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公開番号2024083806
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-24
出願番号2022197837
出願日2022-12-12
発明の名称スイッチング素子駆動回路
出願人日清紡マイクロデバイス株式会社
代理人SSIP弁理士法人
主分類H03K 17/00 20060101AFI20240617BHJP(基本電子回路)
要約【課題】ノイズの影響による負荷短絡の誤検知を防止することにより、信頼性に優れた保護動作を実施する。
【解決手段】スイッチング素子駆動回路は、制御端子に入力される制御信号に応じて、スイッチング素子の第1端子及び第2端子間の導通状態を切替可能な回路である。
本回路は、第1端子にカソードが接続されたダイオードのアノードに接続される監視用端子と、監視用端子とダイオードのアノードとの間に設けられた接続点と第2端子との間に接続された容量素子とを備える。また本回路は、監視用端子の電圧が第1基準電圧以上となる第1条件が成立した場合に、導通状態を非導通状態に切り替える保護動作を行うための保護回路を備える。また本回路は、制御端子に制御信号が入力された後、監視用端子の電圧が第2基準電圧以下になる第2条件が成立した場合に、保護回路による前記第1条件の成否判定を許可する第1成否判定許可部を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
スイッチング素子の制御端子に入力される制御信号に応じて、前記スイッチング素子の第１端子及び第２端子間の導通状態を切替可能なスイッチング素子駆動回路であって、
前記第１端子にカソードが接続されたダイオードのアノードに接続される監視用端子と、
前記監視用端子と前記アノードとの間に設けられた接続点と前記第２端子との間に接続された容量素子と、
前記監視用端子の電圧が第１基準電圧以上となる第１条件が成立した場合に、前記導通状態を非導通状態に切り替える保護動作を行うための保護回路と、
前記制御端子に前記制御信号が入力された後、前記電圧が第２基準電圧以下になる第２条件が成立した場合に、前記保護回路による前記第１条件の成否判定を許可する第１成否判定許可部と、
を備える、スイッチング素子駆動回路。
続きを表示（約 420 文字）【請求項２】
前記第２基準電圧は、前記第１基準電圧より小さく設定される、請求項１に記載のスイッチング素子駆動回路。
【請求項３】
前記制御端子に入力される前記制御信号がＬｏｗからＨｉｇｈに切り替わった後、前記制御端子に電圧を印加するための第３トランジスタのドレイン端子電圧が第３基準電圧以上になる第３条件が成立した場合に、前記保護回路による前記第１条件の成否判定を許可する第２成否判定許可部を更に備える、請求項１又は２に記載のスイッチング素子駆動回路。
【請求項４】
前記制御信号がＬｏｗである間に前記監視用端子の電圧をプルダウンするための第１トランジスタのソース端子及び接地電位間に設けられた抵抗と、
前記抵抗に対してソース端子及びドレイン端子が並列に接続され、前記制御端子にゲート端子が接続された第２トランジスタと、
を備える、請求項１又は２に記載のスイッチング素子駆動回路。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のようなスイッチング素子を駆動するためのスイッチング素子駆動回路に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
第１端子及び第２端子間の導通状態を制御端子に入力される制御信号に応じて切り替えることにより駆動可能なスイッチング素子が知られている。この種のスイッチング素子として、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）がある。絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（以下、適宜「ＩＧＢＴ」と称する）は、第１端子、第２端子及び制御端子として、それぞれコレクタ端子、エミッタ端子及びゲート端子を備え、ゲート端子に与えられる制御信号（ゲート駆動信号）に応じて、コレクタ端子及びエミッタ端子間の導通状態を切替可能である。
