
【図４】
2016105684.tif 000009
【図５】
2016105684.tif 000010
【図６】
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【図７】
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【図８】
2016105684.tif 000013
【図９Ａ】
2016105684.tif 000014
【図９Ｂ】
2016105684.tif 000015
【外国語明細書】
2016105684000001.pdf