【０００３】
ＩＧＢＴのようなスイッチング素子は、例えば、インバータのような電力変換装置に用いられる。このような電力変換装置では、ＩＧＢＴが導通状態（オン状態）にある場合に、出力負荷が接続されるコレクタ端子（出力端子）に天絡等の故障が生じると、コレクタ端子とエミッタ端子との間に過大な電流が流れ、場合によっては、スイッチング素子の破損等の不具合を招くおそれがある。
【０００４】
スイッチング素子の駆動回路には、このような不具合を防止するための保護回路を含むものがある。例えば特許文献１には、出力端子の天絡や地絡等の故障からスイッチング素子を保護するための回路を備えるスイッチング素子の駆動回路の一例が開示されている。この文献では、ＩＧＢＴが導通状態（オン状態）にある場合に、コレクタ－エミッタ間の電位差を検出し、当該電位差が一定値以上であるか否かに基づいて、ＩＧＢＴの過電流状態を検出する、いわゆるＤＥＳＡＴ回路を含む駆動回路が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００２－２０８８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで前述のＤＥＳＡＴ回路を含むスイッチング素子駆動回路に関する参考技術について説明する。図５は参考技術に係るスイッチング素子駆動回路１´を示す回路図である。
【０００７】
スイッチング素子駆動回路１´は、コレクタ端子及びエミッタ端子の導通状態を、ゲート端子に入力されるゲート駆動信号（制御信号）に応じて切り替えることにより、ＩＧＢＴ（スイッチング素子）を駆動可能な回路である。コレクタ端子には負荷Ｌの一端が接続される。負荷Ｌの他端は負荷電源ＶＬＯＡＤに接続される。
【０００８】
スイッチング素子駆動回路１´は、ＩＮ端子、ＶＤＤ端子、ＤＥＳＡＴ端子（監視用端子）、ＰＧ端子、ＮＧ端子、及び、ＧＮＤ端子を備える。ＩＮ端子には、ゲート駆動信号が入力される。ＶＤＤ端子には電源ＶＳＵＰが接続される。ＤＥＳＡＴ端子は、負荷Ｌの短絡（破線を参照）を監視するための端子であり、監視用電圧として電圧ＶＤＥＳＡＴが入力される。ＰＧ端子及びＮＧ端子は、それぞれ抵抗Ｒ１及びＲ２を介して、ＩＧＢＴのゲート端子に接続される。ＤＥＳＡＴ端子にはダイオードＤ１を介して、負荷Ｌ、及び、ＩＧＢＴのコレクタ端子に接続される（ＤＥＳＡＴ端子にはダイオードＤ１のアノード側が接続される）。ＧＮＤ端子にはＩＧＢＴのエミッタ端子が接続される。
【０００９】
ＩＮ端子から入力されるゲート駆動信号は、論理回路ＡＮＤ１及び論理回路ＩＮＶ１を介して、トランジスタＭＰ１及びＭＮ１に入力される。ゲート駆動信号がＨｉｇｈである場合、トランジスタＭＰ１はオフ状態からオン状態に切り替えられるとともに、トランジスタＭＮ１がオン状態からオフ状態に切り替えられる。これにより、ＩＧＢＴはオン状態となり、コレクタ端子及びエミッタ端子間が導通状態となる。一方、ゲート駆動信号がＬｏｗである場合、トランジスタＭＰ１はオン状態からオフ状態に切り替えられるとともに、トランジスタＭＮ１がオフ状態からオン状態に切り替えられる。これにより、ＩＧＢＴはオフ状態となり、コレクタ端子及びエミッタ端子間が非導通状態となる。
【００１０】
このようにスイッチング素子駆動回路１´では、ゲート駆動信号に応じてコレクタ端子及びエミッタ端子間の導通状態が切替可能であるが、負荷Ｌが短絡する等の不具合が生じた場合、ＩＧＢＴに過大な電流が流れて損傷するおそれがある。そこで、スイッチング素子駆動回路１´は、このようなＩＧＢＴの過電流状態を検出するための保護回路２´としてＤＥＳＡＴ回路を含む。保護回路２´は、ＤＥＳＡＴ端子の電圧ＶＤＥＳＡＴが第１基準電圧ＶＲＥＦ１以上になった場合に、ゲート制御信号がＨｉｇｈであるかＬｏｗであるかに関わらず、ＩＧＢＴの導通状態を非導通状態に切り替える保護動作を実施することで、ＩＧＢＴを過電流状態から保護するように構成される。
（【００１１】以降は省略されています）

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